太空中與地球上有着完全不同的環境，而最明顯的也最廣為人知的差異是太空中是沒有空氣的，即真空的。

基于種種差異，許多在地球上輕而易舉做到的事在太空中卻很費勁，許多在地球上不容易做到的事卻能在太空中卻不費力地做到。

比如說漂浮，在地球上一個人如果不借助工具是無論如何都“飄”不起來的，但在太空中卻得“綁根繩子”以阻止你飄太遠。

除了這個最簡單的例子外，還有一個很有趣的現象是，在太空中兩塊同類型的金屬闆相互接觸的話會“融合”在一起。

在地球上要“連接”兩塊金屬是要費點功夫的，那為什麼在太空中可以很輕松的做到呢？這到底是什麼原理呢？

冷焊—太空中的噩夢

其實，我們所說的兩塊金屬在太空中接觸融合的現象在科學上叫做“冷焊”，顧名思義它是一種焊接方法。

太空中的冷焊現象并不是人類在太空站中做實驗發現的，而是由于一些意外的航天事故，它就是事故的“元兇”。

1989年10月，美國國家航天航空局（NASA）向天空發射了一個名為“伽利略”的航天器，其目的是收集木星的數據。

由于地球和木星之間的距離很遠，所以NASA的科學家為航天器設計了一種特殊的天線，以便它順利完成任務。

圖為：天線的“傘骨”有18根，但隻有15根正常打開

這種“高增益天線”被精心設計成了小巧的傘狀結構，在運行時可以以每秒134kb的速度向地球傳送信息。

經過一年半的航行，“伽利略号”于1991年4月抵達木星，但是意外發生了，科學家無法打開天線。

經過上千次的調試檢查，科學家将問題歸結為一個非常簡單但卻很緻命的故障：天線的移動結構“粘”住了，動不了。

最後，科學家不得不使用另外一個低增益的備用天線，而它的效率僅僅是“高增益天線”的0.01%。

這意味着它遺憾地喪失了一次進行偉大的木星探索的機會，而“高增益天線”也無法展現它的“高增益”。

圖為：伽利略号完全打開天線的合成圖

移動結構為何無端在太空中“粘住”打不開？經過一系列的實驗驗證，科學家确定是金屬發生了冷焊。

冷焊現象對人類的太空作業造成了很大困擾，因此導緻的經濟損失已達數十億美元，伽利略号隻是“受害者”之一。

冷焊的原理是什麼

冷焊現象最早發現于上世紀40年代， 當時人們發現兩個表面幹淨平坦且材料相似的金屬在真空狀态下接觸的話會連接在一起。

相比傳統的将兩個金屬加熱融化再焊接在一起的“熱焊”，冷焊顯然更加幹淨利落，不拖泥帶水。

那麼它的原理是什麼呢？為什麼兩塊金屬在真空中接觸的話會連接呢？

有一種有趣的解釋是當兩塊類似的金屬接觸時，各自的原子會分不清哪個才是自己的“家”，便開始來回亂竄，于是金屬就“連”起來了。

這種解釋雖然像開玩笑，但它在一定程度上是正确的，冷焊現象會發生的确是由于原子的運動。

我們知道，所有的金​屬都是由原子構成的，而在非絕對零度條件下，所有的原子是具有動能的。

也就是說原子一直在運動着的，它運動的方式不外乎三種：要麼旋轉，要麼振動，要麼在空間​略​過。

圖為：H 離子在超離子冰的O 2-晶格中擴散

在一個大的粒子系統中（比如說一個固體中），即便各個原子之間依靠化學鍵連接，不同的溫度也會讓它們具有不同的動能。

有一些原子會移動的很慢，隻是懶洋洋的與其他原子相互作用；有一些則會移動的很快，顯得比較活躍；還有一些具有最高的動​能​，則可以稱之為“瘋狂”。

第三種原子移動速度非常快，它們可以通過推開其他原子或占據多餘的空位從一個位置跳到另一個位置。

所以，在每一個固體中的每一瞬間，都會有一些原子跳來跳去，這個過程也可以叫做原子擴散。

當兩塊金屬在真空中接觸時，各自最活躍的原子就可能通過擴散跑到對方的晶格點中，從而在兩塊金屬間産生了引力。

圖為：地球金屬會有氧化膜

地球上為什麼不能發生冷焊

上面我們說過一般的冷焊發生條件是在真空中，地球上無法發生冷焊的原因自然是因為地球上有空氣。

那為什麼在非真空環境下就不能發生冷焊呢？原因其實很簡單，是氧化膜阻擋了金屬原子的擴散。

暴露在空氣中的金屬會與氧氣發生反應生成一層氧化膜，與蘋果被氧化會變色不同，金屬的氧化膜有時候并不明顯。

氧化膜雖然可以阻擋原子的擴散，但它也并非可以完完全全阻擋，隻要兩塊金屬表面相對光滑它們還是可以發生冷焊的，隻是需要的時間可能相當長。

當然，你也可以通過加熱加壓來縮短這一過程，加壓是讓它們彼此靠的更近，加熱則是讓原子跑的更快。

所以，地球上也是可以進行冷焊的，一種是制造真空環境以達到快速的冷焊，一種則是自然條件下緩慢的“冷焊”。

最後

冷焊的本質其實就是原子的擴散，原子擴散的條件并不苛刻，在地球上就可以發生，但最理想的條件是真空中。

而恰好，這個理想條件人類是可以做到的，隻是有些理想的物理條件很難達到，比如完全光滑。

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