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流浪地球,我们靠什么在宇宙中导航

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土星可以说是太阳系其它行星的兄长,已经形成有45亿年,如果说地球因为有了生命,成为太阳系最漂亮的存在,土星凭着自己的美丽的光环,排在第二位,如果不是因为地球的生命,土星绝对是太阳系最美的,但对于土星的光环到底是怎么形成的?一直都是科学家心中未知的谜团,要知道这么大的一个行星,想要在外围形成一个如此巨大的光环,这不是一朝一夕就能办成的事情,而且经过数据分析土星在形成初期,光环并没有形成,所以研究这光环的形成年纪,成为科学家多年来的重要课题

春节期间,由刘慈欣小说改编的同名电影《流浪地球》上映后便引发刷屏热议,电影讲述了在未来世界太阳老化为红巨星,人类不得不在地表建造出巨大的推进器寻找新家园,开启”流浪地球”计划。作为国产硬科幻电影的拓荒之作,《流浪地球》从剧本,概念图到各种素材,设定都以满满的良心和诚意获得了观众的一致好评,上映一周票房便突破22亿。

你在太空中呼啸而过,而你在前往遥远星球的路上走错了路。从你坐在船上掌舵的位置来看,你重返航向的机会似乎微乎其微。拥有地球轨道卫星网络的全球定位系统,在离家这么远的地方是没有用的。即使是北极星也只能告诉你所指的方向,而不是你所在的地方。你需要的是某种形式的天体卫星导航,它可以帮助你在恒星中找到自己的位置。

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抛开剧情不论,影片中最抓人眼球的就是各种未来科技的设定,核聚变发动机,超级计算机,科幻战车,各种形式的人工智能……既在震撼的视觉体验之外带给观众关于未来科技的种种憧憬,又为新奇科技产品的研发提供了灵感,事实上其中很多设定离变为现实并不遥远,甚至已经进入了我们的日常生活,接下来就为大家一一盘点。

幸运的是,我们现在已经有了一个可以胜任这项工作的定向系统,但是构建它并不是一件容易的事情。为了描绘我们在宇宙中的位置,天文学家观察了数十亿光年之外的宇宙中一些最不寻常的物体:类星体。在遥远的星系中,这些围绕黑洞的强光灯塔正被用来固定太阳系的物理位置。它们不仅有助于引导我们到遥远的世界旅行,还将帮助我们更多地了解我们自己的世界。

在研究过程中,有科学家认为,这个标志性的光环是当时太阳系形成初期,漂浮的碎石形成的,还有一些则是认为是在土星的引力之下,把彗星撕裂最终形成的光环,但是这些设想都是没有事实依据的假象,我们想要真正了解清楚,就必须实地探测土星光环到底是怎么形成的。

一.机械外骨骼

地球有它自己熟悉的坐标系统,一个全球经纬度网格,可以确定地球表面上任何东西相对于格林威治子午线和赤道的位置。通过使用距地球核心的距离作为第三坐标,我们可以离开地面来精确定位飞机、云层和卫星。

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将其进一步扩展到太空是可能的,但存在一个问题。因为坐标系和地球一起旋转,每一颗行星和恒星在一天的过程中都会迅速地改变它的纬度和经度。如果计算出它们在这个坐标系中的移动速度,这些数字很快就会变得很不可思议。即使是离太阳系最近的恒星,比邻星,似乎也在以光速数千倍的速度飞行,这一虚假的速度掩盖了它可能具有的任何真实运动。

为了解决这个问题,美国宇航局发射卡西尼号探测器进入土星,但在临近土星的时候,因为光环巨大,无法进行有限的分析,在多方方案无果之后,为了科研成果,只能让卡西尼号探测器抱着必死的决心,冲进土星环之内,用生命为我们探索最为珍贵的科研数据,当时是2017年9月15日,卡西尼号探测器在土星周围燃料即将耗尽,科学家指挥它坠入土星,成为土星大气层养料。

影片中最为酷炫的便是贯穿始终,人手一副的”机械外骨骼”,从影片开始刘启与一哥的搏斗,到救援队的装备,再到影片结尾大家齐心协力手动推动”撞针”激活发动机,机械外骨骼以大幅度提升人类的体力,耐力和战斗力的功效起到了不可小觑的作用。

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而在现实中,外骨骼在医疗和军事中均有着广泛的研究运用,例如残奥会上运动员们使用的智能义肢,国内北航生物医学中心还研发出了外骨骼康复机器人;军事方面,美国作为机械外骨骼作战系统的先驱者,早在2010年便研制出了第二代单兵外骨骼机械,士兵穿戴后可以一拳击穿5厘米厚的模板,轻易举起200公斤以上的物品,甚至可以单手拿起炮弹,单手发射反坦克导弹,俄罗斯也研制了相关产品并声称在2025年应用战场。当然中国也不甘落后,由国防工业集团研发的机械外骨骼装置于去年流出了测试图,这套系统采用了独特的创新设计,多个灵敏传感器相互贯通,能够精确操控微型液压系统,在人与机器之间创造有效互动。

射电望远镜对远处物体的观测可以帮助我们在太空中确定自己的方位

当时坠毁过程看似奋不顾身,其实是有含有在其中的,当时卡西尼号燃料即将耗尽的时候,地面工作人员指挥卡西尼号探测器对土星环进行22次冲击,为什么拍摄光环内部的照片,最终因为燃料原因在引力的吸引之下,坠入土星,但是它也间接性的感受到的土星和土星环之间的拉力,给我们下次探测土星分析宝贵数据

二.AI换脸

很明显,我们需要一个静止的坐标系。直到20世纪末,天文学家都把他们的参照系挂在恒星上。随着我们对恒星位置测量的改进,我们编制了一系列星表,把它们的位置作为参考点。从地球上往外看,观测者可以测量彗星和参考星之间的夹角,从而给出彗星的天体坐标。FK5星表(fifth
fundamental
catalogue),使用了1500多颗恒星来标记天空。但即使是这样也有不足之处。恒星不是固定的,它们是变化无常的。它们在天空中移动,虽然很慢。虽然这个运动可以允许,但它仍然会导致不精确,角度不确定性为几百万分之一度。虽然这不是灾难性的,但进行彻底改革的时机已经成熟。

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因此,在20世纪90年代,天文学家迈出了一大步。他们不再依赖于几百光年外的恒星,而是决定将目光投向数十亿光年以外的地方。远处的物体在天空中的位置不会很快改变,这使得它们成为理想的参考点。但是要从很远的地方看清楚,它们必须是明亮的,我们所知道的最亮的信标是类星体:超大质量黑洞吸收物质并发射出辐射的地方。使用这种重型标记的另一个好处是,它们不容易被推来推去。由于质量是太阳的几十亿倍,超大质量的黑洞往往停留在星系的中心。

通过卡西尼号土星探测器,我们知道了土星环中含有大量的小颗粒漂浮物,其中大小都有,而这些颗粒最要成分都是水冰,还要一些未知的化合物组成的物质,但是因为长时间的漂浮,如今土星环有些碎片已经被污染,亮度也没有以前那么明亮,同过数据分析,土星环形成最有利的依据就是当时土星破坏了上一代的冰冻卫星形成的,而且卡西尼号在坠毁的时候,它的测量数据让科学家发现土星的密码。

影片中刘启偷了姥爷的工作证,找到一哥给自己和妹妹办假证件和防护服,在核验证件的时候,刘启在短短几秒敲键盘的功夫中就完成了照片”换脸”。

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