Celestia教學活動之八

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\normalsize\slshape\color{DarkRed}Celestia 教學活動之八 - Celestia 的宇宙飛船，第二部分
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\put(11,33.5){\zihao{0}{\color{cyan}\kaishu\textbf{Celestia 的宇宙飛船}}}
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{\color{blue}\zihao{-5}\textsl{圖 1 - 航天飛機 Atlantis, 投放 Magellan 金星探測器}}\\[30pt]
{\color{DarkRed}\zihao{2}\textbf{Celestis 教學活動之七}}\\[20pt]
{\color{DarkRed}\zihao{2}\textbf{Celestis 的宇宙飛船}}\\[11pt]
{\color{DarkRed}\zihao{-2}\textbf{第一部分 - 地球和月球的太空船}}\\[20pt]
{\color{DarkRed}\zihao{4}\textbf{修訂版 11a - 修訂於 2012 年八月}}\\[11pt]
{\color{DarkRed}\zihao{3}\textbf{更新用於 Celestia 版本 1.6.1-ED}}\\[2pt]
{\color{DarkRed}\zihao{-4}\textbf{適用於 TeXworks 0.4.6}}\\[29pt]
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\tableofcontents
\vspace{30pt}
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\section*{\color{DarkRed}1 - 引言}\addcontentsline{toc}{section}{1 - 引言}

1.活動之七 - Celestia的宇宙飛船第一部分，帶我們參觀了一些自二十世紀五十年代開啟太空時代以來發射的地球和月球周圍的著名宇宙飛船，人造衛星和航天探測器。然而，地球僅是我們銀河系極浩瀚宇宙中圍繞一顆黃色矮恆星的軌道上運行的微小的，無足輕重的一塊岩石，水和氣體。在人類歷史中，我們剛剛開始探索太空。在名為棋譜特尼克-1號的第一顆人造衛星發射之後不久我們開始了地球附近的探索，人的好奇心要去觀看新的地方激發了我們離開地球的範圍朝外...向著我們太陽系的其他行星和衛星...在遠方。

2.在這個活動繼續，你會乘着名為“Celestia1號”的快速，閃亮的超能力幻想飛船在空間和時間兩者中航行穿越我們的太陽系。在它裡面，你會看到並相逢許多人類的行星探測器。你會學習到並探索它們實現機器人太空航行的科學。你準備好了嗎？讓我們開始！

3.你的旅行開始於2008年的加拿大東海岸上的高空。你是從提前發射的遙遠攝像機看着它。這是一個探索機會難得的美麗清晨，你不認為嗎？

4.注意：這個旅行最適合在高分辨率下（如果你的計算機允許）。要設置它，在Celestia頂端的“渲染”下拉菜單中，選擇“紋理分辨率”，並選擇“高”。如果你的計算機運行得慢，改為選擇“中等”解析度。

5.讓我們下降到你的飛船。那樣做，返回Celestia並按你鍵盤上的[G]鍵。攝像機會放大來仔細觀察你的飛船外貌。從所有側面看它，按下鼠標右鍵並在任何方向上拖拽你的鼠標。你的視野會變化。這個右鍵-按住-拖拽會在我們的旅行期間經常用到。\par
6.你可以由按[Home]鍵或者滾動你的鼠標滾輪僅僅放大一點。要改變你的方向，使用[\leftarrow]和[\rightarrow]箭頭鍵。\par
7.你的飛船和下面的地球不美麗嗎？你的飛船配備有火箭發動機和“特殊”超能力發動機兩者能夠做到在不可能的速度下穿越太空的旅行。它也可以時間旅行！正是現在，你在環繞地球的軌道上飛行超過每小時20,000英里（每小時32,000千米）。\par
