圆周率在太空探索中的18种应用方式

　　无论是将宇宙飞船发送到其他行星，在火星上驾驶漫游车，找出行星是由什么组成的，或者外星海洋有多深，pi都会带我们在NASA走得更远。以下是圆周率帮助我们探索太空的一些方式。
　　1. 在火星上跳伞
　　虽然没有一个火星着陆是完全相同的，但它们确实有一个共同点：降落伞。如果工程师希望使航天器减速，那么在火星车或着陆器穿过稀薄的火星大气层时放慢速度是当务之急，以便让下降火箭有时间软着陆。美国宇航局的工程师在设计降落伞时会考虑各种因素：航天器的质量和速度，着陆点的高度和大气密度，仅举几例。Pi帮助工程师确定降落伞需要多大才能产生减速所需的阻力。
　　2. 获得关于土星的新视角
　　美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船花了13年时间绕土星运行，在其卫星上发现了海洋和水冰喷流，并观察了其雄伟的光环。在任务期间，工程师们两次使用了一种称为pi转移的技术来改变航天器的轨道。通过精确引导飞越土星最大的卫星泰坦，卡西尼号的轨道被翻转180度到行星的另一侧。（在弧度中，180 度等于 pi，因此称为 pi 转移。随着照明条件也翻转了180度，从卡西尼号的角度来看，飞船能够以全新的光线看到土星和土卫六。
　　3. 绘制未探索（和熟悉）的世界
　　就像地球的古代探险家一样，当宇宙飞船访问其他行星和世界时，他们会制作地图。即使是绕着熟悉的地方（如地球）运行的航天器，也会绘制科学家想要了解的过程图，例如水如何在全球流动。航天器通过在轨道上拍摄图像来制作地图 - 就像上面的动画一样，它显示了朱诺号航天器绘制的木星。他们的相机通常具有矩形视野，可以捕获行星表面＂波段＂的图像。科学家在表面积公式中使用圆周率来计算出绘制整个行星或身体需要多少张图像。
　　4. 登陆火星
　　工程师使用圆周率来帮助估计火星着陆器或火星车着陆器着陆位置的不确定性。登陆火星的许多方面都是不确定的：风，空气密度，航天器从地球接近火星时的初始速度和位置。甚至火星本身的确切位置也不完全清楚。在火星着陆之前，大多数这些不确定性都可以使用计算中包含圆周率的数学分布进行建模。当一起模拟时，结果可能是目标着陆点周围有数英里的位置不确定性。工程师会考虑这种不确定性，并谨慎对待他们的目标！例如，它们可以瞄准近距离，但不能太靠近山峰 - 就像他们在夏普山附近着陆的好奇号火星探测器一样。
　　5. 探索新世界
　　科学家使用圆周率来寻找系外行星，这些行星围绕我们自己的太阳以外的恒星运行。强大的地面和太空望远镜跟踪遥远的恒星发出的光量。当一颗行星经过它的恒星前方时，望远镜会看到发射的光量下降。知道这种减少的百分比和圆的面积的公式，科学家可以推断出行星的大小。
　　6. 发现潜在的宜居世界
　　当科学家发现新的系外行星时，他们想知道的一件事是这些世界是否可以支持我们所知道的生命。这些＂潜在宜居＂行星在所谓的母星宜居带内运行——这个位置与恒星保持安全距离，不要太近，水会变成气体，也不会太远，它会变成冰。科学家使用圆周率来定位给定恒星周围宜居带的内边缘和外边缘。他们使用圆周率和开普勒第三定律来计算系外行星需要多长时间才能完成其恒星的完整轨道，从而揭示行星的位置以及它是否在可居住区。
　　7. 定位火星地震
　　科学家使用圆周率来研究地震，很快就会有火星地震！美国宇航局的InSight火星着陆器配备了一种测量红色星球地震活动的仪器，它将告诉我们更多关于这颗行星内部发生的事情。在火星地震期间，表面波 - 一种地震波 - 从震中向火星上所有方向外移动。通过确定这些表面波到达InSight着陆器的时间并使用圆周率，科学家们可以确定火星地震发生的时间。
　　8. 与航天器交谈
　　向遥远的航天器发送信息并接收它们需要一个遍布全球的大型天线网络，这样，随着世界的转动，我们永远不会失去联系。这些天线共同构成了NASA的深空网络（DSN）。通过DSN与航天器通信的工程师在发送消息和处理发回的消息所需的数学方程中使用圆周率。考虑到这些信息被用来做一些事情，比如火星上的陆地漫游车，以及第一次从冥王星附近飞行的宇宙飞船上获取图像，这是一项非常重要的任务。
