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外太空通常比任何人工真空都要空曠得多。

人類更大的真空室：鉛球與羽毛同落 (4X10的負6次方)

真空，按字面意思，可以理解為沒有物質(zhì)的空間。但是，這樣的『真的空無一物的空間』在地球上基本上是不可能實現(xiàn)的（我們先不去講愛因斯坦狄拉克之海等關于真空不空的理論）。通常情況下，物理學家會把那些氣壓比大氣壓力小得多的空間就稱為真空。

那人工制造的真空爐膛中“完美真空”（有時會被稱為分壓真空）和太空中的真空有什么區(qū)別呢？

說太空之前，我們先來看看人類能制造出來的真空奇跡吧。

上面這個巨大的房間，就是位于俄亥俄州NASA格倫研究中天然氣工業(yè)電機心的人類目前更大的真空室SPF（Space Power Facility)。它外總高約37米（相當于12到13層樓那么高），直徑30米，光是雙重密封的大門就有15米寬和15米高?？赏掏轮剡_300噸的設備。建于1969年美蘇冷戰(zhàn)中期。是美國一座能對組裝完畢的飛船進行全面環(huán)境試驗的設施。

要知道，在阿波羅登月計劃剛啟動的那個年代里，美國的對飛船完整測試實驗基本上就是直接射到太空里飛幾圈看看。沒人能真的確定宇宙飛船和宇航員在冰冷的太空中會發(fā)生什么。而SPF最初的任務就是用來在地球上重建太空的真空環(huán)境，以測試各種太空飛行器，包括核動力（雖然該設施是為測試核天然氣工業(yè)電機硬件而設計的，但在其整個歷史中只進行過非核試驗）和常規(guī)動力航天器的熱真空準備能力和抗電磁干擾能力，還有一些高能實驗、火箭整流罩分離、可展開太陽帆和太陽能板陣列測試等，美國絕大多數(shù)主要火箭型號的試驗都曾在這里進行。它可以有效降低飛船和宇航員的危險，并減小不必要的發(fā)射，從而降預算。

從冷戰(zhàn)開始，SPF真空室一直被用到現(xiàn)在。它前不久剛被翻新過，以用來測試NASA的新一代飛船推進系統(tǒng)（比如為新“獵戶座”飛船提供動力的推進系統(tǒng)），以及兩輛火星車的安全氣囊著陸系統(tǒng)。2013年的時候SpaceX還用SPF做了全尺寸火箭整流罩分離測試。

你可以把SPF想成一個由極厚的混凝土外天然氣工業(yè)電機殼包裹著的一個巨大的鋁桶。整個測試室內(nèi)壁是由5083鋁板建造的（5083鋁就是神舟飛船和衛(wèi)星用的材料，可屏蔽一部分核輻射），可以在零下200度的溫度下維持一個低的中子吸收截面，從而用8小時時間通過鼓風機和轉(zhuǎn)子活塞真空泵達到 4×10?64\times10^{-6} 托爾（1托=1毫米汞柱）的真空。大概是標準大氣壓的一億分之一。

但它并不是地球上最接近真空的地方。

SESL的A室：測試宇航服的地方 (1X10的負6次方)

位于休斯頓NASA約翰遜航天中心空間環(huán)境模擬實驗室(SESL)的“A室”，是目前地球上真空度更高的大型低溫實驗爐膛。它建成于1965年，是N天然氣工業(yè)電機ASA為測試阿波羅航天器的熱真空測試而建造的。它的重達40噸的門是世界上更大的單鉸鏈門。當年阿波羅計劃的太空服、美國座空間站太空實驗室的望遠鏡系統(tǒng)、航天飛機以及眾多衛(wèi)星都是在這里測試的。雖然阿波羅號和航天飛機時代已經(jīng)過去，SESL仍在運行，NASA在2014年又將它進行了一次升級，以便能測試詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（的鴿王JWST）的部件。（有A室就有B室，B室主要用于進行宇航員訓練，研究航天器的生命維持系統(tǒng))

SESL通過強大的真空泵將11340公斤的氣體分子（相當于12.5輛大眾甲殼蟲汽車[1]）從氣室中除去，以達到所需的真空狀態(tài)，只剩下相當于半根訂書釘重量的15毫克空氣，等同天然氣工業(yè)電機于150萬公里JWST望遠鏡軌道處的真空度（即拉格朗日L2點所在）： 達到 1×10?61\times10^{-6} 托爾.

