高空气球探测暗物质试验的数据采集测试系统
单元标题：第四章灌球与观测 第一节球皮的分类与用途 第二节气球升速的确定 教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时： 教学目的与要求： 目的：了解探测球皮的分类与用途、讨论分析作用在气球表面的力、气球的上升速度、升速公式，确定气球升速的原理。 要求：掌握探测球皮的分类与用途，了解气球升速的确定原理与方法。 主要教学内容： 球皮的分类与用途、球皮的性能和选用方法、球皮使用与保管注意事项、作用在气球表面的力、气球的上升速度公式的讨论以及确定升速的方法。 教学重点与难点： 球皮的分类与用途、气球的上升速度、升速公式的讨论，确定升速的方法。课后作业： 1、什么是总举力？什么是净举力？如何确定测风气球净举力？ 3、高空风观测方法以及球皮的分类如何？ 4、高空气象探测的分类，各类气球升速的要求 课后体会： 通过教学，同学们基本掌握了探测气球的种类和高空测风方法的分类，了解气球上升中所受到各种力的作用，掌握总举力、净举力的定义和确定气球升速的方法。但必须通过今后的实习进一步加深了解。
第四章灌球与观测 第一节球皮的分类与用途 一、气象球皮的分类 我们把尚未充气的气球称为球皮。 气象球皮分为两大类： 1、探空气球：该气球携带探空仪和回答器，可升至30Km的高度，与测风雷达配合进行探测。 探测时，除了把气球作为气流运动的示踪物，测定高空风随高度的分布情况外，还要将气球作为携带高空气象探测仪器升空的运载工具，探测高空温、压、湿随高度的分布情况。飞升时，具有一定的上升速度（400米/分左右），以保证探测仪器各感应元件的通风量，使探测到的温、压、湿结果具有一定的精确度。 2、测风气球：按探测手段又分为大球和小球。 大球：携带回答器的气球，可升至30Km的高度，升速为400米/分左右，与测风雷达配合进行探测，只能作为气流运动的示踪物测定高空风随高度的分布情况。 小球：充灌氢气后与测风经纬仪配合，不携带附加物升空（夜间观测携带灯笼和蜡烛），升速为200米/分钟，只作为气流运动的示踪物，测定高空风随高度的分布，探测高度受天气条件的限制。 二、球皮的性能和选用 性能：均由天然乳胶或合成橡胶制成，具有良好的弹性。 球皮质量判断方法： （1）形状：气球近似有圆形和椭圆形，相比之下椭圆形气球施放高度较高一些。 （2）弹性：可用手轻轻拭拉球皮，感觉柔软而松弛，说明气球质量较好，感觉弹性较差，则说明气球质量不太好。 （3）大小：从球咀到球顶的距离越大，说明气球较大，施放高度较高。 （4）均匀度：展开球皮，无大的绉折和明显的薄厚差别则较好。 三、球皮使用与保管注意事项
广西2018届高三理综下学期4月考前模拟联合试题 一、选择題：本题共13小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符题目要求的。 1. 下列有关肽键的叙述，错误的是 A蛋白质中的肽键数等于或小于脱水缩合过程中的氨基酸数 B含肽键的物质都可与双缩试剂发生作用，产生紫色反应 C核糖体上可形成肽健，溶酶体内可发生肽键的水解 D肽键的元素组成为C H、O .N，其牢固程度与碳碳双键紧密相关 2. 以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为观察植物细胞质壁分离和复原实验的材料，下列有关说法正确的是 A. 正在发生质壁分离的细胞，其吸水能力逐渐减弱 B正在发生质壁分离的细胞，其紫色区域逐渐缩小，颜色逐渐变深 C发生质壁分离后完全复原的细胞，其细胞液浓度最终与外界溶液浓度相同 D该实验不选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞作材料，是由于该类细胞不能发生质壁分离 3. 光合作用过程产生的物质中，能进人线粒体并参与有氧呼吸的是 AGH2Q B.ATP C. [H] D.O 2 4. 下列有关人体内环境稳态和生命活动调节的说法，正确的是 A. Na+对维持细胞内液渗透压有重要作用 B血浆中的HCO T, HP&等能使血浆的pH保持不变 C.在寒冷环境中，人体的产热量增加、散热量减少 D在血糖调节过程中存在反馈调节 5. 研究人员对某草原上啮齿动物多样性进行了连续8年的定点监测研究结果如下表所示。下 列说法错误的是 2002-2009
禁牧区：禁牧8年以上。轮牧区：草地采取围栏轮牧。过牧区：常年不断过度放牧) A?自然和人类干扰活动是影响物种多样性的重要因素 B可用标志重捕法调查该草原上啮齿动物的种群数量 C放牧强度对草原上啮齿动物的优势种没有影响 D食物缺乏条件下，短耳仓鼠最有可能从该草原消失 6、下列关于人类遗传病的说法，错误的是 A. 致病基因的表达是人患遗传病的根本原因 B调查某种遗传病的发病率应在人群中随机抽样 C.画遗传系谱图是确定某些遗传病遗传方式的有效方法之一 D通过染色体组型分析可以在早期发现某些遗传病 7、化学与生活、社会密切相关，下列说法正确的是 A. 高锰酸钾溶液、酒精、双氧水能杀菌消毒，都利用了强氧化性 B. 通信光缆的主要成分是晶体Si，太阳能电池的材料主要是SiO2 C. 将矿物燃料脱硫脱硝可有效防止酸雨 D. 以“地沟油”为原料生产的生物柴油与以“石油”为原料生产的柴油化学成分相似 8、下列说法正确的是 A. 分子式为GH8Q的有机物共有5种 B. 蛋白质在酶等催化剂作用下水解可得到氨基酸 C. 乙烷、氯乙烷、二氯乙烷互为同系物 D. 植物油中不可能含有碳碳双健 9、下列实验操作规范且能达到相应实验目的的是
