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求索

科学、技术、社会与生存环境

第一阶段

认识我们的家园

从宇宙起源到地球系统的形成

时间螺旋

时间螺旋

探索时间的本质与宇宙的起源

时间,这个宇宙中最神秘的概念之一,从大爆炸的那一刻起,就开始了它无尽的螺旋之旅。 相对论告诉我们,时间并非绝对,它会因引力和速度而弯曲。

地球系统

了解我们赖以生存的蓝色星球

地球是一个复杂的系统,由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈组成。这些圈层相互影响,共同维持着生命的奇迹。 从地心到大气层,每一层都在讲述着地球的故事。

地球系统
第二阶段

深入地球极限环境

探索深海与极地的奥秘

雪龙号和雪龙2号

雪龙号和雪龙2号

中国极地科考的双子星

雪龙号和雪龙2号是中国极地科学考察的两艘重要破冰船。它们承载着中国极地科考的重任,在冰封的极地海域中开辟航道, 为科学研究提供坚实的平台。这两艘船不仅是中国极地科考的象征,更是人类探索极限环境的见证。

形抗千钧

形抗千钧

探索结构力学的奥秘

结构力学是工程学的基础,它研究物体在受力作用下的变形和稳定性。从桥梁到建筑,从船舶到航天器,结构力学的原理无处不在。 通过精密的计算和设计,我们可以创造出既美观又坚固的结构,让它们能够承受巨大的压力。

声波绘海

声波绘海

用声音描绘海洋世界

在数千米深的黑暗海底,蛟龙号如何避开陡峭的海底悬崖,精准找到热液喷口?答案是声波。通过发射声波并接收回波, 根据回声定位原理,计算机能在绝对的黑暗中"画出"三维地图。这项技术为潜航员装上了"透视眼",让复杂的地形、 矿产资源和生物群落都能通过"声波之眼"被清晰地看见。

第三阶段

飞向星辰大海

人类的太空征程

长征十号

新一代载人运载火箭

长征十号是中国正在研制的新一代载人运载火箭,它将承担未来中国载人航天任务的重任。这枚火箭采用先进的推进技术和结构设计, 能够将更大质量的载荷送入太空,为中国建设空间站和深空探索提供强大的运载能力。

长征十号

选址大挑战

科学选址的智慧与挑战

在太空探索中,选址是一个至关重要的环节。无论是建设空间站、选择着陆点,还是规划探测路线,都需要综合考虑科学价值、 技术可行性和安全因素。每一次选址决策都体现了科学家的智慧和工程团队的严谨。

选址大挑战

设计月球车

打造月球探索的智能伙伴

月球车是人类探索月球的得力助手。它们需要在极端的环境中工作,承受巨大的温差、崎岖的地形和长时间的运行。 设计一辆优秀的月球车,需要融合机械工程、电子技术、人工智能等多个领域的知识,创造出既坚固又智能的探索工具。

设计月球车
第四阶段

迈向其他世界

火星与深空探索

星际着陆

星际着陆

征服遥远星球的着陆技术

在遥远的星球上安全着陆是人类深空探索的关键挑战。从火星到更远的行星,每一次着陆都需要精密的计算、先进的技术和无比的勇气。 着陆器必须在极端环境中保持稳定,承受巨大的冲击力,同时精确控制下降速度和角度,确保科学仪器和探测设备完好无损。

除尘初想

太空环境下的除尘技术探索

在太空中,尘埃是科学仪器和太阳能板的大敌。火星表面的细尘会覆盖太阳能板,降低发电效率;月球表面的月尘会磨损设备表面, 影响科学观测。如何有效清除这些尘埃,保持设备的长期运行,是深空探索中必须解决的难题。科学家们正在探索各种创新的除尘技术, 从机械刷到静电除尘,每一种方法都体现了人类在极端环境下的智慧。

除尘初想
祝融滑沙

祝融滑沙

火星车在红色沙丘上的探索

祝融号火星车在火星表面的沙丘上滑行,这是人类探索红色星球的重要时刻。火星的地形复杂多变,有陡峭的沙丘、松软的沙地, 还有坚硬的岩石。火星车必须能够适应这些极端地形,在保持稳定的同时完成科学探测任务。每一次滑行都是对工程技术的考验, 也是对科学探索精神的体现。

艰难的取舍

科学探索中的决策智慧

在深空探索中,资源是有限的,时间是宝贵的。科学家和工程师们经常面临艰难的取舍:是选择更安全的路线还是更有科学价值的路线? 是携带更多的科学仪器还是更多的燃料?每一个决策都关系到任务的成败,都需要在风险与收益之间找到平衡。这些艰难的取舍体现了 科学探索的复杂性和挑战性,也展现了人类在面对未知时的智慧与勇气。

