四川省金属学会-亚博电竞网

怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了

来源: 科普中国网  发布时间:2022-04-06

  1989年,伽利略号木星探测器从亚特兰蒂斯号航天飞机上发射,踏上了前往木星的行程。

  整个行程耗时6年,直到1995年底,伽利略号木星探测器才抵达木星轨道,在开始的长期飞行过程中,伽利略号上的通信天线是默认收起的,而在飞行了一年之后,当科学家们想要打开天线进行数据传输的时候,一个意想不到的事情出现了,天线怎么也打不开,而原因就是天线已经粘在了一起。其实说“粘”并不太合适,其更像是我们平时所说的焊接,这到底是怎么一回事呢?

  如果我们想要让两块金属合二为一,应该怎么办呢?在地球上,我们能够想到的最好方法恐怕就是焊接了,焊接简单来讲就是对两块金属准备相接的部位进行加热,在高温的作用之下,金属分子的运动速度加剧,金属熔化为熔融状态,两块金属的分子快速相互扩散,最终结合到了一起。

  在宇宙中,若想让两块金属合二为一,并不需要像在地球上一样麻烦,我们不需要加热,只需要将两块金属放在一起,相互接触,它们自然就能融合为一块,这种现象就被称之为冷焊。

  伽利略号木星探测器的天线无法正常打开就是因为这种冷焊现象。冷焊现象到底是怎么一回事,为什么将两块金属放在一起就能合二为一呢?先来说说金属的内部发生着什么,一块金属表面上看起来是一个静止不动的整体,但实际上其内部的原子却无时无刻不处于运动之中。温度的本质就是运动,当一个物体处于绝对静止状态下时,它的温度也会达到绝对零度,而即使是空旷的宇宙,其平均温度也不过-270.15摄氏度,距离-273.15的绝对零度还有所距离,所以没有什么东西是绝对静止的。

  金属内部的原子运动与气体和液体不同,在理想状态下,金属原子之间的排列是规则而有序的,原子与原子之间空余的部分是不足以容纳一个原子的。

  但理想状态只存在于理想之中,在现实之中,金属材料总是存在着微观上的缺陷,这种缺陷会使得一些本该有原子的位置被空了出来,因为有空位的存在,周围的原子便会向空位移动,移动又会产生新的空位,这就形成了金属内部原子的无规则扩散运动。了解了金属内部的世界,我们就可以来聊聊冷焊现象了。宇宙是近乎于真空的,在星系之中,平均每立方厘米大约只存在1个粒子,而在星系与星系之间更为空旷的空间中,平均每立方米可能才存在1个粒子。

  在近乎于真空的环境下,当我们把两块金属放置在一起的时候,由于它们之间没有任何的其它杂质,比如空气和尘埃,所以它们会亲密无间地贴在一起。

  这个时候,位于两块金属相接边界上的原子就有些蒙了,自己这一侧是与自己一样的金属原子,而另一侧也是与自己一样的金属原子,那么“我”到底是哪一边的呢?还是说大家本来就是一起的?于是金属内部的原子无规则扩散不再局限于自己这一块金属内部,两块金属开始相互扩散,于是合二为一,这就是冷焊。冷焊具有很多优点,整个结合过程非常快速,而且不会出现任何变形,强度更是与金属本身的强度一致,不过冷焊对于环境的要求是非常苛刻的。在地球上,绝对的真空环境是不存在的,两块看似紧密相贴的金属之间会存在大量的气体分子、尘埃以及氧化层,有这么多东西阻隔,原子又不是傻子,当然能够分得清自己是哪一边的,所以自然不会跨越重重障碍向另一块金属扩散。

  那么我们是否可以在地球上制造真空环境来实现冷焊呢?是可以的,不过这与我们平时储存衣物食品所说的抽真空可不是一回事,我们那种抽真空距离真空还差了十万八千里。

  要制造超真空环境,需要一个密封性极高的腔体,然后还要用到机械泵、离子泵、分子泵等,可不是一件容易的事。即便于此,通常也只能达到10的-9次方帕斯卡,而月球的真空环境大约为10的-10次方帕斯卡,其平均每立方厘米所拥有的粒子数量大概为8万个左右,这与银河系中每立方厘米1个粒子的真空环境相比还差得远呢。

  更多内容请关注公众号:sunmonarch



亚博电竞网的版权与免责声明
【1】本网站凡注明“学会秘书处”的所有作品,亚博电竞网的版权均属于四川省金属学会所有,未经书面授权,任何媒体、网站或个人不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网站协议授权的媒体或网站,应在授权范围内使用上述作品,并注明“来源:四川省金属学会”。违者本网站将追究其相关法律责任。
【2】本网站凡注明“来源:xxx(非学会秘书处)”的作品,均转载自其它媒体,登载此作品出于传递更多信息之目的,不代表学会观点或证实其描述,不对其真实性负责。作品内容仅供参考,如转载稿件涉及亚博电竞网的版权等问题,请在两周内来电或来函与四川省金属学会联系。

二维码

关注学会
微信公众号

二维码

访问学会
手机版

网站地图