第41卷第1期国防科技大学学报Vol.41No.1 2019年2月JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY Feb.2019 doi：10.11887／https://www.360docs.net/doc/e917693910.html,.201901009http：／／https://www.360docs.net/doc/e917693910.html, 零压式高空气球球形设计与参数敏感性分析* 杨燕初1，2，张航悦1，2，赵荣1，2 （1.中国科学院大学，北京 100190；2.中国科学院光电研究院，北京 100094） 摘要：高空气球能够为临近空间科学实验提供可靠的平台，其形状直接关系到气球制作及飞行的全过程。提出将多段打靶法与序列二次规划法结合，对零压气球完全膨胀和部分膨胀状态下的球形进行求解，并运用有限元方法对球形进行稳定性及应力应变分析，验证了所推导球形的正确性。在此基础上，对影响气球形状的关键参数进行灵敏度分析及相关运用，从定量的角度得到气球载荷、飞行高度及昼夜温差对气球形状的影响规律。 关键词：临近空间飞行器；高空气球；球形设计；多段打靶法；敏感性分析 中图分类号：V214.4 文献标志码：A文章编号：1001－2486（2019）01－058－07 Ｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎｏｆｚｅｒｏｐｒｅｓｓｕｒｅｈｉｇｈａｌｔｉｔｕｄｅｂａｌｌｏｏｎａｎｄ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ YANG Yanchu1，2，ZHANG Hangyue1，2，ZHAO Rong1，2 （1.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100190，China； 2.Academy of Opto-Electronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing100094，China） Ａｂｓｔｒａｃｔ：High altitude balloon provides a reliable platform for high altitude scientific experiments.The shape of the balloon is directly related to the whole process of making and flying.The multiple-shooting method was combined with the sequence of two quadratic programming method，and the under-expansion shape and optimum-expansion shape were obtained.In addition，the finite element method was used to analyze the stability and stress and strain of the sphere to verify the correctness of the derived sphere.On this basis，the sensitivity analysis and related application of the key parameters affecting the balloon shape were carried out，and the effects of balloon load，flight altitude and temperature difference between day and night on the balloon shape were obtained quantitatively. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：near space vehicle；high altitude balloon；balloon shape design；multi-segment target method；sensitivity analysis 高空气球是利用密度小于空气的气体产生的浮力进行飞行，属于临近空间低动态飞行器，具有飞行高度高、速度低、载重大的特点，为高空科学实验研究提供了可靠的平台。目前，高空气球根据内外压差大小可分为零压气球和超压气球，零压气球底部有排气管与大气相通，超压气球则与外界封闭，可以认为超压气球是零压气球在达到升限高度后进一步上升膨胀形成的［1］。零压气球外形为轴对称球形，且目前大多采用了自然形球形的设计。从1782年气球第一次升空之后的150多年里，并没有进行过系统理论性的研究，工程师们依靠直觉选择了诸如正球形、圆柱形及四面体形等形状［1］。直到1939年，Upson提出了自然形气球的概念［2］，规定载荷完全靠子午线方向的球膜应力承担，周向应力始终为零，并且初步推导出气球形状方程。20世纪50年代，研究人员对轴对称自然形高空气球球形系统性地建立了数学模型并数值求解得到一组球形数据，推动了气球球形的研究［3］。1965年，Smalley进一步使用计算机数值求解得到了较为精确和完整的球形数据，并在气球设计中得到了实际运用［4］。之后的球形设计都是在自然形气球的基础上进行改进的，包括 Li等在20世纪80年代提出的“混合形”球形［5］以及Yajima等提出的“三维球幅”设计［6］。 自然形球形方程最终可以化简为一组微分方程，在求解方法上，通常是选择标准的Runge-Kutta 方法，姜鲁华从提高计算精度方面选择了Gill法［7］，Baginski等利用打靶法得到气球外形数据并指出使用多段打靶法求解部分膨胀状态下球形的可行性［8］。在此基础上，本文提出将多段打靶法与最优 *收稿日期：2018－04－14 基金项目：国家自然科学基金资助项目（91638301）；中国科学院国防创新基金资助项目（CXJJ－16M206）作者简介：杨燕初（1982—），男，河南郑州人，副研究员，博士，硕士生导师，yangyanchu＠https://www.360docs.net/doc/e917693910.html, 万方数据