艰难的取舍

时间螺旋

探索时间的本质与宇宙的起源

关键词

时间 宇宙起源 相对论

嗨,大家好,我是科代表。欢迎来到北京科学中心主展馆四层生存展厅。这一层以“求索”为主题,用三大展区串联起人类从地球到 太空的生存探索历程。接下来我将带大家逐一解锁各个精彩展项。

首先从“时间螺旋”开始,让我们一起把宇宙138亿年的漫长历史压缩成短短一年,看看每一个关键时刻都在哪一天发生。 我们现在看到的第一个螺旋是“宇宙演化轴”。想象一下,如果把宇宙诞生至今的138亿年压缩成一张12个月的日历,那会是什么样子? 1月1日午夜,宇宙大爆炸开始了这一切,5月1日,银河系初具雏形,9月9日,太阳系诞生,9月14日,地球形成。而生命的萌芽要等 到9月25日才悄然出现。进入12月,生命开始加速演化,平安夜,恐龙登场,12月28日,开花植物崛起, 而人类直到12月31日的最后一刻才“压轴出场”。

现在,我们来到第二个螺旋“文明进程轴”,聚焦宇宙年历的最后一天,最后一分钟,甚至最后一秒。晚上8点,人类祖先与黑猩猩分道扬镳, 9点25分,人类开始直立行走,10点30分,大脑容量激增,11点52分,现代人类出现并走向全球。而真正的文明大爆发, 发生在倒数60秒内,在倒数20-25秒农业促进了永久定居,中国王朝时代始于倒数5-15秒,科学革命发生在倒数0.7-0.8秒, 以蒸汽机为代表的第一次工业革命,更是只在倒数0.6秒才拉开序幕。你看,人类所有的文明成就,在宇宙的年历上, 只占据了微不足道的一秒钟,但我们从未停止探索脚步。现在我邀请你来四层新展,看一看这个神奇的宇宙。

地球系统

了解我们赖以生存的蓝色星球

关键词

地球 生态系统 气候

大家好,科代表又来了,今天我们不往外太空跑,而是来个“向内探索”,看看我们脚下的地球母亲内部到底藏着怎样的秘密。 欢迎来到“地球系统”展现,看这个巨大的地球模型,就像给地球做了一次“CT扫描”,从炙热的核心到缓慢流动的地幔, 再到我们生活的薄薄地壳,精准还原了内部与表面的细节,每一层都在动态的相互作用。在这里我们了解到地核厚度居然有3400多千米, 地幔厚度为2800多千米,而地壳就是薄薄的一层了。但是地球可不是一层层静止的石头,它是一个活的、紧密联系的超级系统。 按下按钮,你就能看到,地幔的运动推动着大陆漂移,水在大气、海洋和陆地间循环,生命活动影响着空气的成分,所有这些环节环环相扣。 所以理解“地球系统”这个概念就是在告诉我们,保护环境不能只看局部,一次火山喷发,一片森林的消失,都可能引发整个系统的连锁反应, 认识它才能更好的呵护我们这颗唯一的蓝色家园。如果你想进一步了解地球的知识,你可以来到b1层的小球大世界, 可以通过球面看到行星数据、大气风暴、气候变化、海洋温度等动画图像,不要错过

雪龙号和雪龙2号

中国极地科考的双子星

关键词

极地 科考 破冰船

欢迎大家跟着科代表来到冰天雪地的极地,眼前这位,就是我国极地科考的功勋雪龙号破冰船。他可是在南北极劈波斩浪, 为我们带回了无数宝贵的科学数据。打开抽屉,你能看到极地丰富的动植物和矿物资源标本。“雪龙号”更是我国建造的“破冰利器”, 他的破冰本领有多强,关键就在船头。

让我们尝试一下这三个按钮,看看不同的破冰方式有什么奥秘。当冰面较薄的时候,雪龙号可以通过自身的动力, 像利刃一样切开平面,这就是连续破冰。如果冰层较厚,将采用冲量破冰的方式,通过加速冲向冰面,利用船体重量将下方冰层压碎, 再倒退后重新加速冲撞。当冰层极厚时,将采用重力破冰,通过排空压载水舱降低船体吃水,利用船体重力压碎冰层。通过破冰体验, 你有没有感受到工程师的智慧呢?

