前言、1985年,苏联航天员在对空间站进行维修时发现了一个有趣的现象:蝶形螺母在失去重力的环境下异常转动。
这一发现让苏联科学家深深怀疑,地球上的自然界是不是也存在类似的现象,比如地球自转轴转动。
如果地球的自转轴转动出现异常,就会导致昼夜周期的改变,全球气候变动,大规模的生物灭绝和毁灭。
正是基于这样的担心,1985年后的十年时间里,苏联将这个有关地球是否会毁灭的重要信息严格保密。
那么究竟是什么样的情况让苏联航天员和科学家对地球的未来如此忧心呢?一、苏联航天员的有趣发现1985年,苏联空间站“礼炮七号”的主通讯器件突然失灵,失去与地面指挥中心之间的联系。
作为苏联航天史上运行时间最长的一艘空间站,“礼炮七号”的主要任务是执行永久空间站“和平号”的任务, 因此一旦“礼炮七号”出现问题,航天员就需要尽早前往修理和维护。
苏联上层表示对“礼炮七号”的修理任务十分重视,甚至临时决定“和平号”的任务计划时间提前,令其提前3个月进行“单独飞行”任务。
而在“和平号”留给“礼炮七号”大修的这段时间里,又突然有美国“阿波罗”飞船下落月球的计划,要登陆的地点与“礼炮七号”附近不远。
为了避免美国“阿波罗”抢先登陆,苏联航天部门紧急组织任务,并在1985年6月6日发射命名为“联盟T-13”飞船前往修理“礼炮七号”。
并且此次任务还属于“单向飞行”,即航天员只能前往“礼炮七号”执行任务,不会回到地面上。
整个任务周期为10天,且是十分危险的任务,任何一处失误都可能会导致双双死亡。
那么任务中,有哪些关键信息让科学家和航天员们都深感忧虑和担忧呢?航天员在飞船上观察到蝶形螺母异常翻转“联盟T-13”飞船在飞往“礼炮七号”的途中,两名航天员的生活状态可谓是“艰苦”,整个飞船内部昏暗潮湿,温度十分寒冷,且缺乏新鲜空气。
虽然在空间站执行任务时航天员不用太过运动,但是在飞船内工作和生活时,他们的运动量也十分受限。
作为顶尖的航天员他们不仅需要完成空间站的维护任务,还需要进行科学实验和观察,看看在微重力状态下,哪些平日对地球生活平静的现象会呈现出令人惊讶和有趣的状态,为后续的航天生活提供数据和参考。
在代号为“SOLO(单独)”的任务中,两名航天员在“礼炮七号”空间站上执行了多项任务,包括卸载摄像机,获取微动力系统数据,重新点燃实验室的舱门,测试和操纵自主交会和对接系统,执行对接和校正的任务。
整个过程都是非常艰难和危险的,任何一次操作失误,都有可能使其生命受到威胁。
但是在这段紧张的任务中,航天员还意外地观察到了一个有趣的现象:在失去重力的环境下,蝶形螺丝会在没有外力的情况下,产生“贾尼别科夫效应”,即在铰链支撑的情况下,周期性地自翻。
这个现象虽然对地球科学研究来说没有太大的实际作用和意义,但对于当时苏联的科学家们来说,却是一个非常有趣和令人惊叹的发现。
日常生活中,我们可以非常方便地观察到蝶形螺丝这种形状的零部件,而它又是十分常见和重要的,可以说几乎在每处机械设备和器材中都会有其存在。
那么在失去重力的环境下,蝶形螺丝为什么会发生翻转呢?人们知道,蝶形螺丝头部具有不对称的特点,其上方和下方的形状并不完全一样,如果它在地面无外力的前提下,我们只需施加一个小力翘动它的一端,就可以让其发生“翻转”动作。
这主要是因为地球上有重力的存在,螺丝在没有外力作用的情况下,会受到重力的作用,而上下发生不对称的翻转就是因为头部的重心位置有所不同。
但是在失去重力的太空环境中,零部件和舱内人员都不受重力的作用,那么蝶形螺丝为什么会发生自翻转的现象呢?经过苏联科学家们的深入研究和推测,他们认为这种“异常”的翻转现象并不是一个坏事,反而是对太空环境下的“蝶形螺丝”的最佳设计,有助于其更加轻松自然地拧进或拧出松开所需要的位置。
而这个“贾尼别科夫效应”也为科学家们提供了一个非常有意思并且一直想不通的有关“蝴蝶形零部件”研究的新方向和思路,可谓是因为“意外”发现了它,才有了对之后技术和产品改良的巨大帮助和提升。