高空科学气球 高空科学气球又称平流层气球，是近30年来逐步发展起来的进行高空科学观测或实验的一种运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，但却比飞机高得多，一般可达40~50km。由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，因此越来越受到科学工作者的青睐，并被广泛应用于高能天体物理、宇宙线、红外天文、大气物理、大气化学、地面遥感、高空物理、生理、微重力实验等方面的研究，同时也大量应用于外层空间宇宙设备的预研和试飞以及军事方面等。 高空气球的球体，大都用高压聚乙烯材料所作的球膜经热压熔焊制成，膜厚仅20μm 左右，其低温性能和抗拉伸强度却非常好。为提高载重能力，大型气球沿其母线还加有尼龙加强筋。球体形状多为自然形，采用所谓零压式，即在球体下部留有排气管使内外相通，压差为零，用以防止气球升空后球内压力增大把气球涨破。气球内部充以氢气，有的充以氦气。氢气的浮力大、价格低廉，但易燃易爆，必须在严密的安全措施下使用。氦气的浮力比氢气小，安全，但价格昂贵，不宜大量使用。气球的体积根据载重能力和升限的要求不同而定，载重量越大，升限越高，要求体积越大。一般，由几千米3到几十万米3，甚至超过百万米3；载重量由几十公斤到上百公斤，甚至超过一吨；升限在35~45km，及至超过50km。 高空科学气球系统的构成见图1所示，球体内充以浮升气产生浮力，切割器用在实验结束后分离球体。球体和系统分离后，由降落伞把系统的其余部分安全地降落到地面上，以便回收。角反射器的作用是反射地面雷达波以便于识别和跟踪，探空仪不断探测大气的温度、湿度、压力等气象要素，并由无线电发射机发回到地面，由地面测风雷达接收并记录，同时也便于地面雷达天线跟踪。信标机的作用是在吊舱等设备降到地面后发出无线电信号以引导回收人员进行回收。根据不同实验的需要，实验吊舱内可安装各种仪器仪表，并安装有遥测发射机、遥控指令接收机和相应的终端设备等。 利用高空气球进行科学实验，一般由制定计划、装配吊舱、设备调试、现场联调、气球发放、空中飞行、切割降落、地面回收等许多环节组成。 气球发放必须在专用场地进行。发放方法有静态、动态和软式发放等几种。静态发放是把实验吊舱置于地面或平板拖车上，调整好吊舱与气球的相对位置和距离，在风比较小时使吊舱尽可能垂直起飞。此法使用的设备简单，但不很安全，动态法比较安全，但需要专用吊车和较大的发放场地。软式发放是先用一个辅助气球把吊舱吊起并系留地面，待主气球起飞后再释放辅助气球，当绳缆拉直后两者自动脱离，此法安全，不需大场地，但辅助气球必须充氦气。 发放气球还需配有专用的充气设备，由于高空空气稀薄，气压很低，一般几十万米3 体积的气球，在地面只需充几百米3的浮升气，当升入高空后即可被涨满。为了控制气球的高度和升速，在气球顶部装有排气阀，吊舱内装有压舱物（铁砂等），由地面指令控制排气阀开关或抛砂，达到控制气球的高度来控制其飞行方向（高空各层风向不同）。气球起飞后，可由地面的遥测、遥控设备进行跟踪和控制，随时测量气球的位置，并计算出它的高度和水平距离。 遥测系统包括球上设备（遥测终端、遥测发射机）和地面设备（遥测天线及驱动系统、遥测接收机、遥测接收终端、记录设备等），该系统的作用是把观测到的科学数据或实验数据由无线电信道传到地面。一般快速续信号的传送采用FM-FM遥测体制，较慢的信号或者
分别对待暗能量、分别对待暗物质的报告之三：介绍刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律，与爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误。 【一】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之一：将有条件的场客加速远离，当成了无条件的场客加速 远离。换言之，将有条件的场客加速远离，当成了所 谓“宇宙速胀”。 【二】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之一：爱因斯坦们所谓“宇宙速胀”，是没有的事；而“有条件 的场客加速远离”，是确有的事。
【三】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二：试图自所谓“爱因斯坦方程”，求解“暗能量”。【四】事实上，所谓“爱因斯坦方程”，原本不能成立。【五】“爱因斯坦方程”不能成立的原因，是；等号前方的微分张量，不能等于等号后方的非张量。 【六】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之二：克服了爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之二， 才能解出“荦谧加速能”（荦能额与谧能额）。【七】刘辰楼“荦谧加速能”科学的重大五规律之三：无客速的场客，不会加速远离；客速不够大的场客，也不 会加速远离。 【八】爱因斯坦们“恶煞暗能量”推想的严重五错误之三：不问场客“加速远离所需的初速值”。 【九】场客盘速{（Rcosθ）φ速}为零、场客局纬速（Rθ速）也为零时，刘辰楼的场客局速算式，表明：R加速度 〒-（荦能额对R的偏导数）c平方exp（4荦能额+2 谧能额）+（3荦能额对R的偏导数+谧能额对R的偏 导数）R速平方。 【十】加速远离，就是：R加速度＞0。 【十一】所以，“加速远离所需的初速值”，其平方，R 速平方＞{（荦能额对R的偏导数）/（3荦能额对R 的偏导数+谧能额对R的偏导数）} c平方exp（4荦
