为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

据新浪科技编译外媒报道,国际空间站上的宇航员这两天刚刚获得一批新的先进实验设备,涉及紧急导航,DNA 测序,以及超冷原子研究等领域。美国私营航天承包商“轨道 ATK”公司的“天鹅座”飞船已经将这些物资送达宇航员们的手中。
为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

2018 年 5 月 21 日,“天鹅座”货运飞船由一枚“轨道 ATK”公司研制的“心宿二”火箭

从美国弗吉尼亚州的瓦洛浦基地发射升空

为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

腾空而起的“心宿二”火箭

根据与美国宇航局签署的商业服务合同,2018 年 5 月 21 日,“天鹅座”货运飞船由一枚“轨道 ATK”公司研制的“心宿二”火箭从美国弗吉尼亚州的瓦洛浦基地发射升空。本次飞行,天鹅座飞船携带了大约 7400 磅(约合 3.35 吨)的研究设备,以及其他物资前往国际空间站,这些设备和物资将为空间站上的十多个项目提供支持。全部加起来,目前国际空间站上正在开展的研究项目有超过 250 个。

美国宇航员斯科特·汀格尔(Scott Tingle)和瑞吉·阿诺德(Ricky Arnold)操控国际空间站的机械臂捕获天鹅座飞船并完成对接,随后就可以将获取转移到空间站上。

宇宙最低温之处

美国宇航局(NASA)早在去年就宣布说他们要构建一个“全宇宙最冷的地方”,以便研究原子在接近绝对零度环境下的奇异行为。

而在这一次送往空间站的所有实验设备中,最引人关注的就是一台名为“冷原子实验室”(Cold Atom Laboratory (CAL))的设备,这台设备大小和一个冰箱差不多,由美国宇航局“喷气推进实验室”(JPL)研制,其能够产生比宇宙空间温度还要再低 100 亿倍的极端超低温环境。其原理是利用真空腔内的激光和电磁系统,将气体中粒子的运动速度放慢,一直到几乎接近静止的状态。

科学家们之所以对极端低温下的原子行为如此感兴趣,是因为在极端低温下,它们的行为会非常奇异,而在太空失重环境下,开展这项研究将具有更加有利的条件。

为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

在这一次送往空间站的所有实验设备中,最引人关注的就是一台名为“冷原子实验室”(CAL)的设备,

这台设备大小和一个冰箱差不多,能够产生宇宙中的最低温度

为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

工作人员正在将补给物资送入“天鹅座”货运飞船

根据设计,地球上的科学家们将能够利用这条设备进行远程操作实验,每天可以做实验的时间大约是 6.5 小时左右,并且全程无需空间站上的宇航员协助。

这台设备可以将其内部的原子云冷却到极为接近绝对零度的温度水平上。所有稍有物理常识的人都知道,绝对零度是温度的最低极限,数值大约是零下 273.15 摄氏度。在极端低温下,原子将呈现非常缓慢的运动形式,称作“玻色-爱因斯坦凝聚”。

在地球重力条件下,这些粒子的运动速度无法被减慢到足够的程度,难以对其进行持续的观察。因此也就难以对其量子行为进行更深入的研究。

为什么说宇宙最低温之处在国际空间站上?

“天鹅座”货运飞船内部景观

然而,在国际空间站的微重力环境下,事情就变得不一样了。脱离了地球重力场环境,实验室条件下的原子运动速度将被极大放慢。通过综合运用激光与磁场手段,可以极大减慢原子的运动,使其对应温度降低到绝对零度以上 100 亿分之一的水平上。

通过 CAL 在国际空间站上的实验,科学家们将更好地了解在这种极端环境下原子的行为特征,这是 100 多年来科学家们一直孜孜不倦研究的重要物理学领域课题。

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