科学空间|Scientific Spaces

这个星期研究了两道微分方程问题：“导弹跟踪”以及“太阳炉”问题。从中我加深了对微分方程的理解，也熟悉了微分方程的相关运算。仅此记录，权当抛砖引玉。

一、微分方程的本质

很多读者都知道，自从牛顿和莱布尼兹发明微积分之后，微积分就迅速地渗透到了几乎所有的学科，后来发展出许多出色的分支，如变分、微分方程等。众所周知，微分方程是解决很多重要问题的工具。不知道各位读者对微分及微分方程的认识如何？其实对于常微分方程而言，它的本质和我们已经学习过的代数方程一样，只不过相互之间的对应运算关系除了常规的加减乘除幂等之外，还多了两个相互关系：微分和积分。例如对于一阶微分方程$\dot{y}=f(x,y)$，也许大家都认为它是一个二元方程，其实不然，这是一个“四个未知数、三道方程”所组成的方程组，我们可以将它写成

$$dy=f(x,y)dx,y=\int dy,x=\int dx$$

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BoJone：阅读本文需要有电离平衡的相关知识作为基础。

这两个星期我们都在学习高中的人教版《化学选修4》中的电离平衡相关知识。虽然我们是“重点班”，可是进展仍然相当地慢。关于电离平衡，有同学向我提出过一个问题：

酸溶液继续加水后，为什么pH会趋于7？（常温常压）

显然，这个问题是很好理解的，因为加水后$H^+$被稀释了。然后我更感兴趣是由此引申出的一个问题：

（强）酸溶液继续加水后，平衡向哪边移动？

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刚才在报纸上看到了一个由国家测绘局建设的中国公众版国家地理信息公共服务平台“天地图”网站，而且被称为“中国自主研发的网络地图服务网站”（注意：“天地图”的自主知识产权主要体现在在线服务软件产品方面，卫星影像数据是通过商业合作的方式使用了来自不同商业卫星的影像数据。）

马上使用，由于我的家乡的偏远，因此在很多电子地图上的显示都不理想，用此来测试显然是最佳选择。以下是结果

BoJone的家乡

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美“发现”号航天飞机将于11月踏上绝唱之旅

美国航天局29日说，由于“发现”号航天飞机右侧轨道操控系统的加压部分发现两处氦气泄漏，其发射日期将被推迟一天。

“发现”号原计划美国东部时间11月1日发射升空。根据美国航天局最新安排，其发射将推迟到11月2日16时17分(北京时间3日4时17分)。这将是“发现”号计划中的绝唱之旅，也是美国航天飞机今年最后一次飞行任务。

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上星期，BoJone凭借简陋的物理知识，发表了《太阳帆技术的粗浅分析》一文，并转到了牧夫天文论坛上，希冀能够抛砖引玉。很幸运得到了牧夫上的高手的指正。他们指出了我的文章中$a=a_{ray}-a_G > 0$这一条件过于苛刻。因为，除了太阳光压外，还有另外一种力量能够战胜太阳引力——惯性离心力。

重新把上篇文章的一个结果列出来：
$$a=a_{ray}-a_G=(\frac{L}{2\pi c (\rho h+{m'}/S)}-GM_{sun})\frac{1}{r^2} $$

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IKAROS-帆面示意图

如果说建造天梯对于我们来说遥不可及的话，那么利用太阳帆技术进行太空航行可以说是“近在眉睫”了。通过《天文爱好者》上面的文章，我们能够对太阳帆的技术以及发展有了相当的了解。但是，这仅仅知道了“What（是什么）”和“How（怎么样）”，却还不知道“Why（为什么）”。现在尝试利用我们已经接触过的物理和天文知识，来对太阳帆技术进行一个浅层面的分析。

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以下内容来源于《天文爱好者》杂志2010年10期（作者庞统，责任编辑李良）。
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ikaros图片版权：ISAS / JAXA；其余来自互联网搜索得到。

2010年5月21曰，日本用H-2A火箭成功发射了耗资15亿曰元（合1600万美元）的“伊卡洛斯”太阳帆，以检验它是否能够利用太阳能实现加速飞行，从而拉开了研制和发射太阳帆式新型推进航天器高潮的序幕。2010年9月和年底，美国还将先后发射纳帆-D2和光帆-1太阳帆。

ikaros

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2009leo-songjian

十一月夜空的主角，将是几个颇具看点的流星雨，南、北金牛以及狮子座流星雨的极大非常值得期待。当然，这段时间观测条件最好的行星还是木星，而到了月底，水星和金星的观测条件也将逐渐转好。其中水星是昏星，日落后在西方的低空中隐约可见，而金星作为晨星将在日出前出现在东方天空中，亮度可达-4.6等。

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