第四章 灌球与观测 1、测风气球净举力的确定以及充灌方法。 2、单独测风瞬间观测项目及时间规定。 3、高空风的观测方法与种类，目前我国高空气象站的日常观测属于哪一类？ 4、高空气象探测球皮的分类，各类气球升速的要求。 5、单独测风瞬间观测结束后应做哪些工作。 6、雷达单独测风检查、浸泡电池的方法。 7、经纬仪观测气球过顶时的跟踪方法和要领。 8、701测风雷达各旋钮的作用。 答 案 1、高空气象探测球皮的分类，作用与升速的要求。 探空气球：该气球携带探空仪和回答器，可升至30Km 的高度，与测风雷达配合进行探测。 探测时，除了把气球作为气流运动的示踪物，测定高空风随高度的分布情况外，还要将气球作为携带高空气象探测仪器升空的运载工具，探测高空温、压、湿随高度的分布情况。飞升时，具有一定的上升速度（400米/分左右），以保证探测仪器各感应元件的通风量，使探测到的温、压、湿结果具有一定的精确度。 测风气球：按探测手段又分为大球和小球。 大球：携带回答器的气球，可升至30Km 的高度，升速为400米/分左右，与测风雷达配合进行探测，只能作为气流运动的示踪物测定高空风随高度的分布情况。 小球：充灌氢气后与测风经纬仪配合，不携带附加物升空（夜间观测携带灯笼和蜡烛），升速为200米/分钟，只作为气流运动的示踪物。 2、气球的总举力和净举力。净举力的确定与配砝码。 总举力：气球所受到的浮力减去球内氢气的重量。 净举力：总举力减去球皮、绳重以及附加物的重量。 计算净举力：根据灌球时本站温度、气压以及升速（通常为200米/分）计算出0W ，再由0W 和附加物重量B 计算出净举力。 配砝码：白天：砝码重=净举力—平衡器重量。 夜间：砝码重=净举力+灯笼和蜡烛的重量-平衡器的重量。
基础巩固练(十三) 阅读下面的文字，完成1～3题。 随着暗物质粒子探测卫星“悟空”号成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。人们赋予它这个诗意的别称“悟空”，()。 中科院院士吴岳良说，根据最新天文观测结果，宇宙是由27%的暗物质、68%的暗能量和5%的普通物质组成的。暗物质不发光，不发出电磁波，从来没有被直接“看”到过。对于神秘的暗物质，科学家迫切想知道它到底是什么，对它们的研究很可能会引发科学上的革命。 与暗物质________的，不只有光，还有普通物质，他们靠分子和原子之间的电磁力组装在一起。也正是通过这样的电磁作用，我们才能够触摸到这个大千世界。而暗物质，对这样的电磁作用，根本就________。 在运行的头530天里，“悟空”号果然________，一共记录到28亿个高能粒子，从中分辨出150万个高能电子，测量了它们的能量和来源方位。以高置信度观测到了能谱在TeV 处的拐折行为，从________的乱象中抓住了一条关键线索，或许能够帮助我们认清这个幽灵的真面目。中科院院长白春礼认为，“悟空”成果的取得，表明中国科学家已经从自然科学前沿理论的学习者、继承者、围观者，逐渐走到了舞台中央。 1．文中画横线的句子有语病，下列修改最恰当的一项是() A．暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。 B．随着暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，为在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚实的基础。 C．随着暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，确保在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源。 D．暗物质粒子探测卫星“悟空”成功飞天，推开了一扇寻找暗物质幽灵的新窗口，为在距离地面大约500千米的太阳同步轨道上分辨出高能电子和测量它们的能量来源奠定坚
氢气球升到高空后，归宿是什么？ 寒木钓萌科普作家收藏(153) | 阅读(74720) 生活中，大家会经常看到无数的氢气球升到高空，比如国庆节时释放的那些气球。看着这些慢慢爬高的气球，不少人会生出疑问，这些气球最终会飘向哪里？又会在哪里坠落？ 归宿是爆炸 其实，它们飘不到哪里去，只会越升越高，它们也不会在任何地方坠落，因为它们的最终归宿是嘭的一声，爆炸了。当然，也有例外，那就是气球没有扎结实，释放升空的时候一直在边升高边漏气，这样的话当然就会坠落到某个不知名的地方了，然而这种情况是特例，不再讨论范围。 氢气球越升越大 在现实生活中，同一个气球，在不同的高度，气球的体积会不同。如下图，同样一个气球，在北京的时候，因为地势低，气压大，所以气球被压得很小。等到4000米高处时，气球自个儿变大了，而到8000米高处时，气压更小，气球又继续变大了。 水沸腾的时候，其实就是水里面快速且大量地生成气泡的过程。而这个过程，就好像是在水里面不断地吹气球。吹气球的时候，要是我们用双手使劲压住正在变大的气球，那么，我们想继续把气球吹大就会变得很难。 而大气的压力，它施加在水面上，继而传导到水中，于是，气压就相当于我们吹气球时，双手施加在气球上面的力了。因此，当大气压力越大时，水中的气泡就越难以生成，除非我们继续加热提高温度，使水分子的运动速度更快，才有可能生成大量气泡。所以我们说，液体的沸点跟大气压力有紧密的联系，大气压力越大，沸点就越高，大气压力越小，沸点就低。 因此我们在高原上使用高压锅，为的是人为增加气压从而提高水的沸点。
男子从高空坠落 上面说的知识都很简单，然而，生活中难免有不少粗心的人。他们可能没想到这点，然后就做出了冒险的事。 2015年7月6日，加拿大一名胆子很大同时“创意十足”的男子，他为了替自家清洁用品公司打广告，居然坐在了绑满气球的椅子飞上天空。结果呢…… 这名男子事后说：“真的很不可思议。这是你能想象到的最虚幻的体验。我一个人坐在草坪椅上飞上了云端。” 接着他又说：“我抬头看头顶的气球，它们正一个个爆掉，椅子也在摇晃，低头又看我的双脚悬吊在云雾之间，还看到一架747飞机起飞，和一些飞机降落。” 最终，男子降落的时候，由于下降速度过快，他扭伤了膝盖，并无生命危险。但是，他随后因为恶作剧而遭到警察拘留。 这名男子的氢气球在高空一个个炸掉，如果他提前知道气球会变大的话，他应该多弄点氢气球，并且每个气球不要吹到极致，吹到一半大，留有膨胀的空间。这样的话，会更安全一些。