这是雪龙2号,我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船,雪龙2号的问世,不仅意味着双龙探极格局进一步形成, 也标志着我国极地科考取得新的突破。从认识地球系统到征服极地冰海,科学和技术就是我们最强大的破冰船,他带领我们突破自然屏障, 不断拓展认知的边界。破开了冰层,下一步,我们要潜入更深的海底,下期“蛟龙号”见。

形抗千钧

探索结构力学的奥秘

关键词

力学 结构 工程

大家好,我是科代表。上期我们破开了冰面,这次我们要挑战的是深海的压力。你知道在几千米深的海底水压有多大吗? 相当于一个指甲盖上站着一头大象,那深海潜水器要怎么设计,才能扛住这“千钧重压”呢?答案就在这个“形抗千钧”里面, 看,这里有不同形状的物体,让我们操作屏幕让它开始下潜。

随着深度增加,载人舱应力剧增,但应力可不是均匀分布的哦。你看圆锥的尖角,随着下潜深度的增加,出现应力过于集中的问题, 很快就撑不住了。在这里跟大家说一下,应力是外表材料,因抵抗外力产生的对抗。我们换个立方体操作,虽然下潜深度增加了, 但是随着应力的集中,这个角很容易被摧毁,而只有球体能把巨大的应力均匀地分散到全身每一个点,能够在深海中下潜到很深的位置, 这就是“蛟龙号”的载人舱要做成球体的科学道理。看这个形状的物体,同学们猜猜它是不是和球体一样能下潜到很深的位置呢? 答案就需要你来现场看一看啦。从课本上的压强公式到深海探测的国之重器,科学的观念就是这样,在解决实际问题的过程中闪 耀出智慧的光芒。扛住了压力,在漆黑的海底又怎么“看路”呢?下个展项告诉你答案。

声波绘海

用声音描绘海洋世界

关键词

声波 海洋 探测

大家好,我是科代表。现在我们来到了神秘的深海世界。大家想象一下,在几千米深的海底,阳光完全无法到达, 四周是永恒的黑暗和巨大的压力。我们的“蛟龙号”载人潜水器,是如何在这种极端环境下避开陡峭的海底悬崖, 精准找到热液喷口这些科研目标呢?答案就藏在这个展项里。它不是依靠光线,而是利用了声波。

欢迎来到“声波汇海”,让我们一起探索深海中的“视觉”奥秘。看,当你用手塑造地形时,上面的声呐系统就像蝙蝠一样, 不断的发出声波。声波遇到你堆起的“山”返回快,遇到“谷”返回慢,计算机通过计算声波往返的时间,就能精准的“画出”三维地图。 这其实就是回声定位原理,公式很简单,距离等于声速乘时间再除以二。虽然原理听起来简单,但正是这项技术,为潜航员在绝对的黑暗中, 装上了一双神奇的“透视眼”。无论是复杂的地形、沉睡的沉船,还是珍贵的矿产资源和独特的生物群落, 都能通过这双“声波之眼”被清晰的看见。

现在我邀请屏幕面前的你亲自到现场动手试一试,让我们在这片区域创造出独特的地形,改变沙地的地形,亲手升起高山, 绘制出湖泊,感受人类求索的脚步。在这样一个个巧妙的科学应用中越走越远,希望这个展项能让你感受到科学与技术结合的魅力。 我们下个展项再见。

长征十号

新一代载人运载火箭

关键词

火箭 航天 载人

嗨,大家好,我是科代表。地球是人类的摇篮,但人类不可能永远生活在摇篮里,我们告别深邃的海洋,把目光再次投向星空。 要想离开地球摇篮,去月球,去火星,我们首先需要一把威力巨大的“太空钥匙”,那就是火箭,眼前这个庞然大物, 就是长征十号运载火箭尾部喷管1:1模型。

长征十号可是中国人通往月球“天梯”,为什么他这么厉害?要实现载人登月,需要地月转移轨道运力达到27吨, 然而我国现役最大运载火箭长征五号,地月转移轨道运载力仅为8.2吨,于是,长征十号应运而生。工程师们用了神奇的泵后摆技 术给发动机“瘦身”,使得火箭芯一级将7台YF-100K引擎搬进直径5米的箭体,再加上两个同样强大的助推器,长征十号的地月轨道运 载能力高达27吨,是长五的3倍多,足以把登月飞船稳稳的送往月球。

在这里你可以当一回“燃料”,从火箭的底部穿越过去,看看后面有什么,每一次火箭的轰鸣,都是人类向引力发起的挑战。 从飞天的勇敢尝试到长征十号的坚实步伐,我们梦想的方向从未改变,那就是更远的深空。这枚火箭承载的不仅是宇航员, 更是中华民族千年来的登月梦想。坐上这把“天梯”,我们的下一站就是那片从未留下中国人脚印的神秘土地 月球,准备好,让我们一起出发吧。

