20世紀30年代末期,美國人雷伯發明了第一架拋物麵型射電望遠鏡。不久,雷伯利用這台望遠鏡接收到了來自銀河係中心的無線電波,並且根據觀測結果繪製了第一張射電天圖。射電望遠鏡是望遠鏡家族的“異類”,因為它並沒有目鏡、物鏡等裝置,而巨大的天線是其最顯著的標誌。射電望遠鏡的種類很多,有拋物麵天線,球麵天線,螺旋天線等。最常用的是拋物麵天線。
射電望遠鏡的不同部分各司其職,共同完成觀測的目的。具體說,天線收集天體的射電輻射,接收機將這些信號加工、轉化成可供記錄、顯示的形式,終端設備把信號記錄下來,記錄的結果為許多彎曲的曲線,天文學家通過分析這些曲線,再判斷出天體送來的各種宇宙信息。
通過射電望遠鏡,科學家發現了一係列重大的天文現象。其中,脈衝星、類星體、宇宙微波背景輻射、星際分子,被稱為“20世紀天文史上的四大發現”,這些發現,為科學家研究宇宙的構成和演化,提供了必不可少的信息。
十五、飛向宇宙的動力——火箭
火箭是依靠火箭發動機產生的反作用力推進的飛行器。主要由箭體、推進係統和有效載荷等組成。
人類對飛行夢想一次次進行著嚐試,而航天之夢實現的最原始依據就是火箭,火箭的飛行利用了動力學中的動量守恒原理,它不但能在空氣中飛行,還可以在大氣層外的真空中飛行,而且由於沒有了空氣阻力,在真空中的飛行性能更好。通過不斷地嚐試,人們逐漸認識到要想進入太空,隻有借助於噴氣推進的火箭。
現代火箭的原理實質上就是動量守恒定律。火箭內部裝有燃料和氧化劑,它們經過輸送泵進入燃燒室,燃燒生成的大量熾熱的高壓氣體從噴嘴向後方連續噴射,噴射氣體的反衝力就是火箭的推動力。氣體不斷地噴出,火箭不斷地受到向前的推動力的作用,速度也隨之增大,最終達到極點。由於火箭自備氧化劑和燃料,因而不需要空氣提供推動力,所以可以在空氣稀薄的高空或宇宙空間飛行。
火箭的發明最早出現在中國。在中國古代的記載中,火箭的含義比較廣泛,比如在電影電視中經常可以看到箭頭點燃,靠弓弩發射的竹箭也稱為火箭,而真正的火箭是在火藥出現後才發明的。
從唐末到宋初火藥武器開始使用,但由於其配方和製作方法還處於初級階段,所以不足以作為推進的燃料。隨著火藥配方和製造技術的進步,12世紀初研製成功了固體火藥,並把它用於製造火器和焰火煙花,在使用這些火器與煙花特別是手持使用時,於是有人在這種啟示下發明了新的火藥玩具。
大約12世紀末到13世紀初出現的玩具“穿天猴”可以說是真正意義上利用反作用原理的火箭,將這種原理的火箭作為武器使用,具有相當的殺傷力,所以在戰爭中也開始頻繁地使用它。
1128年南宋政權建立後,南宋、金和蒙古頻繁交戰,各方都使用了火器。1161年11月,金國侵略中原時,南宋軍隊第一次使用了火箭武器——“霹靂炮”重挫金軍,這是人類曆史上第一次在戰場中使用火箭武器。
明代中國火箭發展進入了一個比較重要的時期,出現了很多種類的火箭,除了單級火箭,還發展了各種集束火箭、火箭彈和原始的多級火箭,並且對各種火箭的製造、應用、配備和發射劑原料配比及加工製造等都作了詳盡的敘述。
火箭的發展有著漫長的曆史,古今火箭在性能和結構複雜程度上相差極為懸殊,但原理卻相同:依靠不斷向後噴射燃氣而前進。世界上公認,火箭是中國首先發明的。
明代發明的多級火箭與現代使用的集束式火箭和多級火箭原理上是一樣的。
古代火箭主要用於作戰,但已有人幻想利用它航天。現代火箭的產生和發展是建立在大量的理論和實驗研究基礎上的。由於液體燃料燃燒的理論和技術問題都比固體燃料簡單,所以現代火箭是從液體火箭開始的。
十六、人造衛星的發明
人造衛星是用火箭發射到太空,環繞地球在空間軌道上運行(至少一圈)的無人航天器。
1957年10月4日,蘇聯拜科努爾航天中心的人造’衛星發射塔上,豎立著一枚大型火箭。火箭頭部裝的是世界上第一顆人造衛星。這顆衛星直徑隻有0.58米,重83.6千克,在密封的鋁殼內,裝著一節化學電池、一支溫度計、一台雙頻率的小型發報機。盡管這顆人造衛星在今天看來是那麼“簡陋”,在天空也隻逗留了92天,但它卻“推動”了整個地球,推動了各國發展空間技術的步伐。繼蘇聯後,美國於1958年2月1日成功發射了世界上第二顆人造衛星。我國於1970年4月24日發射了“東方紅1號”人造衛星,截止到2008年,我國一共成功發射了98顆不同類型的國產人造衛星和27顆國外衛星。