暗物质与暗能量的统一性研究 发表时间：2019-06-10T14:58:52.437Z 来源：《知识-力量》2019年8月27期作者：张天成[导读] 随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 （马来亚大学） 摘要：随着世界的不断发展，暗物质和暗能量在粒子物理和宇宙学研究中越来越引起了大家的关注和重视。这是在21世纪中两个重大的科学问题。本文首先简单介绍了暗物质的基本定义和特点，暗能量的基本定义与特点，阐述了暗物质与暗能量统一的理论模型，最后利用该理论完善了宇宙大爆炸模型。 关键词：暗物质；暗能量；统一性；研究 一、暗物质的基本定义与特点 暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运牛顿万有引力的现象动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。由于暗物质的神秘，现在世界上产生了不同的物理理论说法。一种是说暗物质就是一种具有质量的可以相互作用但是作用力非常微弱的粒子。这种说法目前被物理学家们广泛的接受和认可。其质量与相互作用强度在电弱标度附近，在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。但是也有另一种说法，是说暗物质是由轴子，惰性中微子等这些类型的粒子组成。 暗物质的存在已经得到了广泛的认同,然而目前对暗物质属性了解很少。目前已知的暗物质属性仅仅包括有限的几个方面：目前大部分物理学家对暗物质的存在都有一定的认同，但是暗物质的特点都有哪些，这些物理学家知道的还不太多。目前所了解的暗物质的特点主要表现在以下几个方面：第一，暗物质是一种有质量的粒子，暗物质之间可以相互产生引力，但是暗物质的质量大学目前还是个未知数。第二，暗物质具有很强的稳定性。因为通过研究发现，暗物质几乎存在于宇宙形成各个阶段，在宇宙结构形成的各个过程都有暗物质的存在，所以暗物质应该是在能宇宙上稳定的存在的。第三，暗物质之间的产生的相互作用力非常弱。暗物质和光，电等之间产生的作用特别小，几乎看不出。我们从原初核合成可以看出。如果相互作用力大的话，这个过程就会受到刺激和扰动。将导致暗物质的元素产生一系列的变化，会使得观测结果不一致。第四，我们通过电脑模拟宇宙大尺度结构的形成过程中发现，暗物质的运动速度远远低于光速，即“冷暗物质”，不然我们的宇宙无法在引力作用下形成目前观测到的大尺度结构。因此，目前我们所知道的暗物质粒子还不一定是准确的，也是不属于我们已知的任何一种基本粒子。这对当前极为成功的粒子物理标准模型构成挑战。 二、暗能量的基本定义与特点 暗能量存在于宇宙运动中，它通过自身的引力作用推动宇宙运动，由于暗能量目前还不能吸收光，也不可以反射或者说辐射光，因此，截止到目前，人们还不能利用现在的技术对暗能量进行监测。但是暗能量可以与光产生一种中和作用，这种作用可以影响到同级暗能量的分布范围。当暗能量与光反应时，会对作用域的时间产生影响，绝对速度v0>c，此时作用域的能量E产生跃迁，根据E=mc2，作用域内的物质质量会有减少。由于宇宙空间不断发生的中和反应，作用域内的物质质量不断减小致使物质的引力减小，出现宇宙膨胀。随着宇宙膨胀可以伴着时间的变化而变化，那么宇宙膨胀的高精度测量对我们来研究宇宙增加了很大的困难，在广义相对论中，我们发现，宇宙的膨胀速度主要由宇宙状态的方程式决定，如何确定暗物质和暗能量的状态方程式是宇宙学比较关注的问题。 三、暗物质与暗能量统一之宇宙大爆炸 “大爆炸宇宙论”（The Big Bang Theory）是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化，如同一次规模巨大的爆炸。通过暗物质和暗能量的基本定义和特点阐述来看，我们发现暗能量的产生与暗物质不可分割。暗物质与暗能量的统一可以从宇宙大爆炸模型来说。最初的宇宙起源于密度特别大的奇点，这个奇点会在某个时刻存在不平衡的状态，这时候就产生了第一次大爆炸。但是这次大爆炸一直都没有被发现，因为没有任何明显的现状，奇点并没有破碎，但是奇点在力的粒子和周伪散落，慢慢地奇点失去合力产生了第二次大爆炸，这次的爆炸导致整个奇点破碎了，暗物质与重子物质也随之散开，冷却后形成了现在的宇宙。这就是著名的宇宙大爆炸。这时候宇宙中的各种天体在暗物质的引力下迅速膨胀，宇宙中的重子物质和暗物质圈几乎重叠在一起，宇宙就开始不断收缩，最后塌陷到奇点，时间再次回到原点。 结论 “宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生”的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。虽然我们看到暗物质的作用力方向和暗能量的方向完全相反，但是这种现象有很大可能是由同一种物质导致的，很大可能就是本文所讲述的暗物质。这种物质在内部主要呈现出引力的作用，在外部主要呈现出反引力。通过研究暗物质与暗能量的统一性分析，也发现这个理论对宇宙大爆炸现象有很强的说服力。参考文献 [1]周烨.浅谈暗物质与暗能量要求及新技术的应用[J].山东工业技术,2019(06). [2]孙彩虹.暗物质与暗能量在物理系统中的应用解析[J].通信电源技术,2018,35(10). [3]张晓丽.暗物质与暗能量在物理系统中的运用分析[J].科学技术创新,2018(28). [4]刘振宗,陈智远.暗物质与暗能量统一性研究分析[J].技术与市场,2018,25(12). [5]李思明,王宇翔.暗物质与暗能量研究[J].科技风,2018(31). [6]李苏.试论暗物质与暗能量统一性模型研究[J].科技与创新,2018(18).
