宇宙真空学的发展

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国航天科技集团公司五院五一零所 作者:达道安

宇宙真空学的发展

达道安1 杨亚天2

1).中国航天科技集团公司五院五一零所; “真空低温技术与物理”国家实验室 2).福建师范大学物理系

  摘要:本文全面综述了作者创建的《宇宙真空学》的概念、内涵、研究内容、基础理论及数学计算结果。分析了该理论的正确性、自洽性,一致性,比较了理论计算结果和实际观测的符合性,得到了新的计算结果,预言了新的现象。把真空科学技术推广到宇宙空间,是一门全新的理论体系,形成了一个新的学科领域。

  1.人们通常用玻耳兹曼气体分子分布律公式计算地球表面附近的大气分布,计算结果和实测数据符合较好。但是,当用此公式计算全宇宙空间气体的总分子数时出现了发散。表明玻耳兹曼公式只适用于行星表面附近,而不能用于整个宇宙空间。本文对玻耳兹曼公式出现发散的原因进行了分析,通过引入新的归一化因子,解决了玻耳兹曼的发散困难,得到了新的行星大气分布律公式。由此公式出发推导出行星大气总分子数公式,计算了地球大气总质量,和实测值符合。预测了月球、火星的大气总质量,尚待验证。推导了行星大气总质量随高度的分布公式,行星大气密度随高度的分布公式,行星大气压力随高度的分布公式-高度计公式。用以上公式计算了地球大气的相关特性,符合性很好。首次给出了太阳系八大行星大气密度随高度的分布计算数据和图表。

  2.假定行星大气是在行星生成、演变过程中形成的,行星大气受行星引力约束且不断地逃逸。建立了行星大气逃逸方程,定义了行星大气逃逸寿命。分别推导出了行星大气层等温分布和不等温分布两种状态的行星大气逃逸寿命的数学表达式。计算了地球、金星浓密型大气层的寿命,结论是远大于它们自身的寿命,大气层非常稳定。计算了月球、火星等稀薄型大气层的寿命,结论是远小于和接近于行星自身的寿命,解释了行星表面大气密度不同的观测事实。

  3.应用行星大气逃逸理论还可计算行星大气组份的寿命。例如计算了月球、火星表面水汽分子的逃逸寿命。结果指出;月球、火星水汽分子的寿命均小于行星自身的寿命,解释了月球、火星表面没有液态水存在的事实。考虑到水冰的蒸汽压低,建立了水冰升华水汽分子的逃逸方程,通过计算给出了火星水冰在温度180K 下可以保存至今,解释了火星南北极附近表面存在大量水冰的事实。计算指出月球水冰在100K 温度环境下可以保存到现在。解释了美国科学家在月球南极凯布斯深坑发现存在水冰的观测事实。

  4.大气的准稳态分布告诉我们:在宇宙空间约束大气分子的力,除行星和大气的引力外还应考虑的其它力的存在。作者认为暗物质有可能贡献出对行星大气分子空间分布起作用的引力,并猜想物质分子是由基本粒子和真空构成的,把真空作为物质的组成要素之一。假定真空是一个连续、均匀分布在宇宙空间的能量场,作为一种力的传媒介质,它可以传递物质间的四种作用力-引力、电磁力、强作用力、弱作用力。真空充满在物质内部的微观空间和物体间的宏观空间以及没有实物物体存在的宇宙巨观空间。所有的物体都带着体内的真空场并在宇宙的真空场运动时,发生真空场的交换力。正是由于考虑了真空场对分子的相互作用,才使行星大气的总分子数接近收敛。最近很受关注的希格斯(Higgs)场可能是真空场的组成之一。从物理本质解释了新的行星大气分布律收敛的原因。

  本文建立了完整的宇宙真空科学理论,克服了玻耳兹曼气体分子分布律的发散困难,给出了新的、自洽的宇宙空间大气分子密度分布律公式。不仅在行星表面和玻耳兹曼公式一致,而且在全宇宙范围内理论计算的结果和实际观测数据的符合性很好。该理论的建立对航天器的轨道设计、航天器在行星表面的降落技术、航天器从行星表面的返回技术有理论指导意义和实际应用价值。

  附言,仅供参考:

  本文的全部内容已由作者整理成专著《宇宙真空学》,得到国家科学技术学术著作出版基金资助,基金委员会评审意见如下;。

  国家科学技术学术著作出版基金委员会评议意见:

  本书系原创性实验技术及基础理论专著,系统总结了作者三十年来在极高真空技术与物理、可变翼轨道分子屏技术和理论、宇宙真空学方面具有自主创新的研究结果。书中推导出的行星大气总质量公式、行星气体总质量随高度分布公式、行星气体分子密度随高度分布的气压计公式等具有很强的原创性。

  本书具有原创性,发展了极高真空技术与物理,建立了宇宙真空学的理论基础,把真空科学技术从地面延伸到宇宙真空,填补了空白,国内外尚无相似著作出版。对发展我国真空科学技术、深空探测等方面有重要的指导作用和应用价值。

  本书可供研究生及科研人员学习,对航天科技人员有实际指导作用。

  本书作者长期从事极高真空科学技术及其在航天技术应用的研究工作,取得了多项重要的研究成果,发展了极高真空技术与物理,建立了宇宙真空学基础理论。<宇宙真空学>专著将作者多年来重要的科研成果进行整理汇编,是一本具有原创性实验技术及基础理论的专著。对发展我国真空科学技术、深空探测等方面有重要的指导作用和应用价值,国内外尚无相似著作出版。

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