宇宙真空学的发展
  研究了真空科学技术发展及应用的历史过程,建立了宇宙真空学。宇宙真空学是研究行星表面以上空间大气分布规律、行星大气逃逸理论、航天器周围的真空环境特性及宇宙真空测量理论与技术、宇宙真空的物理本质等...
  研究了真空科学技术发展及应用的历史过程,建立了宇宙真空学。宇宙真空学是研究行星表面以上空间大气分布规律、行星大气逃逸理论、航天器周围的真空环境特性及宇宙真空测量理论与技术、宇宙真空的物理本质等的学科。本文系统地叙述了作者创立《宇宙真空学》的逻辑思维、建立模型的物理概念以及理论推导的数学技巧。给出了行星大气密度分布理论、行星大气逃逸理论、宇宙真空测量理论及宇宙真空的物理本质等方面的研究结果。作为理论应用的实例,计算了太阳系行星的大气密度分布,地球、金星、火星、月球大气的总质量及大气逃逸寿命,月球、火星表面水存在可能性的理论分析,与实际观测结果符合。宇宙真空学对空间应用及行星探测工作有重要的理论和实际指导作用。
  人类在地球表面大气环境中生存了数百万年,人类对真空的认知经历了几千年历史时期。公元前六世纪,中国人在冶铁时采用风箱(古称鞲鞴)鼓风技术提高炉温。战国时期的《老子道德经》书中说鞲鞴“虚而不屈,动而愈出”,说明风箱鼓风的过程是利用了低真空和环境大气之间的压力差产生吸气的原理。到了16世纪欧洲人才发明了风箱。公元五世纪晋朝医生葛洪在《肘后备急方》书中介绍了“拔火罐”治病的方法。使用燃烧的火焰把罐中的气体加热膨胀赶出,火焰熄灭后再冷却形成真空,利用大气压力使火罐被吸附在皮肤上,这些技术至今仍在使用。但那时没有说明发生以上现象的物理原因,也没有实验测量和数学表达。欧洲人遇到同样的问题时,形成了以古希腊哲学家亚里斯多德(Aristoteles,公元前384-322)为代表的观点:大自然界不存在真空,其格言是“大自然厌恶真空”。16世纪罗马人用水压机抽汲矿井中的水,当水压机的活塞被提上来时,在水管的下部留下一段真空空间,周围的水就会打开水管底部的单向阀门涌入其中填补真空空间,说明大自然不允许存在真空,该观点统治了1800多年。当人们重复水压机汲水动作时,管内水位不断提高,直到水从出口溢出。直到17世纪发现提升水位的高度有限制,于是请科学家伽里略(Galileo)到现场指导,伽里略亲自测量其限制值为10m:伽里略分析后认为:由于汲水管插入水池和大气连通,汲水高度和大气重量产生的压力有关。於是,让他的学生托里切利(Torricelli)用实验验证。托里切利想到了用比重为13.6g/cm3的水银替代水,10m水柱的高度可降为760mm。1643年,他的同学瓦里安(Viviani)把水银灌满在长度约1m、一段封口的玻璃管中,倒置在水银池中,测得大气压力等于垂直高度为760mm水银柱的重量产生的静压力。这个实验得到了三个非常重要的科学结论,提高了人们对真空的认识:①大气压力是由大气重量产生的;②地球表面的大气压力值等于760mm 高汞柱的静压力;③在玻璃管封闭端水银面的上面形成了约240mm长的人造真空空间。图1给出了实验示意图。此后,人们开始接受在把环境大气隔离的条件下可以人工获得真空的事实。
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