最后更新：2024年7月25日

为什么宇航员在国际空间站中漂浮？

为什么宇航员在国际空间站里会漂浮？ — 国际空间站（ISS）位于近地轨道，距地球表面约415公里。它以每秒7.7公里（即每小时27,700公里）的速度运行，每90分钟绕地球一圈。致力于太空环境科学研究的国际乘组每天可目睹约16次日出与日落。国际空间站上的宇航员处于失重状态，但并非微重力环境。空间站与宇航员实际上正围绕地球进行自由落体运动，这便是宇航员在空间站内漂浮的原因。

重力、失重、零重力、微重力！

在回答宇航员为何能在国际空间站中漂浮之前，我们需要先简单澄清一些物理术语。引力是引力场将我们拉向地球中心的力；这个术语与行星地球相关。它也是赋予任何物理物体重量的力。万有引力更普遍地指两个大质量天体之间的这种力或相互作用。但这两个术语本质相同。失重是几乎完全感受不到重量的状态，与引力不同。微重力描述的是物体远离任何大质量天体，或处于多个大质量天体引力相互抵消的太空区域（如拉格朗日点）时所经历的极弱引力。零重力或零G并不存在，因为引力遍布整个空间，直至宇宙的大尺度结构。"零重力"体验是一种错觉，让人误以为引力消失了。但实际上，当人处于自由落体状态时，消失的是重量感。例如，如果人乘坐断缆的电梯自由下落，人和电梯以相同速度下落，彼此之间没有支撑。而两者之所以下落，恰恰是因为引力。那么，让宇航员在国际空间站中漂浮的物理现象究竟是什么？引力测量的是物体在地球表面自由落体时的加速度。

牛顿第二定律，表达式为F=ma，指出重力（f）等于质量（m）乘以加速度（a）。在该方程中，1牛顿的力作用于1千克的质量上，会产生1米/秒²的加速度。因此，对于1千克的质量，重力约为9.81牛顿。然而，引力与加速度是同一力的两个方面（F=ma 与 F=mg ⇒ g=a）。重力表示为g₀=9.81米/秒²，即（海平面45°纬度处的）重力加速度。与重量不同，用于计算重力g的物体质量（以千克表示）不会因物体所在天体而改变。变化的是g，它随两物体间距离的平方而减小。我们的国际空间站运行在距地球表面约415公里的低轨道上。这一距离非常小，该高度处的重力（g=9米/秒²）几乎与地球表面（g=9.81米/秒²）相同。因此，国际空间站上的宇航员处于失重状态，但并非微重力。国际空间站与宇航员正围绕地球自由下落。这就是宇航员在国际空间站中漂浮的原因。

注：地球是其他引力不同的天体的参照基准。因此，地球引力相对于其他天体等于1，这也是我们混淆质量与重量（p=mg）的原因。

为什么宇航员在国际空间站中漂浮？

重力、失重、零重力、微重力！

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