直接探测暗物质 马欣华 一、为什么相信有暗物质存在？ “暗物质”这个名字听起来有些神秘（其实还有听起来更神秘的“暗能量”，这超出了本文的范围。暗物质、暗能量并称为漂浮在当代物理学及天文学上空的两朵乌云）。从字面上来看，和暗物质对应的应该是“明物质”吧。虽然还没有人这么叫，但是其实“明物质”是对已知物质形态的一个很简单明了的形容，因为已知物质是由已知的基本粒子——夸克、轻子及其相互作用媒介子（包括光子、胶子、Z 0、W±以及尚未发现的引力子）——所构成的，这些基本粒子参与（或部分参与）四大相互作用——万有引力作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用，比如能发光或者发电，或者作用、衰变后的次级粒子能发光发电。光、电即电磁波和电流，实际是从宏观角度上说的，现代的探测器归根到底都是测光信号、电信号以及信号组成的径迹。这样，这些物质就都在“明”处了，即人们能在实验室里用探测器（当然是由“明物质”构成的）探测到其存在或者曾经存在，这就是现代物理学的实验基石。大家可以想出一些例子，比如居里夫妇发现放射性元素，卢瑟福测出原子结构，LEP精确测量Z0、W±质量等。 而暗物质不同，它不是在实验室里对微观世界进行研究时产生的概念，而是来自于天文学观测这一宏观领域，由兹维基（F. Zwicky）早在70多年前就提出了。这似乎又回到了牛顿时代，牛顿正是从前人对太阳系活动的观测结果中发现万有引力定律的。出个最基本的大学普通物理习题吧（做个积分马上见分晓）：在万有引力作用下，如果星系的质量大部分都集中在星系中心，那么一颗位于星系中心以外的恒星绕中心旋转的速度随恒星到中心的距离如何变化（所谓旋转曲线）？而如果星系的质量分散在整个星系，换句话说，这颗恒星穿行在一个质量球中，那么速度和距离的关系又是怎样呢？对恒星速度的观测表明，星系的质量并不集中在星系中心这一星系中最亮的、也就是说恒星最多的地方，而是分散在整个星系晕中，这就说明了星系中大部分质量是“暗”的。还不仅仅是这一个证据，对星系、星系团、引力 透镜、宇宙大尺度 结构的观测结果 都表明，宇宙中大 部分物质是暗物质。（不过还有另外的一个思路来解释这些天文现象，就是修改引力理论，即MOND，本文暂不涉及这方面。） 天文观测表明，暗物质有质量，至少参与引力相互作用，不参与电磁作用和强相互作用，可能有弱的相互作用（与四大相互作用中的弱相互作用并不相同），而且暗物质不是重子物质。到目前为止，人们所了解的暗物质的性能特点就这些了，而且暗物质参与的作用如此之弱以至于很难观测到，这就给予理论以弹性很大的想象与发挥空间。理论预言的暗物质粒子类型让人眼花缭乱，不仅质量可轻可重，而且还可热可温可冷，即运动速度可以是相对论的、近相对论的或者非相对论的。热暗物质的候选者是中微子；温暗物质的候选者是sterile neu-trinos、gravitinos和axino；冷暗物质的候选者是超对称模型预言的neutralino、轴子、类轴子粒子。 二、怎样才能捉到暗物质？ 既然暗物质粒子作用如此之弱，那么还有可能抓到它吗？物理学家的信念是：暗物质粒子肯定不是孤家寡人，而是一定会和周围已知粒子发生作用，并且暗物质粒子的存在能够在已知粒子的存在、变化形态上反映出来，作用再弱也一定能够被观测到。更进一步的，物理学家相信可以用费曼图描述相互作用，如图1所示，暗物质粒子可以和已知粒子产生未知的相互作用，三个箭头代表三种可能的反应过程： 1. 两个已知粒子碰撞产生两个暗物质粒子（向左箭头）。这可以在对撞机实验上产生。目前全世界最大的对撞机LHC的一个重要物理目标就是希望在高能质子对撞产生的次级粒子中找到暗物质。 2. 两个暗物质粒子湮灭产生两个已知粒子，比如γ、正电子、反质子（向右箭头）。高空气球实验、卫星实验对各种宇宙线成分的能谱进行观测，查看是否有无法解释的对本底的超出，这种观测方式被称为暗物质的间接探测。 ·30 ·现代物理知识
选择题模拟小卷(七) 选择题(本题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第14～18题只有一项符合题目要求，第19～21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。) 14．粗糙的水平地面上有一只木箱，现用一水平拉力拉木箱匀速前进，则( ) A ．拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力 B ．木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力 C ．木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力 D ．木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力 解析 拉力与地面对木箱的摩擦力作用在一个物体上，是一对平衡力，A 错；木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力分别作用在地面和木箱上，作用在两个物体上，不是一对平衡力，B 错，C 正确；木箱对地面的压力与木箱受到的重力方向相同，作用在两个物体上，不是一对平衡力，D 错。 答案 C 15．2015年12月17日，我国首颗暗物质粒子探测卫星“悟空”在酒泉卫星发射中心成功发射升空，将去太空寻找暗物质存在的证据，这是人类在探索宇宙核心秘密的进程中迈出的又一重要步伐。