选址大挑战

科学选址的智慧与挑战

关键词

选址 科学 决策

大家好,我是科代表。经过漫长的宇宙旅行,我们终于降落在月球表面,你知道吗?在月球上,一片荒芜,没有空气,没有液态水,辐射还强。 如果我们想在这里建一个能长期驻留的科研站,就像盖房子要选好位置,我们该把月球上的家建在哪呢?这就是“选址大挑战”要解决的问题, 让我们动手操作看看吧。

选址可是个技术活,首先,生存需要能源,月球上最容易获取的能源就是太阳能,那是不是找个一直被太阳照射的地方就行了? 让我们来转转这个根据真实月球地质图制作的月球仪,你会发现月球不像地球有倾斜角,它几乎“站”得笔直。所以大部分地方都是白天 黑夜各半个月,这可不行,漫长的黑夜会让科研站“断电休眠”。但是在南北两极有些高高的山峰因为地势原因, 几乎能享受到持续的日照,成了“永昼峰”。

其次,科学家推测,月球南极可能藏着宝贵的水冰、能源和水源,月球南极简直就是黄金地段。不过,事情没那么简单, 如果你的任务是天文观测,可能需要安静的月球背面,如果想采集矿石,就要靠近资源点。在这里我们为你准备了很多问题, 你当一回总指挥,在触摸屏上根据不同任务目标做选择,看看如何在不同因素间权衡,做出科学的决策。地址选好了,下一步, 我们得造一辆能在这片土地上奔跑的车,下期“设计月球车”见分晓。

设计月球车

打造月球探索的智能伙伴

关键词

月球车 设计 探月

欢迎来到月球试验场,我是科代表。上期视频我们在月球建好了科研站,但月球那么大,我们总不能靠步行去探索吧, 这时候我们就需要一位可靠的伙伴,那就是月球车,接下来跟着科代表,看看我想要的月球车是什么样的吧, 我们要做送宇航员出去考察的载人月球车,还是无人驾驶的自动探测车呢?在这里我选择载人,是否要设增压舱? 为了宇航员舒适的工作,我们也要装上增压舱,你知道吗?月球车会设计多组车轮,这样可以保证即使一个轮子损坏也不影响月球车行驶, 在这里我选择八个轮子,接下来开始挑选月球车车轮,有三种选择,我们要考虑车轮不仅要起到承载作用,还要能够提供足够的驱动力, 转向稳定性,适应月球表面松软的地形,具备脱困、爬坡、越障等能力。在这里我选铝合金材料轮,然后我们就获得一辆月球车啦。

对比一下历史上的经典车型,你会发现你的设计思路也许和那些顶尖工程师不谋而合。设计不是天马行空, 而是在严格的限制条件下寻找最优的解决方案。从科学家的选址到工程师的设计,人类探索月球的每一步都凝聚着无数的技术创新。 这辆小小的月球车,承载的是我们走向更远深空的梦想。让我们跳出参观者的身份,成为一名月球车总设计师, 在北京科学中心打造一辆适合自己的月球车吧。

星际着陆

征服遥远星球的着陆技术

关键词

着陆 行星 技术

大家好,我是科代表。我们经过漫长的星际航行,我们的探测器终于抵达了目的地,火星,但最紧张的时刻才刚刚开始,如何平安落地呢? 常常跳远的大家都知道,平坦的地方落地才不容易崴脚。探测器在茫茫外星上,怎么找到那个最安全、最理想的“落点”呢? 这就是“星际着陆”要面对的巨大挑战。

着陆点的选择是任务成败的第一步,我们需要找一个光照条件好,能够获得足够太阳能且通信效果好的纬度,海拔高度较低, 让探测器有足够时间减速。当然,还得是平坦开阔、石头少、坡度小的“风水宝地”,绝不能一头扎进悬崖或撞上巨石。选好了地点, 探测器进入最后的缓冲阶段,需要依靠着陆腿来完成着陆。着陆腿是用于减轻探测器着陆时的冲击,一般选择三腿或者四腿方案, 四腿方案稳定性要更好一些。下面让我们在北京科学中心当一回火星着陆指挥官,点击启动按钮,控制遥杆方向选择合适的着陆区, 你是选择看起来平坦的高地,还是冒险降在山体的边缘?点击降落按钮,有没有感受到斜坡着陆的危险?要避免侧翻,帮助着陆器安全着陆, 当着陆巡视器平稳着陆在火星表面,发动机关机之后,着陆巡视器会发出“转入无控模式”信息,我们成功着陆火星,新的挑战又来了, 遇到无孔不入的火星尘,我们的探测器该怎么办呢?