8.貼着右側是你的白色HUD顯示。在右上角你會看到日期和時間顯示。日期顯示為（年，月，日）。時間格式是（時，分，秒 世界時）的24小時制時鐘。作為例子，2008 Jun 19 14:02:55 UTC的意思是你觀察的天空在2008年六月19日世界時下午2:02分（55秒）時所看到的。世界時通常由天文學家和軍人使用。\par
9.日期和時間顯示的下面的文字是，"Rate:1x"。這是指目前，時間是在真實速度下經過。Celestia有能力改變時間。\par
10.在你飛船左偏上顯示的文字是，"C1（Celestia 1號的縮寫）"。你飛船的計算機鎖定到你的飛船。我們航行期間，你會選擇並鎖定到其他目標。下面顯示的是距離讀數。它在米制數值上顯示從你的飛船到你的攝像機有多遠。這個顯示還提供你Celestia 1號的大小。這艘飛船在長度上（2倍半徑距離）是60米左右（200英尺左右）。\par
11.在左下角是你與你所看到的天體間的速度。然而Celestia 1號是在高速飛行，你的攝像機恆定在它上面，那麼你的“相對”速度是每秒0.000米（米每秒）。其後，我們會加速到非常高的速度而這個顯示會變化。\par
12.稍微觀看Celestia 1號僅是喜歡那景色。你是在一個非常優越的座位上！\par
13.Celestia 1號可以顯示星星為“點”，“模糊點”或“按比例的園面”。一同按[Ctrl+S]鍵循環經過這3個選項並選擇你遇到的最寫實（通常是點或模糊點）的星像場景。\par
14.我們有許多大的宇宙飛船要去看，那麼如果你準備好了，讓我們去。讓時間開始返航...到1962年。\par
15.在1958年，人離開地球表面進入太空的能力由蘇聯的Sputnik 1號，第一顆人造衛星的發射實現了。人造衛星的部分定義是，當一顆人造物體從地面發射而進入太空，不是在軌道上運行（去環繞）一顆行星，就是航行在更遠目的地的路途上。Sputnik上上述一類飛船（在教學活動之七，Celestia的宇宙飛船第一部分看到它）。它表明人可以設計和製造能到達並飛越太空的機器。\par
16.一旦技術經過驗證，蘇聯和美國兩國由產生有能力製造“太空船”的航空航天工業改變人類歷史。當然，以前的1958年，計算機僅是被創造出來而且佔據整個房間。以今天的水準是“原始的”技術，但足夠了。人達到了太空，而且在那裡現在沒有折返。\par
17.讓宇宙飛船逆着地心引力的拖拽離開地球表面的任務是非常困難，非常昂貴並且充滿失敗。事實上，從1958年到1962年八月，蘇聯和美國兩者發射了32艘不載人宇宙飛船。大多數是簡單的裝置，設計為單純進入太空和測試全部新工程技術。不幸的是，32個中有24個失敗了，在發射期間或之後不久全部撞毀了。\par
18.在1962年十二月，第33顆宇宙飛船成功達到它的目標...即，去和地球旁邊的其他行星和衛星相會。美國的NASA Mariner 2宇宙飛船是第一艘成功與其他行星相遇的宇宙飛船。Mariner 2的任務目的是飛過行星金星並傳回行星大氣，磁場，和質量的數據。它還做地球和金星之間的空間測量。數據是由無線電天線發送回地球。\par
19.水手 2號沒有在圍繞金星的軌道上運行，而是在超過每小時 30,000 千米僅一次飛越它（稱為``flyby），獲取照片並從這顆行星上面 34,000 千米的距離相會。它在那時繼續深入太空，到那時太陽的引力俘獲到它。如今，它的儀器沒有很長久地工作但它繼續在圍繞太陽的寬廣軌道上運行，默默證明人的創造精神。\par
20.當水手 2 號到達時製造了一個驚人的發現。金星的命名是依照遠久時代以前愛情和美麗的羅馬女神。這顆行星被認為也許是像熱帶世界，有雲，植物而且甚至可能“Venusians”。水手 2 號震驚世界的傳送顯示金星改為一顆可怕的行星，有 900 華氏度（480 攝氏度），一個煎炸和殺滅嘗試在它上面登陸（或生存）的任何東西的極度烘烤的烤爐的世界。\par