若“悟空”绕地球运行n 圈所用的时间为t ，已知地球表面的重力加速度为g ，地球半径为R ，则“悟空”在圆轨道上运行的速率为( ) A.2πnR t B.2πngR 2 t C.32πngR 2 t D.42πngR 2t 解析 “悟空”的运行周期T ＝t n ，由万有引力提供向心力有G Mm r 2＝m 4π2 T 2r ，对地面上的物体有G Mm ′R 2＝m ′g ，联立解得r ＝3gR 2t 24π2n 2，故v ＝2πr T ＝32πngR 2t ，C 正确。 答案 C 16．已知动车进站前关闭发动机做匀变速直线运动，运动过程中先后经过A 、B 、C 、D 四点，如果测出AB ＝500 m ，BC ＝400 m ，测得动车通过AB 段与通过BC 段所用的时间相等，动车运动到D 点时恰好停住，则下列说法正确的是( ) A ．动车经过A 点时的瞬时速度为100 m/s B ．动车关闭发动机后做匀变速直线运动的加速度大小为10 m/s 2
高空气球/飞艇热潮再起 肖镝
洛·马公司的HALE-D验证艇，未来主要用于复杂地区通信任务。 不久前，西班牙一家名为Zero 2 Infinity（意为从零到无限）的公司对外宣布，他们已经研制出了一种新的氦气球，这种氦气球的上升高度可以达到35千米。据该公司的CEO约瑟·洛佩斯·尤迪亚勒斯（Jose Lopez Urdiales）宣布，这种氦气球未来将主要用于高空旅游，预计在2013年进行首次载人商业飞行。 Zero 2 Infinity公司研制的这种氦气球目前的最大上升高度为32千米，预计到2013年可以将人送到35千米的高空，而其最大升限则可以达到40千米，远远超出了目前所有的民用客机。按照公司的设计，执行载人飞行时，氦气球的下面携带有一个直径近4米的吊舱，可以容纳2名驾驶员和4名乘客。由于吊舱采用气密设计，所以里面的温度以及整个环境都非常舒适。进行高空旅游时，游客搭乘氦气球慢慢上升，达到35千米高空时，气球将停止上升并在固定高度缓缓飘动，游客可以在此高度观赏日出等高空景色。飞行结束后，气球会与吊舱分离，吊舱下降到一定高度时，吊舱顶部的降落伞就会自动弹出打开，以保障吊舱安全返回地面。公司称，他们的高空旅游项目非常有吸引力，并且收费只要9万英镑，更为重要的是，相对于昂贵
的太空旅游而言，游客只要进行两天的安全培训，就可以进行高空旅行了。 虽然不能把人送入真正的太空，但是这种独辟蹊径的超高空旅游项目有自己的优点：经济、环保、安全性高，而这也是最近几年氦气球/飞艇越来越受到各国重视的主要原因。 今年7月27日，美国洛克希德·马丁公司研制的首艘高空长航时飞艇验证艇（HALE-D）完成了首飞。该艇在升空后不久出现技术故障，飞行高度达到9750米，只相当于目标高度的一半，随后飞艇降落在一片树林里。据洛·马公司介绍，虽然首飞没有完全成功，但是这次飞行对飞艇的发射与控制、通信数据链、艇载推进系统、太阳能电池板阵列、遥控操纵、回收等关键技术都进行了验证，证明飞艇的设计是成功的。 这次试飞是洛·马公司承接的美国陆军太空与导弹防御司令部/陆军战略 司令部（SMDC/ARSTRAT）高空飞艇（HAA）项目的一个关键节点，该项目旨在为美国陆军提供一种性能先进的高空飞艇，用作长航时空基固定式通信中继平台，提升其在偏远地区的通信能力。HAA也是由氦气提供升力，艇身铺设的太阳能电池板可以提供飞艇前进的动力，也可以为艇载设备提供电力。 对于长期在伊拉克和阿富汗地区执行任务的美军而言，虽然他们拥有性能先进的多种侦察机以及遍布太空的侦察卫星，但是侦察机很容易受到地面防空武器的威胁，而太空中的侦察卫星则往往由于天气的原因而无法提供准确的信息支持。相对于飞机而言，飞艇具有燃料消耗少、飞行噪声小、环保、经济性好、安全度高等优点，而相对于卫星而言，飞艇则有便于部署、可回收等优点。最终，他们发现飞艇更适合在伊拉克和阿富汗地区执行通信中继与预警服务。 今年4月，由德国TAO科技公司为美国军方研制的STS-111型无人驾驶飞艇成功首飞，现在已经开始在美国军方接受任务测试。这种飞艇的外形介于气球和飞艇之间，奇特的外形和结构使其拥有出色的抗气流干扰能力，能够保持飞行的稳定。
暗物质和暗能量揭秘开始想写这篇文章，源于多年对宇宙物理学的浓厚兴趣。对于宇宙如何诞生，演化也有一些自己的观点。特编写出来和广大宇宙物理爱好者共研。由于本人水平有限，不妥之处请朋友谅解，不胜感激。 1.宇宙的本质是什么？宇宙万物及我们人类存在于广阔无艮的宇宙之中，我们大多数人也许不会去思考的一些问题—宇宙为什么能存在？为什么会有宇宙？其实中外古今有许多人是对这个问题进行过探讨，如我国的盘古开天辟地，轻清上浮为天，重浊下沉为地，天地间隔随时间不断加大，女娲抟土而造人的理论。西方的上帝创造宇宙，再创造了一个男人亚当，用亚当一根肋骨创造出第一个女人夏娃的理论。当然还有其他创世神创世等各种学说。这些学说我们先不要妄言其一定是谬的，可是都有一个共同的不解之处，那就是创世神是存在于哪里，创世神所在那个世界又是怎么来的？如果不能解释这个问题，那这些理论就不是成熟的理论了。现在有一个理论认为宇宙是起源于一次大爆炸，宇宙是从一个几乎无限小的奇点大爆炸而产生的，这就是著名的宇宙大爆炸起源理论。1929年，美国天文学家哈勃通过观测遥远星系的红移提出星系的红移量和星系的距离成正比的哈勃定理，并推导出星系都在远离的宇宙膨胀学说。大爆炸宇宙论是一种观测证据最多，最获公认的现代宇宙理论。大爆炸宇宙论很好地解释了为什么会有宇宙，但还有一个问题不能解释，那就是宇宙为什么能存在？宇宙万物得以存在如果没有任何依据，难道不是一件不可思议的事情吗？因此我认为一定会存在一种与构成宇宙的要素属性相反，能相互抵销的要素。我们把构成宇宙一切物质和能量的要素称为原力，把我们所在的宇宙定义为正宇宙，那么与原力相反属性的反原力构成的宇宙就是反宇宙。原力是构成物质和能量的最基本单位，所以不管物质粒子结构多么复杂，原力却是最简单、最单纯的，它没有内部结构，因为如果有内部结构就不能算是基本单位了。因此既使最多量的原力都能集合于无限小的空间之内，是构成宇宙一切的唯一素材。值得一提的是，原力不是力，但宇宙一切运动因它而起，故称之原力。因此，我认为宇宙的本质是虚无的，可以用0=（+X+(-X表示，+X表示宇宙正原力总量，-X表示反宇宙反原力总量。正反原力在理论上可以抵销湮灭，正原力和反原力绝对一样多。其实古人们对于宇宙虚无本质早有论述，周易中说：“无极生太极，太极生两仪”，就是说虚无诞生无限多，无限多有
