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  • 當前觀察:國際空間站上的宇航員如何分辨白天和黑夜?

    時間:2022-09-01 09:43:17 來源: 新浪科技


    國際空間站的軌道穿越白天和黑夜。

    無論你對白天和黑夜的理解如何,對地球上的所有生物來說,晝夜都是一個每24小時重復(fù)一次的明暗循環(huán)。


    (資料圖片)

    然而,一旦你離開了我們的星球,這些定義就不再適用了。例如國際空間站上的宇航員們,你有沒有想過,他們感受到的白天和黑夜是什么樣子呢?

    為何會有日夜之分?

    地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了白天和黑夜。

    地球除了會沿著橢圓形軌道圍繞太陽公轉(zhuǎn)之外,還會繞地軸自轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)過程中,朝向太陽的一面處于“白天”,照射不到陽光的一面則處于“夜晚”。地球自轉(zhuǎn)的速度非??欤s為每小時1670公里,但即使如此,地球每自轉(zhuǎn)一圈也需要24小時。因此我們每天的時長為24小時,其中約12小時沐浴在陽光下,12小時隱匿在黑暗中。

    國際空間站上的晝夜是什么樣的?

    國際空間站

    國際空間站的軌道離地表很近,因此用肉眼便可看到。

    國際空間站上通常載有5至7名宇航員,他們在上面也會經(jīng)歷晝夜變化嗎?如果會的話,和地球上的晝夜是否相似呢?

    國際空間站上的日與夜

    國際空間站的運行速度高達每小時27600公里,大約每90分鐘飛行一圈。在此期間,空間站約一半時間處于陽光照射下,另一半時間則身處地球的陰影中。因此空間站每轉(zhuǎn)動一圈,大約會經(jīng)歷45分鐘的光明和45分鐘的黑暗。

    國際空間站上拍到的日出。由德國宇航員亞歷山大·格斯特拍攝。

    國際空間站上看到的日落。

    在24小時內(nèi),國際空間站會圍繞地球旋轉(zhuǎn)16次。因此地球上每過去一天,國際空間站上的宇航員都會目睹16次日升日落。

    頻繁的日夜切換為何會產(chǎn)生問題

    每天能從太空中看16次日出,這件事一開始聽上去可能很酷炫,但長此以往卻可能造成一個嚴重的問題。

    從國際空間站上拍攝的地球夜景。

    人體是按照24小時的周期運作的,而光線在周期的調(diào)節(jié)中扮演著關(guān)鍵角色。我們的晝夜節(jié)律遵從著地球上的光線規(guī)律,日出而作、日落而息。因此快速的晝夜切換會對宇航員的生物鐘造成不利影響。

    但我們可不能讓這些承擔了全世界最重要任務(wù)之一的宇航員處在不?!暗箷r差”的狀態(tài)中,因此我們必須在國際空間站上創(chuàng)造一個“正常的”晝夜環(huán)境。

    國際空間站如何模擬正常的晝夜環(huán)境

    1. 固定一個時區(qū)

    國際空間站采用協(xié)調(diào)世界時。這是一套全球性的時間標準,由兩個因素決定:一是通過高精度原子鐘計算得出的國際原子時;二是基于地球自轉(zhuǎn)得出的世界時。全球所有時區(qū)都是根據(jù)協(xié)調(diào)世界時調(diào)整的。

    位于柏林的世界鐘。

    為何采用協(xié)調(diào)世界時?

    前文提到,國際空間站是一個多國合作項目,有分布在世界各地的五大航天機構(gòu)參與,因此協(xié)調(diào)世界時無疑是最佳選擇,可以促進各機構(gòu)間的有效合作。

    2. 控制國際空間站上的光照

    在國際空間站任務(wù)開展早期,人們發(fā)現(xiàn),即使每天給宇航員分配了8.5小時的睡眠時間,他們的睡眠狀況依然不佳。因此科學(xué)家決定對空間站上的光照進行調(diào)節(jié)。

    事實上,“光照對人體的影響”正是NASA在國際空間站上開展的實驗之一。

    國際空間站一開始使用的是“通用照明總成”系統(tǒng),用熒光燈提供照明。2016年,這些模塊被“固態(tài)LED模塊”取代,后者更持久、成本更低、光線也更明亮。LED燈還能改變照明強度和波長,非常適合在空間站中模擬真實的晝夜環(huán)境。

    國際空間站上宇航員的“一天”

    在國際空間站上,宇航員的工作日從協(xié)調(diào)世界時早上6點開始,到晚上9點結(jié)束。

    在前幾個小時,光線被設(shè)定得較為明亮,模擬日間的照明水平。當宇航員需要執(zhí)行挑戰(zhàn)性較高的任務(wù)時,光線的波長會被調(diào)節(jié)到更加接近藍光的波段,從而提高宇航員的清醒度和警覺性。而在一天行將結(jié)束時,光線則會調(diào)成暖光,幫助宇航員更好地入睡。

    睡袋。

    從晚上9點半到次日早6點之間,光線會被調(diào)暗,模擬夜間環(huán)境。這樣一來,等宇航員完成了一天的工作之后,就可以在睡袋中舒舒服服地躺下、好好休息一晚。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn),這樣的光照規(guī)律有助于提高宇航員的工作效率。這些研究結(jié)果也促進了“情緒燈”等LED產(chǎn)品的商業(yè)推廣。

    放松一下

    國際空間站已經(jīng)采取了多種措施確保宇航員保持正常的生活規(guī)律。不過,如果宇航員想欣賞一下奇異的太空景觀,他們只需要到穹頂艙里待一會兒,就能在短短90分鐘內(nèi)度過完整的“一天”了。

    國際空間站中的穹頂艙。


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