宇宙遨游:旅程,人类永远不会停止探索太空

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宇宙遨游-科学出版社


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  宇宙自大爆炸开始,经过138亿年的演化,形成了震撼人心的瑰丽景象,并对人类产生了深远影响。天上的行星、恒星、星座和星系等,激发了人类在艺术、文学和抽象理论等方面的想象力。但是,在数千年的人类社会发展历史中,人们对宇宙的认知长期停留在非常原始的水平。直到几百年前,我们才明白为什么太空中会有各种不同形状的星系;直到最近几十年,我们才开始探测火星;直到最近十几年,我们才了解土星光环的真实面貌。人类对宇宙的认知越来越深入,这是一代代卓越的科学家、工程师和技术人员为了满足人类探索和发现的渴望,经过不懈努力取得的成果。

  很多人都曾经有过这样一个梦想:如果我们能够飞上天空该多好!如果我们能够飞上天空,就能俯瞰地球上的江河湖海、高山峡谷、丛林沙漠,就能飞出地球——这粒宇宙中的“尘埃”,就能遨游到广袤宇宙的深处。但由于受科学技术水平的限制,人们对太空的近距离探索直到20世纪40年代美苏军备竞赛时期才开始。当时,美国与苏联展开了激烈的太空竞赛,两国军事实力远远超过世界上其他国家,并且都研制出了洲际导弹。随着洲际导弹技术日趋成熟,苏联于1957年发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”,美国也不甘示弱,于1958年发射了美国第一颗人造卫星“探险者1号”。从此,人类开启了太空时代。

  时至21世纪的今天,科技飞速发展,人类的脚步已经踏入太空,足迹已经印在月球上。人类不需要像漫画中的超级英雄那样拥有超能力,也能够飞上太空。但是人类活动到达的空间范围相对于整个宇宙来说,仍然渺小至极。人类生活的地球,仅仅只是宇宙中的一粒尘埃,甚至整个太阳系在宇宙中也只是沧海一粟。茫茫宇宙,浩瀚无垠,到底这个宇宙还隐藏着什么?银河系外又是怎样的世界?

  想象一下这样的世界:

  一点点的粉末相当于一座珠穆朗玛峰那么重(据估算,珠穆朗玛峰重约10亿吨),地面引力大得超乎想象,以至于到访那里的人类,在瞬间就可以被自身重力压成比0.1毫米厚度的纸还要薄上万亿倍的薄饼。

  浓密的二氧化碳大气层中夹杂着硫酸雨,在浓雾之中隐藏着一个熔炉般的世界。在那里,温度计中的水银可以用铅代替,因为熔点高达328摄氏度的铅已经变成液体。在这种地狱般的环境下,人会因为高温和窒息而瞬间丧命。

  一颗恒星由于受到强大引力的撕扯,形成漏斗状的气体卷须,大量气态物质不断被吸走,环绕它运行的行星都被这一过程产生的光所照亮。这片区域不会存在任何活的生物,因为这里充满了致命剂量的X射线。

  两颗恒星在强大引力的作用下,就像一对华尔兹舞者,每秒钟都有数百万吨的气态物质在它们之间流动。这场拉锯战最终将以其中一颗恒星爆炸毁灭而宣告结束,而这爆炸会把附近所有的行星化为焦土。

  以上这些外星景象都是真实存在的。那个致密的、引力超强的天体是一颗恒星爆炸后坍缩的核心,称为中子星;那个制造流动漏斗的强大引力来自一个超大质量的黑洞,我们相信它就位于银河系中心;那个二氧化碳熔炉便是金星,它是离地球最近的行星,同时其亮度仅次于月亮,是“夜空中最亮的星”,但它却不是一个歌中所唱的那般美好的世界;那个双星系统是天琴β,可以在仲夏夜的头顶处看到。

  这些奇妙的景象在茫茫宇宙中大量存在,而且还有更多不可思议的景象在等待人类去探索。但是,探索太空是一件非常耗费人力、物力和财力的事情,并且看上去似乎与人类的衣食住行没有直接关系。因此,许多人对耗资巨大的太空探索项目持反对意见。

  1970年,赞比亚修女玛丽?尤肯达(MaryJucunda)给美国国家航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration,NASA)马歇尔太空飞行中心(MarshallSpaceFlightCenter)的科学部门副主管恩斯特?施图林格(ErnstStuhlinger)博士写了一封信,质疑他正在进行的载人火星任务方面的研究。在信中,尤肯达提出了一个她无法理解的疑问——地球上还有很多孩子正在忍受饥饿煎熬,您为何建议投入数十亿美元实施这样一项太空探索计划?

  施图林格很快给尤肯达回信,并解答了她的疑问,随信还寄了一张地球照片,这张具有标志性的地球照片由航天员威廉?安德斯(WilliamAnders)于1968年在月球轨道拍摄。后来,NASA以“为何要探索太空”为标题,全文公开了这封回信。施图林格在回信中指出:

  太空探索计划每年孕育出大约1000项技术革新,这些技术革新大幅度提高了人类的生活质量,帮助我们研制出性能更卓越的厨房设备、农场设备、缝纫机、无线电设备、船舶、飞机、天气预报和风暴预警系统、通信设备、医疗设备及其他日常生活用品。

