宇宙真空學的發展

達道安1 楊亞天2

1).中國航天科技集團公司五院五一零所; “真空低溫技術與物理”國家實驗室 2).福建師范大學物理系

　　摘要：本文全面綜述了作者創建的《宇宙真空學》的概念、內涵、研究內容、基礎理論及數學計算結果。分析了該理論的正確性、自洽性，一致性，比較了理論計算結果和實際觀測的符合性，得到了新的計算結果，預言了新的現象。把真空科學技術推廣到宇宙空間，是一門全新的理論體系，形成了一個新的學科領域。

　　1.人們通常用玻耳茲曼氣體分子分布律公式計算地球表面附近的大氣分布，計算結果和實測數據符合較好。但是，當用此公式計算全宇宙空間氣體的總分子數時出現了發散。表明玻耳茲曼公式只適用于行星表面附近，而不能用于整個宇宙空間。本文對玻耳茲曼公式出現發散的原因進行了分析，通過引入新的歸一化因子，解決了玻耳茲曼的發散困難，得到了新的行星大氣分布律公式。由此公式出發推導出行星大氣總分子數公式，計算了地球大氣總質量，和實測值符合。預測了月球、火星的大氣總質量，尚待驗證。推導了行星大氣總質量隨高度的分布公式，行星大氣密度隨高度的分布公式，行星大氣壓力隨高度的分布公式-高度計公式。用以上公式計算了地球大氣的相關特性，符合性很好。首次給出了太陽系八大行星大氣密度隨高度的分布計算數據和圖表。

　　2.假定行星大氣是在行星生成、演變過程中形成的，行星大氣受行星引力約束且不斷地逃逸。建立了行星大氣逃逸方程，定義了行星大氣逃逸壽命。分別推導出了行星大氣層等溫分布和不等溫分布兩種狀態的行星大氣逃逸壽命的數學表達式。計算了地球、金星濃密型大氣層的壽命，結論是遠大于它們自身的壽命，大氣層非常穩定。計算了月球、火星等稀薄型大氣層的壽命，結論是遠小于和接近于行星自身的壽命，解釋了行星表面大氣密度不同的觀測事實。

　　3.應用行星大氣逃逸理論還可計算行星大氣組份的壽命。例如計算了月球、火星表面水汽分子的逃逸壽命。結果指出;月球、火星水汽分子的壽命均小于行星自身的壽命，解釋了月球、火星表面沒有液態水存在的事實。考慮到水冰的蒸汽壓低，建立了水冰升華水汽分子的逃逸方程，通過計算給出了火星水冰在溫度180K 下可以保存至今，解釋了火星南北極附近表面存在大量水冰的事實。計算指出月球水冰在100K 溫度環境下可以保存到現在。解釋了美國科學家在月球南極凱布斯深坑發現存在水冰的觀測事實。

　　4.大氣的準穩態分布告訴我們：在宇宙空間約束大氣分子的力，除行星和大氣的引力外還應考慮的其它力的存在。作者認為暗物質有可能貢獻出對行星大氣分子空間分布起作用的引力，并猜想物質分子是由基本粒子和真空構成的，把真空作為物質的組成要素之一。假定真空是一個連續、均勻分布在宇宙空間的能量場，作為一種力的傳媒介質，它可以傳遞物質間的四種作用力-引力、電磁力、強作用力、弱作用力。真空充滿在物質內部的微觀空間和物體間的宏觀空間以及沒有實物物體存在的宇宙巨觀空間。所有的物體都帶著體內的真空場并在宇宙的真空場運動時，發生真空場的交換力。正是由于考慮了真空場對分子的相互作用，才使行星大氣的總分子數接近收斂。最近很受關注的希格斯(Higgs)場可能是真空場的組成之一。從物理本質解釋了新的行星大氣分布律收斂的原因。

　　本文建立了完整的宇宙真空科學理論，克服了玻耳茲曼氣體分子分布律的發散困難，給出了新的、自洽的宇宙空間大氣分子密度分布律公式。不僅在行星表面和玻耳茲曼公式一致，而且在全宇宙范圍內理論計算的結果和實際觀測數據的符合性很好。該理論的建立對航天器的軌道設計、航天器在行星表面的降落技術、航天器從行星表面的返回技術有理論指導意義和實際應用價值。

　　附言，僅供參考：

　　本文的全部內容已由作者整理成專著《宇宙真空學》，得到國家科學技術學術著作出版基金資助，基金委員會評審意見如下;。

　　國家科學技術學術著作出版基金委員會評議意見：

　　本書系原創性實驗技術及基礎理論專著，系統總結了作者三十年來在極高真空技術與物理、可變翼軌道分子屏技術和理論、宇宙真空學方面具有自主創新的研究結果。書中推導出的行星大氣總質量公式、行星氣體總質量隨高度分布公式、行星氣體分子密度隨高度分布的氣壓計公式等具有很強的原創性。

　　本書具有原創性，發展了極高真空技術與物理，建立了宇宙真空學的理論基礎，把真空科學技術從地面延伸到宇宙真空，填補了空白，國內外尚無相似著作出版。對發展我國真空科學技術、深空探測等方面有重要的指導作用和應用價值。

　　本書可供研究生及科研人員學習，對航天科技人員有實際指導作用。

　　本書作者長期從事極高真空科學技術及其在航天技術應用的研究工作，取得了多項重要的研究成果，發展了極高真空技術與物理，建立了宇宙真空學基礎理論。<宇宙真空學>專著將作者多年來重要的科研成果進行整理匯編，是一本具有原創性實驗技術及基礎理論的專著。對發展我國真空科學技術、深空探測等方面有重要的指導作用和應用價值，國內外尚無相似著作出版。