21.讓我們與 1962 年九月的水手 2 號會面，當仍距金星數百萬英里/千米的時候。Celestia 1 號的駕駛系統讓你的飛船處於水手 2 號的軌道上，連同時間放慢到比率：0.01X，這樣你可以看到它的經過。要去那裡，首先激活你的飛船系統。\par
22.要那麼做，我們首先需要激活你的駕駛艙。在屏幕上，位於你的飛船窗口右側的白色文字。那是你的 HUD 工具箱。它包含你的飛船可識別的操縱裝置。[左鍵-點擊] 緊隨寫有``Cockpit那行的小框。\par
23.那時點擊這裡（在消息上回答 OK）。你現在會聽到背景聲音。如果你沒有聽到，檢查你的計算機音響是打開的，而且不是靜音。\par
24.然後，點擊這裡僅一次。你的飛船會沿着這顆人造衛星到金星的路途上追蹤它。看着在 1962 年展現的歷史...首個人類的物體離開我們生息的世界去另一個行星查看。喔！\par
25.水手 2 號在穿行於太空的運動時完全無聲。因為太空沒有空氣，那裡完全沒有貫穿行進的途徑（聲音有賴於一些物體來貫穿通過）。甚至幾英尺的距離，水手 2 號會寂靜無聲地經過你。\par
26.它經過一次，再點擊這裡僅一次重放只是這次的場景，當水手 2 號在你前面經過時，按 [F] 鍵。現在，右鍵-按住-拖拽並從所有角度仔細觀察該飛船。要靠近它，按 [Home] 鍵或轉動鼠標滾輪。留意水手 2 號是一個簡單的裝置，不比一架天線，一台攝影機，和一個小火箭發動機多什麼。\par
27.隨着水手 2 號的成功，美蘇兩國繼續發射宇宙飛船到達我們的衛星和其他行星。在接下來的三年里，30 艘飛船被發射。讓人遺憾的是，它們中有 24 艘也失敗了，全都在發射中墜毀或在去往它們的目標途中發生故障。在 1967 年，美國的水手 5 號宇宙飛船成功在僅 4,000 千米的高度飛越金星，獲得新的照片並測量那顆行星的大氣。\par
28.在 1967 年十月 18 日，一艘蘇聯宇宙飛船最終成功抵達另一顆行星。實際上，它存心被設計去做以緩慢下落並投入金星灼熱大氣層的一個自殺式任務。這個任務成功了。這顆結實的蘇聯Venera 4宇宙飛船進入金星的大氣層並投放兩個溫度計，一個氣壓計，一個無線電測高計，一個大氣密度計量器，11 個氣體分析儀，和兩台無線電發射機。它證實金星不僅是可怕的灼熱，而且它的大氣壓擠稠密且部分硫酸組成，強度足以蝕刻金屬。喔！美麗的金星實際上是，真正來自地獄的行星！\par
29.這艘堅強的宇宙飛船沒有倖存足夠長的時間到達表面。它仍在空氣中的時候像是被煎炸並墜毀。來在它命中注定的那天與它相逢。首先，讓我們去看它的任務目標，行星金星。要命令 Celestia 1 號在 1967 年十月 18 日前往那裡，點擊這裡一次。我們讓時間加速那樣你可以看到它在它的自轉軸上轉動。\par
30.雖然它看着像一個宜人的親切的，米黃色的世界，金星是在太陽系從太陽自己的一邊比較熱的天體。它是那麼熱如果你在它的表面放一大塊固體的鉛，這塊鉛會化為一灘熱的液體。金星也沒有可以呼吸的氧氣，表層水或水的雲團。然而，它有可致命的二氧化碳氣體構成的稠密，渾濁的大氣。你可以看到完全覆蓋這顆行星的密雲。這些雲是多種氣體和硫酸小滴構成的，霧氣的強度足以酸蝕你的皮膚。這雲團如此厚重你不能從太空看到其表面你也不能從金星看到太空和星星，即使在夜晚，在任何時候！\par
31.如果缺乏氧氣，900 華氏度（480 攝氏度）的高溫，引起中毒的大氣和濃縮的酸不足以令人討厭，在這顆行星表面的氣壓是擠壓到“90 個大氣”。換句話說，金星上的大氣比地球上的濃和重 90 倍。這相當於大概 10 輛滿載的 18 輪卡車一輛摞在另一輛之上的重量，全都置於你的胸部上。你要在金星上登陸，那裡絕對沒有氧氣來呼吸，你的宇宙飛船和你會立刻被它的大氣重量擠壓成一灘，在 900 華氏度時會使你剩餘的沸騰並燒焦而酸性大氣會使餘下的溶解（喔！）。\par
可以在 Celestia 教學活動 3 或 3E，太陽系中發現如何獲得金星迷人故事的方法。在我們的 CD/DVD 或者教學網站看到它。\par
32.Celestia 1 號僅有片刻時間在其表面存留的能力。要去那裡，同時按 [Ctrl+G] 鍵。吁！\par