  太空探索虽然不能直接帮助人类解决饥荒问题,但这项探索计划孕育出的很多新技术和新方法所能给人类带来的益处将远远超过所付出的成本。

  太空探索是孕育新技术和促进基础科学研究的催化剂,所能起到的作用是其他任何活动无法比拟的。从某种程度上说,战争也对人类社会科技进步有着深远影响,但战争同时带来伤痛、死亡和毁灭。如果国与国之间不再进行研制轰炸机、火箭等武器的军备竞赛,不再有战争爆发,而是在太空探索领域展开竞争,人类便可免遭很多苦难。

  太空探索的终极目标是建设更美好的人类家园,探索过程中获得的所有科学知识及所研发的所有新技术都将用于改善人类的生活质量。太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,它还能给我们带来全新的技术、全新的挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。我相信,人类从宇宙中学到的,充分印证了阿尔贝特?施韦泽的那句名言:“我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望。”

  在2017年第五届腾讯WE(WaytoEvolve——为未来而来,发挥群体智能,协作创新)大会上,著名物理学家斯蒂芬?威廉?霍金(StephenWilliamHawking)阐述了地球和人类在宇宙中扮演的角se。霍金认为,世界人口的快速增长使地球岌岌可危,避免世界末日的最好方法就是移民到太空,探索人类在其他星球上生活的可能。人类作为独立的物种,已经存在了大约200万年。我们的文明始于约1万年前,其发展一直在稳步加速。如果人类想要延续下一个100万年,就必须大胆前行,涉足前人未及之处!

  当我们站在夜晚群星点缀的苍穹之下,总是可以感受到宇宙的魅力,同时也恐惧地意识到地球只不过是飘浮在宇宙中的一粒尘埃。无尽的宇宙带给了人类无限的遐想,人类关于自身位置的思考使这粒尘埃变得不那么平凡。

  人类走向外太空的脚步永远不会停下。

  本文摘编自《征程:人类探索太空的故事》(叶培建等著.北京:科学出版社,2021.4)一书“引子”,标题为编者所加。文中图片来源:pixabay。

  (科学与未来:院士科普丛书)

  ISBN978-7-03-068200-0

  责任编辑:张莉王勤勤

  宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。自古以来,人类就对宇宙充满了好奇,并对宇宙的奥秘孜孜以求。人类探索宇宙的历史,是一幅波澜壮阔的画卷。在探索宇宙的过程中,随着科学技术不断进步,人类对宇宙的认知不断加深,人类社会自身的发展进步也深深受益于天文和宇宙学及航天科技的带动。人类作为高级智慧生物,对宇宙、地球与生命的起源、演化和未来的求知是必然的本能。本书以生动浅显的语言,讲述了地球、太阳系、宇宙空间的相关科学知识,介绍了人类探索太空的历史变迁、探索手段和工具的发展、探索所获得的重要发现,介绍了当前在探索太空中面临的科学和技术难题,探讨了地外生命存在的可能性以及人类与地球的未来。

  本书融科学性、知识性、趣味性于一体,有益于培养科学兴趣、开阔思维视野、挖掘内在潜能,非常适合对科学、宇宙和未来感兴趣的大众读者阅读。

  目录

  总序(杨玉良)

  序(怀进鹏)

  引子

  第一章地球母亲

  一、地球极简史

  二、“暗淡蓝点”5

  第二章太阳系家园

  一、八大行星

  二、提丢斯-波得定则是真的吗?

  第三章宇宙的尺度

  一、辽阔的太阳系

  二、宇宙有多大?

  三、量天尺

  第四章太空并不“空”

  一、地球辐射带

  二、神奇的粒子

  第五章易怒的太阳

  一、太阳风

  二、太阳风暴

  三、地球的保护伞

  四、“2012世界末日”的真相

  第六章坐地观天

  一、“luo观”时代

  二、人类的“千里眼”

  第七章箭指苍穹

  一、万户飞天

  二、浅识现代火箭

  三、世界运载火箭家族

  四、其他空间探索工具

  第八章星际穿越

  一、离子推进器

  二、“核”心的力量

  三、扬“帆”星海

  四、反物质推进

  五、虫洞

  第九章浅识航天器

  一、什么是航天器?

  二、骨骼和关节——结构与机构分系统

  三、皮肤—热控分系统

  四、小脑——姿态控制分系统

  五、肌肉——推进分系统

  六、心脏——电源分系统

  七、大脑——数据管理分系统

  八、手机——测控数传分系统

  第十章太空漫游

  一、无人探测历程

  二、太空,我来了

  第十一章太空发现

  一、近地空间

  二、月球

  三、近地行星

  四、远地行星

  第十二章“探”以致用

  一、微重力实验

  二、太空育种

  三、遥感与气象观测

  四、通信广播

  五、导航定位

  六、太空旅游

  第十三章技术瓶颈

  一、发射成本居高不下

  二、太空垃圾日益增多

  三、深空测控与导航能力不足

  四、太空辐射环境的影响

  第十四章太空“流弹”

  一、超级“流弹”——空间碎片

  二、小“流弹”,大威力

  三、“避弹术”

  第十五章步步惊心的太空人

  一、“十面埋伏”

  二、致命辐射从何而来?

  三、航天员的妙招

  第十六章天地大冲撞

  一、小天体的威胁

  二、“肇事者”从何而来?

  三、保卫地球

  第十七章科学难题

  一、黑洞

  二、暗物质与暗能量

  三、宇宙与天体起源

  第十八章地球的未来

  一、人类会灭亡吗?

  二、星际移民

  第十九章外星人在哪里?

  一、费米悖论的由来

  二、惊人的假想

  三、悖论的解释

  四、戴森球之谜

  第二十章飞向宇宙,浩瀚无垠

  参考文献

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  (本文编辑:刘四旦)

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