我們?yōu)槭裁匆剿魈?yáng)系

鄭永春

今天的中國(guó)面臨醫(yī)療、教育、住房等民生項(xiàng)目，需要大量經(jīng)費(fèi)，為什么還要花錢去探索月球、火星和太陽(yáng)系？

太陽(yáng)系探索是全人類共同的事業(yè)，這一事業(yè)關(guān)乎人類未來的命運(yùn)，關(guān)乎國(guó)家和民族的未來。

好奇，遂上下而求索

好奇是創(chuàng)新的源泉，探索未知世界是人類的天性。太空探索的本質(zhì)是鼓勵(lì)創(chuàng)新和探索，浩瀚的宇宙，壯麗的星空，讓人類的好奇心得到充分釋放。

從空間上講，宇宙無邊無際，即使小到太陽(yáng)系，其半徑也達(dá)10萬～15萬個(gè)天文單位，是一個(gè)非常廣闊、非常巨大的空間。從太空中回望地球，我們發(fā)現(xiàn)，相比宇宙、太陽(yáng)系而言，地球只是茫茫宇宙中一個(gè)暗淡的藍(lán)色圓點(diǎn)，一個(gè)非常小的、毫不起眼的地方。

從時(shí)間上講，宇宙的年齡為137億年，太陽(yáng)系的年齡為46億年，都經(jīng)歷了非常漫長(zhǎng)、極其復(fù)雜的演化歷史。相比之下，人類在地球上的歷史只有200萬年，人類文明的歷史只有短短5000年，工業(yè)革命至今只有數(shù)百年，而人的一生只有短短的幾十年，相對(duì)于宇宙和太陽(yáng)系的歷史而言可謂白駒過隙。

人類數(shù)千年來只能用肉眼觀察星空，借助望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙的歷史只有400年，利用航天器開展太空探索的時(shí)間僅有半個(gè)多世紀(jì)，人類迄今為止對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)仍然非常有限。無論我們多么努力地探索和求知，面對(duì)廣闊而巨大的宇宙，我們始終是那么的無知。因此，人類探索太陽(yáng)系的第一個(gè)原動(dòng)力來自探索未知世界和未知領(lǐng)域的沖動(dòng)，我們渴望了解地球以外的世界，希望探訪太陽(yáng)系中的各類天體，這一過程顯著推動(dòng)了基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步。

探索，促技術(shù)之進(jìn)步

探索太陽(yáng)系使人類的技術(shù)能力得到了顯著提升。太陽(yáng)系探索面對(duì)的是未知的天體目標(biāo)、特殊的天體環(huán)境，從地球出發(fā)，要?dú)v經(jīng)長(zhǎng)期飛行，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些天體的飛越、環(huán)繞、著陸和表面巡視探測(cè)，這一過程幾乎逼近人類航天技術(shù)能力的極限，一旦實(shí)現(xiàn)，將意味著航天技術(shù)得到了顯著提升。

探索太陽(yáng)系的起源和演化是人類開展太陽(yáng)系探測(cè)的終極目標(biāo)，日益增長(zhǎng)的科學(xué)需求是牽引航天技術(shù)跨越式發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＬ?yáng)系不同類型天體的環(huán)境往往與地球環(huán)境存在很大差異，需要采用創(chuàng)新技術(shù)才能適應(yīng)這些環(huán)境。例如，木星以遠(yuǎn)的行星探測(cè)需要穿越小行星帶，奔赴探測(cè)目標(biāo)需要先從其他行星附近飛越以實(shí)現(xiàn)借力飛行;小行星帶以遠(yuǎn)的太陽(yáng)系探測(cè)，由于太陽(yáng)輻射微弱，太陽(yáng)能電池板已無法滿足需求，必須開發(fā)太空核能技術(shù)以供應(yīng)探測(cè)器所需的能源，由于距離遙遠(yuǎn)又對(duì)航天器的軌道設(shè)計(jì)、測(cè)控通信、數(shù)據(jù)傳輸和能源供應(yīng)提出了更高的要求;金星表面大氣壓約為地球的90倍，降的是強(qiáng)腐蝕性的酸雨，登陸探測(cè)難度極大，采用浮空氣球是探測(cè)金星的可能途徑，但這一技術(shù)在行星探測(cè)中還沒有任何成功先例;彗星和小行星的直徑一般只有數(shù)千米至數(shù)十千米，結(jié)構(gòu)松散，體積和重量較小，探測(cè)器無法被其引力捕獲，如何才能實(shí)現(xiàn)對(duì)這種“不合作”天體的環(huán)繞伴飛和表面附著，又能避免撞擊，這對(duì)航天器的控制精度提出了很高的要求。

隨著對(duì)太陽(yáng)系天體的了解不斷深入，針對(duì)新提出的科學(xué)問題，探測(cè)任務(wù)早已不再局限于拍一些照片，探測(cè)需求變得十分多樣化。例如，為了精確測(cè)定天體表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度，需要將測(cè)量磁場(chǎng)的探頭從艙內(nèi)向外伸出10米以上，以避免金屬制造的航天器艙體對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量產(chǎn)生干擾和屏蔽。而航天器發(fā)射時(shí)都是緊密包裹在一起的，如何實(shí)現(xiàn)太空伸桿又是一個(gè)新的命題。由于天體表面的巖石長(zhǎng)期暴露在太空中，受到了風(fēng)化，行星地質(zhì)學(xué)家們非常希望像在地球上進(jìn)行野外調(diào)查那樣，敲開行星表面的石塊，通過放大鏡觀察巖石的新鮮斷面，以研究行星的形成和演化過程，為實(shí)現(xiàn)這一功能，需要行星表面探測(cè)器的機(jī)械臂具備敲擊、研磨、鉆孔和顯微成像的能力。