33.這是惡劣的環境而健壯的金星 4 號希望繼續存留，至少幾分鐘。要看“金星”接近金星，點擊這裡。當你觀看時，金星 4 號會在慢速率下（Rate: 0.01x）高速運動並且頂端進入大氣層。要靠近看它，點擊這裡並在它經過你時按 [F] 鍵。[右鍵-按住-拖拽] 並用 [Home] 鍵或 [鼠標滾輪] 放大來仔細觀察它。留意它是多麼巨大，來承受住全部大氣壓力！\par
34.金星 4 號在實際的速度下經過你看上去像什麼？要想知道，點擊這裡。WHOSSSH! 不要眨眼！那麼快！\par
35.請回答這個活動所附帶的工單中 1 - 6 題。前往工單。\par
36.蘇聯繼續用它的金星系列飛船，決心在它的表面着陸。他們最終成功了。在 1970 年十二月 5 日，從金星 7 號宇宙飛船投放了一個太空艙探測器而探測器用降落傘穿過金星的大氣層在另一個世界的表面着陸。這是第一個人造物體在另一顆行星上成功着陸。在高溫和擠壓的大氣壓力摧毀它之前它僅維持了幾分鐘，但它是成功的。蘇聯沒有放棄嘗試。一共，他們發射了 17 艘太空飛船到金星。一些在其表面着陸。金星 13 號在被高溫煎炸之前達到存續 2 小時並獲得一些金星表面的照片（看圖 4）。\par
37.在二十世紀七十年代中期，兩個美國探險者探測器進入環繞金星運行的軌道，它們中有一個探測器在其表面降落並測量數據其間另一個留在軌道上對這顆行星仔細觀察和拍照。\par
38.在1990年，最大的雄心是成功發送宇宙飛船到金星，抵達了。麥哲倫宇宙飛船是一艘大的，綜合性的設計為環繞金星軌道運行若干年的人造衛星。在飛船上是一個複雜的“雷達繪製地圖”裝置，能向下發射雷達信號來反射離開金星的固態表面。雷達波會穿透雲團，自地面反射回來。當返回信號由麥哲倫的大天線收到時，人造衛星計時回波往返要多長時間，並使用這個數據，計算從人造衛星到其表面多遠的距離。一英里一英里，一千米一千米，麥哲倫從軌道上繪製行星表面的起伏，山丘，山谷，平坦的平原。一整年之後，它繪製了金星的98\%而獲得類似真實的表面輪廓的深入了解。\par
39.讓我們去看看1989年的麥哲倫，在它處於地球上空位置的時候。要發送 Celestia 1 號到此時此地，點擊這裡。麥哲倫是搭載於美國亞特蘭蒂斯號航天飛機的載貨艙里進入地球之上的軌道。當你看到時航天飛機投放了這個宇宙飛船，麥哲倫在它上方旋轉。哇！那不是驚人的景象嗎？你是在一艘能置你於歷史此處的非凡飛船中。實際上，是激活它的“隱蔽覆蓋”範圍成為不可見的，那麼在航天飛機里的那些宇航員不會料想到被太空來的生物所看到。\par
40.再告訴你，那兩艘飛船的下方是越南。\par
41.[左鍵-點擊] 在你工具箱上的駕駛艙按鈕來關閉駕駛艙場景一小會兒，在那時右鍵-按住-拖拽圍繞兩艘飛船。而且，用 [Home] 鍵或 [鼠標滾輪] 放大較為靠近。使用你的 [] 和 [] 箭頭鍵來轉動你的視野。\par
42.為什麼宇宙飛船在旋轉？這個答案是穩定性。旋轉的物體像是小陀螺儀。當它們旋轉時，它們不會擺動太大，保持它們的天線指向正確。\par
43.航天飛機是美國的基本太空交通工具，有能力從地面帶着貨艙（艙門在後面，發射時關閉）被發射入軌。在太空中一次，航天飛機開啟它的門和大機械臂輕輕地抓取貨艙中的人造衛星並舉起它從航天飛機里出來。一次航天飛機之上的投放，兩個物體現在是在自由降落的軌道上。航天飛機那時點火一些小火箭而從人造衛星移動一段距離。一旦越過，這顆人造衛星點火它自己的火箭不是運動到地球之上一個不同的軌道，就是完全離開地球向外進入太空。\par
44.那正是麥哲倫。在 1989 年，五月，由航天飛機投送到軌道之後，麥哲倫點火你所看到附於它的火箭朝向金星。它在 1990 年八月 10 日抵達，超過一年之後降落進入準確軌道，它在那繪製地圖並仔細觀察金星四年。在 1994 年十月 11 日，麥哲倫墜落離開軌道並在金星大氣層中着火燒毀。\par
45.你喜歡去看在 1992 年在圍繞金星軌道上運行時的麥哲倫嗎？讓我們去。點擊這裡一次。麥哲倫是在遠方。要移動靠近它，按 [G] 鍵。右鍵-點擊-拖拽來詳細觀察它。看到它的大碟狀雷達向下指向這顆行星了嗎？它正忙於彈回離開其表面的雷達信號，並獲取它們的回波。留意它拋掉的（擺脫）它的大火箭發動機。\par