　　9. 驾驶火星探测器
　　火星探测器上没有操纵杆或方向盘。相反，火星车会收到来自地球上操作员的命令，告诉他们何时以及如何驾驶，拍照，转动车轮和使用机械臂。其中一些函数以度为单位进行测量，而另一些函数则以弧度（圆的切片）为单位，因此 pi 通常用于在两者之间进行转换。
　　10. 让航天器进入轨道
　　工程师使用圆周率将航天器送入围绕其他行星的轨道。要做到这一点，他们必须在正确的时间让航天器减速，让它被行星的引力拉入轨道。工程师确定重力将拖曳航天器的程度，航天器的速度以及新轨道的细节。使用这些数字以及圆周率，他们可以准确地计算出他们需要踩多少刹车 - 对于航天器来说，这意味着在正确的时刻发射其前向推进器。
　　11. 跟踪小行星的运动
　　彗星和小行星猎人的工作之一，就像美国宇航局近地天体中心的工作一样，是确定物体旋转的速度。根据他们对物体的观察，科学家可以估计物体在其轴上进行一次完整旋转需要多长时间。然后，使用单位转换来查找对象的角速度，通常以弧度每秒为单位进行测量。（您可以将弧度视为圆的切片，或者更好的是，圆周率的切片。
　　12. 保持漫游车车轮转动
　　Rover车轮上有独特的设计，在转弯时会在地面上留下图案。这些模式可作为视觉标记，帮助操作员在从地球远程驾驶火星探测器时使用。Pi用于计算漫游车在每次车轮旋转时应该行驶多远。通过测量从一个车轮标记到另一个车轮标记的距离，漫游车驾驶员可以确定车轮是否打滑，或者他们是否行驶了预期的距离。
　　13. 调查外星冰
　　研究极端环境的科学家，例如彗星以及木星和土星卫星上的环境，希望了解过程如何在它们的表面上展开。在冰冷的环境中，一种方法是在实验室中使用激光爆炸冰样，然后研究发生的化学反应。科学家使用圆周率来计算激光的光束宽度，并了解有多少能量击中他们的冰样本。
　　14. 为航天器加油
　　就像汽车一样，航天器需要燃料才能到达目的地并在整个旅程中机动。但在太空中，沿途没有加油。确定航天器需要多少燃料以及使用了多少燃料是一项微妙的任务。工程师使用圆周率来计算航天器油箱中有多少燃料可用，这些油箱通常是球形的，以及燃料通过其圆柱形燃料管线的速度。即使是甜甜圈形（环形）罐，可以容纳大量的推进剂，但占用的空间要少得多，也需要使用pi。
　　15. 测量冥王星心脏的大小
　　在研究其他世界甚至地球的表面时，科学家们使用圆周率来确定表面上特征的大小。要测量圆形形状的大小，例如陨石坑，数学很简单，而不寻常的形状，如冥王星的＂心脏＂，需要三角学或微积分。
　　16. 揭示陨石坑的线索
　　陨石坑可以告诉科学家很多关于行星，卫星和其他天体表面的信息。只要使用圆周率和陨石坑的周长和面积来确定给定陨石坑的圆形，行星地质学家就可以揭示陨石坑如何形成以及受影响的表面的线索。
　　17. 揭示行星和小行星是由什么组成的
　　如果科学家不能亲自访问其他行星和小行星，他们如何找出它们是由什么组成的？当然，使用圆周率。行星科学家使用圆周率来确定岩石行星或小行星的体积。体积，加上物体的质量，告诉他们它的密度。由于岩石，冰和金属等行星材料具有已知的密度，科学家们可以根据物体的密度对行星或小行星可能由什么组成做出明智的猜测。
　　18. 凝视木星云层下方
　　科学家研究气态巨行星（如木星和土星）厚厚的漩涡云内部发生的事情的方法之一是发送可以分析这些行星化学成分的航天器。然后，科学家将圆周率与航天器传感器数据结合使用，以估计行星大气层中物质的体积。例如，1995年，伽利略航天器向木星投下了一个探测器，并在高层大气中检测到异常低水平的氦气。在研究了这些数据后，科学家们假设氦气可能从木星大气层的上层下雨，而π是决定多少的关键。今天，2016年抵达木星的朱诺号宇宙飞船正在帮助科学家更好地了解木星内部发生的事情。