除尘初想

太空环境下的除尘技术探索

关键词

除尘 太空 维护

大家好,科代表又来了,我们祝融号在火星上工作,最怕的不是严寒和孤独,而是无孔不入的火星尘。这些比面粉还细的红色灰尘由磁 铁矿和橄榄石构成,具有磁性,特别喜欢粘在太阳能板上,吸附在光学设备表面,导致其成像性能降低,进入机构内部, 影响其正常运动,吸附在太阳电池阵表面,影响太阳电池阵的输出功率。

发电量下降,火星车就要休眠啦,怎么给远在几亿公里外的火星车除尘呢?设计师们考虑过多种除尘办法,自然除尘、 机械除尘、电帘除尘、隔离除尘、超疏基除尘等。接下来让我们按下按钮,近距离观看沙子的变化,随着声音的响起, 这些沙子不再杂乱无章,而是自动排列成了神奇的几何图形,这就是“声驻波”和“克莱尼图形”的魔力。沙子被振动驱赶, 最终都聚集到了不振动的波节上,从而画面中展现出了声波的“形状”。那么,这和除尘有什么关系呢?

想象一下,如果我们让祝融号的太阳能板振动起来,上面的沙子是不是就可以滑落下来呢?但是,振动对于大颗粒的沙尘非常适用, 对于带静电的小颗粒会不会有用呢?振动会不会损伤到祝融号里面精密的仪器呢?有没有更好的办法解决这些小麻烦呢?下期视频告诉你。

祝融滑沙

火星车在红色沙丘上的探索

关键词

祝融号 火星 探测

你有没有想过,祝融号的太阳能板如果被火星沙尘遮盖了怎么办?对付火星尘,我们有从老祖宗和大自然那里学来的智慧。 还记得“出淤泥而不染”的荷叶吗?为什么水珠在荷叶上站不住脚,随风摇曳的过程中,水珠很容易滚落呢?秘密藏在显微镜下, 荷叶表面布满了纳米级的微小乳突,形成一层“空气垫”,让水珠和灰尘实际接触的面积非常非常小。模仿这个原理, 科学家在电池片上增加超疏基微观结构,这些结构的尺寸比火星尘颗粒的特征尺寸还要小,当火星尘与之接触时, 就相当于与一个纳米级的“针床”接触,火星尘落上去,就像人躺在钉板上,实际接触点很少,附着力就大大减弱了, 这就是超疏基除尘。让我们动手操作一下,将盐粒放置在两种不同的太阳能板上,观察对比盐粒滑落的速度和比例, 摸一摸,看一看,帮助我们进一步了解祝融号火星车超疏基除尘的原理。

从观察身边的荷叶,到解决数亿公里外的太空探测难题,这就是学以致用的最高境界。科学的探索,既需要仰望星空的远大理想, 也离不开这样接地气的巧妙心思。解决了在火星上的难题,我们的眼光可以放得更远了,你有没有想过宇宙中会有另一个地球吗?

艰难的取舍

科学探索中的决策智慧

关键词

决策 权衡 智慧

我们已经在太阳系里转了一大圈,是时候把目光投向更遥远的深空了。大家好,我是科代表,你知道吗?从1992年开始, 迄今人们已经陆续发现了6000颗系外行星,每一颗行星都可能是一个未知的世界。那么一个终极问题来了,这些星球里, 有没有一颗能成为我们人类的“第二家园”呢?

寻找“宜居行星”就像一场“艰难的取舍”,什么样的星球才算“宜居”?让我先来选择,首先,它得离它的“太阳”不远不近, 温度刚好能让水保持液态,这是生命的摇篮,这一条就很难满足了,其次,最好有大气层,成分不能太致命,还能挡掉有害辐射, 如果有像地球一样的磁场保护,那就更理想了。可惜这里只能选三个,点击确定,我们会发现在宇宙中要同时满足所有 这些“幸运条件”实在是太难了。如果是你,面对这8种条件,你会选择哪些呢?快来这里体验一下吧。

我们的地球真的是太神奇了,他宜居的环境,仿佛是宇宙中一场精心调配的奇迹。这不是在挑剔, 而是在遵循生命诞生和延续最基本的物理和化学规律。这个“取舍”的过程,也正是天文学家们每天都在做的工作, 他们利用各种尖端望远镜和分析方法,不断筛选、验证,希望能从成千上万的候选者中,找到那颗最有可能的“另一个地球”。 这条路很长,但每一步都让我们更加了解自己在宇宙中的位置。