中國制造：10的負10次方

通常來說，真空室容積越大越難造。那有沒有容積小一點的，但真空度更高的爐膛呢？

當然！比如中國在2009年就由北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所在北京航天城某衛(wèi)星AIT中心研制成功了“KM7大型空間環(huán)境模擬器”。研制成功當年，就進行了某型號衛(wèi)星的真空熱試驗。它的有效試驗空間只是一個直徑8.5米，深9米的臥倒的圓柱，和上面兩個龐然大物比起來小的可憐。但它的極限壓力低于6.5×10-5Pa[2]，差不多是5×10?75\times10^{-7}托爾的真空。中科院蘇州納米天然氣工業(yè)電機真空互聯(lián)實驗站的GEN20A更是能能達到負10托爾

如果爐膛再小一點，真空還可以做得更高。

上圖是一個用于衛(wèi)星通信和空間模擬的熱真空太原超高真空爐，更高能達到是7.5×10?137.5\times10^{-13} 托爾的真空。[3]目前地球上人工獲得的最完美的真空是10?1410^{-14} 托爾。這一紀錄是1976年10月由奧森研究中心的湯姆遜創(chuàng)造的。

10的負14次方的真空有多空？打個比方。假設氣體分子有一個棒球那么大，那么標準大氣壓下氣體分子棒球間的間距按比例來就是差不多一米的距離。當真空度達10的負14次天然氣工業(yè)電機方時，分子棒球的間距將達到80公里。（有時可以在極短的時間內(nèi)在極有限的空間內(nèi)達到完全沒有粒子的理想狀態(tài)：“完美真空”。這幾乎是不可能在實驗室里受控實現(xiàn)的，只是在在短時間內(nèi)某處碰巧沒有物質(zhì)粒子。）

人類的極限

目前人類能制造的最極限的真空度是多少？有人會問，咦，上面不是已經(jīng)說過了么，10的負14次方？不不不，人類之所以為人類，就是會Think out of the box.

人類有史以來獲得的人工真空的極限，是NASA用航天飛機在地球軌道上實現(xiàn)的。（這不是作弊么。。。。）

NASA研發(fā)了一種被稱為Wake Shield Facility（WSF）的裝置。顧名思義，天然氣工業(yè)電機它的形狀像一個盾一樣，是一個直徑3.7米的不銹鋼圓盤。航天飛機三次（STS-60失敗，STS-69和STS-80成功）用機械臂拖曳著它，像拖著一個風箏一樣，在300公里以上的軌道上飛行。WSF圓盤的邊緣一邊飛一邊推開已經(jīng)極稀薄的氣體粒子，從而在其后方的尾部留下了一個很小的“超真空”空間?？茖W家用這個真空來研究超薄超純的半導體薄膜生長等實驗（主要是砷化鎵和砷化鋁鎵沉積），有助于開發(fā)更好的光電管和薄膜。同時也嘗試用微型陶瓷制做人工視網(wǎng)膜。

那這個真空度有多少呢？300公里的軌道高度上的原始環(huán)境真空度大約是～10?8～10?1410^{-8}～10^{-14}托爾，而科學家預計WSF能再下降個約6個數(shù)天然氣工業(yè)電機量級。但實際對兩次飛行收集的氣壓數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，下降幅度約為2個數(shù)量級（比預期少4個數(shù)量級），即～10?10～10?1610^{-10}～10^{-16}托爾。[4]

太空的真空度

WFS創(chuàng)造的真空，已經(jīng)比月球表面的真空度（1×10?91\times10^{-9} 托爾）要厲害出太多了。WFS創(chuàng)造的人造真空有多空？如果用粒子間距來描述它的空曠的話，每個粒子間的平均距離有大約1mm那么遠。

但對于宇宙空間來說，這并不算啥。相比之下，恒星際空間的粒子平均相距約10mm，銀河系懸臂間隙中的粒子間距約為100mm，而星系間的空間中粒子間距更大可達10,000mm（也就是十米）。一般我們認為，深空中的真空度大天然氣工業(yè)電機約為～10?17～10?2010^{-17}～10^{-20} 托爾[5]，可以說是最接近“完美真空”的地方了。

可見，人類創(chuàng)造的真空度完全不能和深空相提并論，那可是差了約4個數(shù)量級。也就是說，太空最空的地方的真空度，大約是人工真空的一萬之一。