月球温差高达400度,美国宇航员为什么能在月面待好几天?

流动的风景14


月球上面没有大气层,它不像火星,还有一层非常薄的大气层,所以月球表面的温度非常低。太阳系中最冷的地方是哪里呢?大家可能说是冥王星表面,或者说是天王星,海王星附近。其实不是的,太阳系最冷的地方就在月球的永冻区,永冻区有一些陨石坑,陨石坑内部永远没有阳光的照射,所以月球其实是一个很神奇的地方。



其实月球大部分区域温差时间很长,因为月球白天能有14天,夜晚也有14天左右,不是12小时和12小时,所以这也不能用温差大来形容。而且阿波罗计划的宇航员登陆月球的时候都是白天,温度也只有130摄氏度左右,另外登陆月球也不是住在哪里了,每一分每一秒都有规定,需要做什么科学研究。在外活动的时间也就几个小时时间……所以平时有宇航服和登月舱的双重保护。


说到宇航服,宇航服为什么造价极高,就是因为它是宇航员的生命,或者说宇航服能保证适宜的温度。宇航员在宇航服之内其实是鸟语花香,适宜的温度,和宇航服外的情况完全不同。太空靴和外面的防护靴(至少6层保护),不仅能隔热,也能防止一些冰冷的土壤。


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月球自转一圈大约需要28天,所以白天14天,晚上14天。白天如果是太阳直射,则因为月球上面没有大气阻挡,温度会达到130-150℃。晚上因为没有大气保温,温度会下降到-180℃左右。而美国阿波罗17号的两个宇航员在登上月球后,足足在上面待了75个小时,那么他们又是如何忍受如此高温呢?



其实,这两位宇航员登上月球的时候,月球正面并非处于太阳的直射点。它们登陆的时机刚好是月球正面接近半晚的时候,这个时候温度并不是很高。就像我们的嫦娥四号在1月3号登陆了月球背面,但是1月6号刚好太阳直射背面,即月球背面进入了“正午”时刻,所以嫦娥四号选择了休眠。过了4天到昨天10号,月球背面处于接近半晚阶段,气温适宜,嫦娥四号又再次醒来进行工作。等到再过8-10天,月球背面又会进入夜晚“零点”时刻,气温会下降到-180摄氏度左右,估计嫦娥四号还可能会在进行一次休眠防止冻坏。




另外一个方面,宇航服都设计的放热防寒功能,即便是环境温度超出人体正常温度几十度,宇航服也可以保证里面温度仍然是人体正常温度。看过电影的人可能会注意到,火星生物卡尔文在附身宇航员时,破坏的就是这个航天员衣服厘米的防冻液和撒热液,这说明宇航服里面绝对是设计了机关可以保证温度稳定的。



所以正是以上两个原因,才是的美国宇航员可以在月球上面待了70多个小时。


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首先说月球表面的温度只是仪器测量温度并非体感温度。另外宇航员穿的宇航服肯定能够有隔热设计和温度调节系统。

因为月球上没有空气,我们没有办法测量月球的气温。所以仪器只能测量月球表面的温度。这就像在地球的沙漠里边,气温可能有40多度,但是地表温度可以达到七八十度。

月球的地表因为没有气体对流散热,因此受到太阳辐射热之后很快就会迅速升温,除了通过红外辐射散热和朝底层传导之外,月球表面的那些岩石和土壤没有其他的散热途径,因此升温速度非常快。

但是在太空中,没有空气,测量的温度并不一定就是人类可能会感受到的那种温度(空气接触皮肤的体感温度)。

温度只是热量造成的效果,而并非真实的能量的度量。因为实际受到热量的损害跟温度没有必然关系,而是跟接受到的热总功率有关系。因此月球正面200℃多的表面,只能让宇航员的鞋底发烫,并不能带给宇航员与没有接触到月球表面的部分以热量(除了少量的红外辐射之外)。

因为月球没有大气,实际上如果宇航员在月球正面工作,宇航员被太阳光照射的那一面的身体部分可能会被迅速加温到上百度,而一旦宇航员一转身没有晒到太阳的宇航服部分,则过一会儿温度就可能降到冰点以下。这样一种情况在地球上也是能大致体验的,如果去过高原的人,就会体会到高原晴朗天空下晒到太阳的那种滋味——一旦躲到树荫或者建筑物的阴影下,又会觉得冷飕飕的。

研究宇航服的专家们自然了解这些反地球经验的情况。他们当然会考虑在宇航服当中设计温度调节系统。实际上利用向光和背光部分的温差的某种热循环系统,即可以很巧妙的平衡宇航员身体向阳面和背阳面的温度。


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答:月球表面昼夜温差有300度,美国宇航员登月时,都是挑选在太阳直射面和背阳面的交界处着陆,实际温度并不极端,加上宇航服本身也有绝热层,所以宇航员可以在月球表面待上好几天。