其实,这也再次印证了一句话:“人算不如天算”,在太空的科学实验任务中,有很多是人类不可预知和无法控制的“意外发现”,但是正是这些意想不到的发现和现象,为人类科学家的研究和探索 提供了新思路和发展方向。
尽管“贾尼别科夫效应”对于机械设计研究来说,是一个好消息,但是对于地球自转而言,就是一个十分令人忧虑和凶险的现象。
人类对地球和自然界的了解与发现相对较晚,但是我们可以在不神奇的地球上看到很多神奇的现象和生物,比如在极地冰层中可以发现“冰巨人”般的南极磷虾,而在深海中则有着长达30米的巨型鲸鲨,还有突然发生的短时强光现象“萤光雾”等。
但在1985年前,关于“所处于三维空间的刚体物体”,人们并没有太多的了解和研究,更别提在太空状态下这些“物体”会发生什么样的现象和变化了。
三、物理学家为我们揭开谜底贾尼别科夫在协同配合的技术员帮助下,成功完成了所有任务,并于10天后安全返回地球。
而在接受任务任务期间他和航天员发现的“贾尼别科夫效应”,也为科学家对地球自转的未知领域提供了一个全新的研究方向。
对于这一发现的疑惑,来自世界各地的物理学家和天文学家们纷纷展开了深入的研究与探讨。
其中,最为出色的解释是来自俄罗斯著名物理学家列夫·贝利亚耶夫和亚历山大弗罗津科的“网球拍定理”。
他们在研究围绕着不同维轴旋转的物体X的转动惯量I的时候,发现只有当X的第一大轴主惯矩小于X的第三大轴主惯矩时,X绕着最大从惯矩的一根轴旋转的过程中,其第二大主轴才会保持不变,不会发生翻转的过程。
只有当X的第一大轴主惯矩小于X的第三大轴主惯矩时,X绕着最小主惯矩轴旋转的过程中,其第二大主轴才会保持不变。
对于地球而言,由于地球内部并不是一块完整的固体物质,而是由固态和液态部分一起构成的,包括地核,地幔和地壳三大部分。
地球的转动惯矩主要取决于地核的液态金属铁熔炼体内的转动运动,其转动惯矩最大,其转轴位于地球表面,为主自转轴。
地幔和地壳的转动运动比地核要快一些,但相对不稳定,其转动惯矩小于地核,也在地幔和地壳交接处有很多的构造和天然现象变化,如构造地震,火山喷发等,都会引起地球的自转速度和方向发生一定改变。
而地球上又有月球存在,根据万有引力定律,月球的引力会影响地球的自转轴,使其产生稳定作用,有时候会对地球自转造成一些干扰。
因此,虽然在地球产生的地幅和行星比较稳定的情况下,地球的自转轴不会发生翻转,也就意味着地球上的一切生物会按照自然规律继续生长和繁衍。
而在2021年5月,来自中科院天文台的研究团队又在《科学进展》杂志上发表了一篇“地轴稳定性与太阳系中的特殊位置”主题的研究论文。
他们通过对太阳系中行星和卫星的动力学演化分析发现,在目前太阳系允许存在稳定的、与地球自转轴相一致的周期性变动的环境下,地球的位置和组成特点实在太特殊了。
地球所处的太阳系系统位置稳定,没有过多干扰因素的干扰,外太阳系的大行星如木星和土星,或近地天体系统中的小行星特征都适中,没有对地球的自转产生过多的干扰,所以地球的自转也就稳定下来。
笔者认为、 这一次“蝶形螺丝的贾尼别科夫效应”让苏联科学家们大惊失色,也让世界范围内的各类科学家们产生了持续十年的讨论和激烈辩论,可见这一现象对我们而言有多么特殊和重要。
那么作为“普通人”,我们或许在日常生活中不会用到这种螺丝在太空会发生什么现象的信息,但正是由于前人们对这些琐碎和无足轻重的事物和现象的留心观察和深入研究,才使我们拥有了现在繁荣昌盛和充满魅力的科学世界和自然界。
相比于过去,我们更多地考虑和关注的不再是“生存”的问题,而是如何做到“更好”和“更方便”,这一点从太空科技的不断发展和改良便可见一斑。
而这些螺丝钉的改良和进化,也为我们提供了更多改进产品和设计设计的“灵感”和“契机”,不得不感叹科学的可预期性和无限魅力。
所以,对于那些似乎“毫无用处”的小事物和现象来说,不要小看它,说不定正是它给予了科学家们一个全新的“机遇”,也正是它催生了一个新的“奇迹”。