项目名称：暗物质暗能量的理论研究和实验预研首席科学家：吴岳良中国科学院理论物理研究所起止年限：2010年1月-2014年8月 依托部门：中国科学院
一、研究内容 拟解决的关键科学问题和主要研究内容包括： 本项目围绕暗物质和暗能量本质开展理论研究和实验探测的可行性分析, 充分利用已有的研究基础，从以下五个方面开展深入系统的研究： 1、暗物质的理论研究及相关新物理唯象 研究各种新物理模型，包括最小超对称模型及其变种和推广模型，额外维度模型，Little Higgs模型，各种类型的Hidden Sector模型，标准模型的最小推广（多个Higgs模型）中WIMP暗物质的湮灭及衰变过程的性质。在满足暗物质剩余丰度的条件下研究其湮灭或衰变产物，如正电子，反质子，高能中微子，光子的信号特点，为空间间接探测实验提供理论依据。同时重点关注未来实验可能观测到的高能中微子及光子信号。在对现有实验结果的研究中,由于PAMELA 没有观测到反质子的超出，这表明暗物质的主要湮灭道为带电轻子而非规范粒子或夸克，这就给一些暗物质模型如最小超对称模型带来了一定的困难。对此，需要对模型的参数空间进行更详细的研究。同时，也需进一步研究构造以轻子为主要湮灭道的理论模型。另一方面，为了解释PAMELA和ATIC上观测到的正负电子超出，暗物质在地球附近的密度分布要比通常由热力学残余丰度给出的大出2-3个数量级。如何构造模型能同时满足这两方面的要求是研究的重点之一，将首先研究已知的可能解释实验现象的一些机制，如量子索末菲效应和共振态增强效应等。 寻找和发展更有效探测暗物质的方法。通过对自旋相关与自旋无关的散射截面确定暗物质的基本属性。研究DAMA实验的正结果和其它实验如CDMS和Xenon 给出的零结果是否一致及其它们的物理原因。鉴于DAMA的实验结果，探寻可能存在的统一解释目前所有直接探测实验结果的暗物质－核子相互作用机制。研究非弹性散射和测量仪器靶物质的相关性等。 综合正负电子对撞机LEP上的Z产生和衰变，希格斯粒子质量限制，额外规范粒子的研究，及低能实验如μ子反常磁矩，b→sγ，B →μ+μ-和味道改变中 s
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/e917693910.html, 高空浮空器发展现状及趋势 作者：李春友李雪 来源：《硅谷》2011年第05期 中图分类号：E926 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310003－01 高空浮空器是指由充满轻质气体的囊体产生浮力、任务高度处于距离地球表面20～ 100Km、能执行长期驻留任务的飞行器。高空浮空器包括飞艇和系留气球[1]，部分非系留并 长期在固定高度工作的气球也被认为是浮空器。飞艇是具有推进装置的轻于空气（Lighter-Than-Air，LTA）飞行器，由艇体、尾翼、吊舱和推进装置等部分组成。推进装置包括发动机、减速器和螺旋桨，为飞艇提供前进动力，飞艇升降控制方法有多种，如抛掉水、沙袋等压舱物或冷却回收发动机尾气中的水分补充压舱物；经排气阀门放掉一些气体或用储气罐补充气体；操纵螺旋桨转向，改变推力矢量方向产生垂直方向升力。飞艇按结构类型分为软式飞艇、半硬式飞艇和硬式飞艇，按控制方式分为遥控飞艇、载人飞艇和平流层飞艇[2]。缆绳是系留 飞艇的特有部件，为系留气球定点系留提供约束力，还可为球载设备传输电能，也可为球载设备数据传输提供光纤线路。 对于常规飞行器来说，临近空间空气过于稀薄，一般航空发动机难以在此高度长期飞行；对于卫星来说，这个高度需要卫星质量太大，不能持久保持轨道运行[3]。因此目前很少有飞 行器在临近空间执行长期任务。高空气球携带高效太阳能电池板和蓄电池，为动力和导航系统、机载设备提供持久能源供应，可以在20km以上高空驻留几个月[4]。这个特点使高空气球可以用来进行通信或对很大范围区域进行监测和监视；在民用方面可以代替同步卫星进行通信、电视转播、监视、科学实验，使造价大幅度下降；军用方面可以作为具有军用通信、远程侦查、情报、导航、预警等功能的通用平台[5]。无论从军事还是民用上来看，高空气球都拥 有极高的经济价值和战略价值，目前已经成为各国争相研究的热点。 从上世纪七十年代开始，人们开始考虑通过提高常规飞艇飞行高度和留空时间来实现通信和对地监测功能。但初期研究大部分都是纸面上的研究，并没有形成可以飞行的原型机[6]。 由于临近空间空气密度很小（20Km高度空气密度为地球表面的1/14，30Km高度空气密度约为地球表面的1/80），与地面相比，相同体积的气球在该高度上产生的浮力大幅减小，这促使气球体积必须很大才能平衡自身重力并产生足够有效浮力。与此同时，气球体积的增大使阻力变大从而增加了系统能源需求，这必然带来的问题是系统载重增加。上述因素使浮空器材料、结构、能源、动力、控制、导航等一系列问题变得非常复杂[7]。除此以外，平流层平均气温 约为-55℃[8]，加上辐射、随机风场等不利因素，使高空气球总体设计变得非常困难，进展较慢。