46.哎，如果麥哲倫能看穿雲團並製作金星表面的地圖，它看到了什麼？要想知道，用程序指令我們精良的飛船計算機也看透金星的雲層。回到 Celestia 並按 [I] 鍵一次。雲層會突然消失而呈現合於事實的金星表面。要更好地看它，按 [End] 鍵或用 [鼠標滾輪] 來縮小而從金星足夠遠去看整個的行星。要置中這顆行星，用你的鼠標指在它上面並雙擊。留意它整個遍布大量輕物質構成的條紋。那些是以前的火上熔岩流。金星一度有大量噴發著的火山是非常非常的活躍的火山。\par
47.在仔細觀察完它的真實表面時，按 [I] 鍵恢復雲層。\par
48.在 2005 年十一月，歐洲空間局(ESA)發射了金星快車，一個boxy，設計以長達六年時間到環繞金星軌道的滿載儀器的宇宙飛船，獲得照片和測量這顆被雲籠罩的行星。讓我們和高速飛行的快車一起向著它的目的地。點擊這裡。\par
49.在 2006 年，四月 11 日，金星快車成功抵達金星的空間並點火它的後-火箭來讓它慢下來和改變它的軌跡（路線）那樣它降落進入一個長省略軌道。Celestia 1 號會前往那個重要的時刻，讓我們去吧！\par
50.首先，找到“環境光強度”滑塊在你的白色工具箱中的位置，並滑動滑塊到讀着 0.15 左右。到那時，點擊這裡。你可以看到火箭在燃燒。\par
51.要靠近仔細觀察這艘飛船，並且看它的一些儀器，點擊這裡。在那時，如果你有互聯網連接（並有老師的同意），[右鍵-點擊] 這艘飛船的大天線，並選擇``info"。你會收到金星快車儀器的 ESA 網頁，在那裡你可以讀到所有關於它的七個關鍵儀器。要靠近看它們，改為在宇宙飛船的主體上 [右鍵-點擊]。會顯示一個“人造衛星”列表。選擇任何一個儀器並按 [G] 鍵。你的飛船計算機會放大那個個別的儀器。要看另一個，由按 [End] 鍵自宇宙飛船縮小，[右鍵-點擊] 並選擇另一個儀器，按 [G] 到它那。\par
52.這艘宇宙飛船仍然辛勤地在工作，正在仔細觀察着這顆行星。它發現了來自它的雲團的大量閃電（然而對於下雨來說太熱而且那裡沒有自由的水），和強烈的風暴。金星有黯淡無光的一側以極光類型的能量而顯得發紅。在 2009 年，七月，金星快車發現金星一度類似地球為浩淼水的海洋所覆蓋的痕迹，其存在於多久以前尚不清楚。現在，那裡在或接近其表面沒有液態水滴。\par
53.回答在工單中的 7 - 8 題。前往工單。\par
54.水星，我們最靠近太陽的行星，是以羅馬他們的交易和商業之神命名的。小時候聽說關於它，比其他的圍繞太陽旋轉要快。望遠鏡發明之後，所獲得的資料而與望遠鏡不相當，水星是而且仍然是非常難於觀察的。它是如此靠近太陽而人們使用望遠鏡如果對着太過靠近太陽會灼傷他們的視覺或他們的儀器。而且，因為我們的大氣層使水星的邊緣模糊，很少細節被看到。\par
55.在二十世紀七十年代，為此，水星成為宇宙飛船去觀察的下一個目標。這項任務派給了名為水手 10 號的空間探測器。在 1973 年十一月，水手 10 號由美國發射。它在 1974 年三月橫穿水星的軌道而自其表面僅 700 千米的距離。它然後由這顆行星再兩次導致迴環成寬廣的轉向。最後，以氣體小噴流用於操縱水手 10 號行駛，並結束其任務。水手 10 號現在繼續在圍繞太陽的環形軌道上，但它的儀器失去作用而它到地球的信號現在寂靜無聲。\par
56.水手 10 號的成果證實水星是一顆 46 億年的遠古岩石世界，那實際上沒有大氣層而有一個火山口，全然類似月球的表面。\par
57.讓我們在 Celestia 1 號中航行回到 1974 年三月的時候。好了，點擊這裡。你會在水手 10 號向它與水星首次親密相遇行進時處於它的旁邊。時間將會被加速到 Rate: 100x。從便於看清的位置觀看這次相遇。那接近的還是什麼？\par
58.你越過水星之後，右鍵-按住-點擊並很近地仔細觀察水手 10 號。用 [Home] 鍵或鼠標滾輪放大。特別觀看它的雙照相機。你恰好見證了宇宙航行和軌道數學的偉績。記得，在 1974 年，大部分計算和數學是由工程師們在計算尺上完成的。要發送一顆宇宙飛船在高速數百萬英里來接近一顆行星而不撞到它，是一件驚人的功績。\par

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