传热效率低

太阳直射月面时,最高温度可达127℃;夜间时,最低温度将至-170℃;月球没有大气层,基本只能依靠热辐射传递热量;只有脚底或者身体和月面接触的地方,才有传热效率更高的热传导方式。

热辐射的传热效率是非常低,就好比真空保温杯中,利用真空隔热来降低热量损失;宇航员在月球表面也是一样的,哪怕月球表面是100℃,只通过热辐射的方式,只能缓慢地把热量传递给宇航服。


合适的登月时机

月表昼夜温差可达300度,但是月球上一个昼夜是29.5天;在阿波罗计划的六次登月过程中,均选在农历初六至初十之间登月,最晚离开月球表面的日期是农历十二。

农历月份是按照月相变化制定的,每月初一太阳直射月球背面,十五直射月球正面,阿波罗登月都是选在月球正面着陆,所以初六至十二期间,正好避开了月球表面的高温和低温时段。


所以宇航员可以在月球表面待上好几天,最长的是阿波罗17号,在月球表面呆了75小时;这段时间内,预计着陆地点的月面温度也就0~60℃之间,宇航服完全能承受。


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因为月球的一个昼夜时间很长,大约是29.5天,因此在上面待的几天,月表温度都不会太极端;其次就是宇航服了,那是宇航员在月球行走最重要的安全保障

月球由于被地球潮汐锁定,导致它的自转周期和公转周期都是27天,但由于地球在此期间还会运动,所以月球的一个昼夜也就变成了29.5天。也就是说宇航员在上面待个几天,这段时间内的月表温度还是比较稳定的,并且可以人为避免在最高温和最低温的时候登陆。

在六次载人登月中,最长的一次当属阿波罗17号,宇航员一共在月表待了三天(当然了不是说宇航员在月表工作了三天,这中间还包括回登月舱休息,实际工作时间大概不到三分之一),并且这次也是人类目前最近的一次登月了,时间1972年。

其次是最重要的宇航服,在宇航员脱离登月舱的保护后,他们的安全就全都交给了身上穿的宇航服,这些造价昂贵、功能强悍的衣服,可以抵御宇宙空间的恶劣环境,同时保证内部环境的稳定,让宇航员的生命得到保障。

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月球温差虽然可达到400℃,但宇航员并不会赤身露体地到飞船外,宇航服可以隔绝高温,并且这400℃的温差发生于月球的一个昼夜,相当于地球上的一个月。

美国6次登月的宇航员在月球待的最长时间是72小时,相当于地球的3天,3天时间对于月球来说大概只是过了一个早上或者一个下午,从美国历次登月照片看来,宇航员的影子都挺长,可能是避开了月球的正午时刻,也就是月球表面最热的时候,也有登陆点的选择,月球是球体不同维度受光照也不大相同。宇航服是专用的舱外设备,设计阶段也充分考虑了隔热的问题,所用的材料是耐高温的,可以抵挡150℃左右的高温,如果不是正午时刻登陆,面临的威胁会小一些。

相对而言,我国玉兔二号着陆月球背面,从嫦娥四号着陆器中出来的时候,看起来影子很短,阳光快成直射了,从时间上是接近月球正午的,因此让玉兔二号动力等分系统进入休眠,可能更多地是为了保险。其实人类近几十年的航天活动已经充分了解了月球和太空的环境,可以采用多重方法隔绝高温,比如嫦娥四号登陆器就贴着隔热反光的材料,美国登月的时候登月舱上也蒙着一层,国际空间站在太空的时候太阳能电板和阳光之间的角度也是常调节着的,都是为了避免光的影响。

这些经验都可以用于月球登陆活动,宇航员在月球的时候,也不可能一直工作,而是分时段地工作和休息,并且宇航员的自主性更高。而我国让玉兔二号休眠,可能更多地是为了保险,并不是说它就真的无法活动了。


来看世界呀


这个问题了解以下几点自然就解开你的疑惑了:

背景知识:截止到目前,人类进行过6次登月,这六次集中于1969年到1972年,其中在月球上停留时间最长的一次是由阿波罗17号于1972年12月11日完成的。这次在月球上停留了75小时。

知识点一:待几天是针对地球上的好几天来说的,75小时相当于地球上的3天多一点,但月球自转一周大概需要655.7小时,即月球上的一天大概相当于地球上27天多,这75小时在月球上可以完全处于白天,实际上美国登陆月球也是这么做的


知识点二:阿波罗17号选择的登月地点和登月时间(农历初六)使得当时的温度并没有达到白天的最高温度160摄氏度,温度介于0到60度,之所以选择白天去,因为月球晚上最低气温低达180多度,人类本质是热带动物,所以选择了在月球的白天度过这75小时。

知识点三:宇航服的保护功能。一件宇航服就是一个生命保障系统,我国自己研制的宇航服有5层,具有防宇宙射线辐射、预充压力、预防小型陨石袭击,提供氧气,保持体温的等功能,最高可以承受200摄氏度的高温。保温层的主要材料为聚乙烯细管,管中有液体可以调节温度,而价格也是很贵的,造价达上三千多万元(杨利伟在《加油向未来》中采访时这样说)。

补充知识点四:有读者疑问温度对于热量传递三种方式的影响,温度变化对与热辐射的影响最大,因为依据黑体辐射公式单位时间内热辐射的能量传递是温度T的4次方,而其它两种都是一次。

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月球是地球唯一的天然卫星,引力仅仅是地球的六分之一,所以月球表面和周围的太空是直接接触的,并没有大气层来给月球保暖或者过渡,虽然月球昼夜温差近300℃,但是月球的白天和黑夜分别是两周左右,美国宇航员登上月球时,月球正面正处于白天,温度只有130多度。

其实用温度来描述月球并不是很准确,因为温度是巨量分子运动产生的,而月球上接近真空的环境是不可能实现我们日常生活中感知到的温度的,在月球上最大的热源就是太阳,太阳的热辐射和地球上的130℃是有很大区别的,因此宇航员们的宇航服除了隔热保暖保持大气压外还能防辐射。


前面已经说过了,月球上的一天相当于地球上的14天,这是由于潮汐锁定带来的自转和公转周期相同导致的,美国的历次登月行动中阿波罗17号时间最长,塞尔南与施密特两名宇航员在月球上待了75个小时,最后带回来110千克月球岩石,阿波罗17号认为也是阿波罗计划最后一次登月认为。

阿波罗17号于1972年12月7号晚上发射,从发射到最后离开回到地球用了近半个月,在月球上那75个小时刚好是月球上最“舒适”的时间段,温度在0到60度左右,沉重的宇航服完全可以适应这个温度。

塞尔南与施密特驾驶月球车在月球上跑了35千米,一路敲敲打打,最后返回地球时两名宇航员都和月球道别,并且希望在未来带着人类的和平重新回到月球。


宇宙探索未解之迷


首先月球表面的温差达不到400摄氏度,月球白天也就130摄氏度,夜晚大概零下180摄氏度,相差也就三百摄氏度。

其次宇航员穿的可是真空隔热宇航服。宇航负可是当时最先进的材料技术制成的。可以抗几百摄氏度的高温。

于此同时,美国人选择登月可不是在月球正面完全黑夜或者白天。

月球自转和公转周期都为27天,但是又由于月球绕地球旋转,地球绕太阳旋转。这就导致月球的昼夜周期略比自转周期多两天。也就说月球昼夜为29天多一点。月球公转一周或者自转一周的时间内,其白天和黑夜大约各为15天。

如果太阳直射点在登月地点,那温度可以是130摄氏度。可是科学家很聪明,选择登月都是在月球正面的早上或者下午,反正是避开太阳直射点。这样也不会导致温度太高。

其实美国成功登月6次并不是每次都是待在月球三天,第一次登月也就是两三个小时就返回地球了。

而最后一次登月在1972年,宇航员足足在月球待了三天。累了就在登月舱休息,并且登月舱内有足够的氧气和压缩食品。

月球正面的白天是15天,而宇航员待上三天也就相当地球白天的五分之一而已。


科学认识论


首先来说明两点:

  • 月球上由于没有大气层,太阳直射的时候最高温度可达到130℃,当月夜来临温度最低可达到-183℃,昼夜温差超过三百摄氏度;
  • 月球由于被地球潮汐锁定,导致月球的自转周期和公转周期同步大约是28天。也就是说月球表面上的一昼夜是28天,14天月昼14天月夜。而航天员在月球待的几天在月球上来看可能都达不到一上午,根本体会不到三百多摄氏度的温差。

美国的阿波罗载人登月计划共成功了六次,第一次阿波罗11号两位宇航员在月球表面指待了两个半小时;最后一次阿波罗17号是在月面执行任务最久的一次,大约待了72个小时。


在这么短的时间内,温度变化不会很明显,但是一定接近百摄氏度的高温。而宇航员登陆月球并非是赤身裸体,他们可是穿着价值数百万的“衣服”,衣服内部是标准大气压强可以避免月球真空环境导致的内外压强差。同时航天服特殊的材料可以长时间的耐高温、低温,并且可以阻挡强烈的辐射。

同时宇航员在月面的七十多个小时除了科学项目,还需要正常休息时间,所以在月面上暴露的时间会更短。

像我国的嫦娥三号、嫦娥四号的着陆器和月球车表面都是反光隔热材料的,可以耐高温。它们的设计寿命都是三个月,这样也就会在月球表面上经历三个昼夜。



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