太陽(yáng)系探測(cè)需要優(yōu)化的軌道設(shè)計(jì)，新的測(cè)控體制、激光通信和數(shù)傳技術(shù)，小型化的太空核能反應(yīng)堆，以及多功能、輕小型、長(zhǎng)壽命的科學(xué)探測(cè)設(shè)備等，這些探測(cè)需求直接推動(dòng)了航天技術(shù)的跨越式發(fā)展，牽引人類的知識(shí)、能力、技術(shù)取得新的進(jìn)展。因此，太空探索是人類社會(huì)文明進(jìn)步的動(dòng)力源泉。

尋“寶”，緩環(huán)境之重壓

為緩解人類對(duì)地球資源和環(huán)境的焦慮，我們應(yīng)該在太陽(yáng)系中尋找另一個(gè)家園。隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)，石油、天然氣、金屬礦產(chǎn)等地球資源將逐漸枯竭，難以承受我們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求。隨著生活水平的提高，人均資源消耗量和污染排放量也快速增加，人類面臨巨大的環(huán)境壓力。

然而，地球環(huán)境的容量是有限的，不會(huì)允許我們這么折騰，一旦突破環(huán)境容量的閾值，人類將受到大自然的報(bào)復(fù)。我們已經(jīng)看到，由于人口過多，生存的競(jìng)爭(zhēng)讓許多人變得只顧眼前，我們無暇看看壯麗的星空，無法思考關(guān)系人類未來的深遠(yuǎn)問題。擠公交、闖紅燈、搶電梯、撈實(shí)惠，我們爭(zhēng)先恐后，唯恐慢了半步;面對(duì)弱者和不幸，我們沒有及時(shí)伸出援手;有的人在公共場(chǎng)所亂涂亂畫，大聲喧嘩，完全不顧及他人感受;有的人在萬米高空大打出手，全然不顧在飛上高空的瞬間航班上的所有人就已成為命運(yùn)的共同體;我們只看重眼前的物質(zhì)財(cái)富，只看重對(duì)我們“有用”的東西，我們對(duì)周圍事物的容忍度越來越低。

由于星際飛行理論還沒有實(shí)質(zhì)性突破，人類的探索范圍在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)將局限在太陽(yáng)系內(nèi)。因此，太陽(yáng)系探索的一個(gè)重要目的是在太陽(yáng)系中尋找人類的另一個(gè)家園。雖然我們尚不具備向那里移居或?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模移民的能力，但一定要先找到這樣的行星，了解它們的環(huán)境，研究開發(fā)利用之道。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，當(dāng)未來航天技術(shù)高度發(fā)達(dá)，星際運(yùn)輸成本大幅下降的時(shí)候，現(xiàn)在的月球、火星、木衛(wèi)二、土衛(wèi)六將成為太陽(yáng)系中人類定居的一個(gè)個(gè)“島嶼”，而地球是這些島民共同的故鄉(xiāng)。

災(zāi)難，宜未雨而綢繆

地球和人類面臨的重大天文災(zāi)難是太陽(yáng)系探索的另一個(gè)主要?jiǎng)恿??？v觀地球歷史，人類將面臨超級(jí)太陽(yáng)爆發(fā)、小天體撞擊地球、地球磁極倒轉(zhuǎn)、伽瑪暴和高能射線爆發(fā)、超新星爆發(fā)、外星生命攻擊等不同類型的重大天文災(zāi)難。其中，小天體撞擊地球是危險(xiǎn)等級(jí)最高的天文災(zāi)難，時(shí)刻威脅著地球和人類的可持續(xù)發(fā)展，需要全世界科學(xué)界共同應(yīng)對(duì)。根據(jù)太陽(yáng)系探測(cè)的結(jié)果，我們?cè)谠虑颉⑺?、火星、行星的衛(wèi)星、小行星等天體的表面都發(fā)現(xiàn)了密密麻麻的撞擊坑，這正說明地球也曾經(jīng)遭受過大規(guī)模的、頻繁的小天體撞擊。目前全世界已經(jīng)確認(rèn)的地球上的撞擊坑已經(jīng)將近200個(gè)，未發(fā)現(xiàn)和未確認(rèn)的撞擊坑更多。小天體撞擊曾經(jīng)導(dǎo)致地球環(huán)境的劇烈變化和大規(guī)模生物滅絕。

6500萬年前有一顆小行星撞擊地球，撞擊地點(diǎn)可能在現(xiàn)在的墨西哥灣。這次撞擊激起的大量塵埃進(jìn)入地球大氣對(duì)流層之上的平流層，擋住了太陽(yáng)光，導(dǎo)致全球海洋凍結(jié)，極地冰蓋擴(kuò)大，地球表面氣溫驟降，氣候環(huán)境發(fā)生劇烈變化，大約80%的生物種類滅絕，曾經(jīng)獨(dú)霸地球的恐龍從此消失。離我們較近的小天體撞擊發(fā)生在1908年，俄羅斯西伯利亞的通古斯地區(qū)遭受了小天體撞擊，引起數(shù)千平方千米的森林大火，大量動(dòng)植物遭受生態(tài)災(zāi)難。

最近的例子發(fā)生在2013年2月15日，恰逢中國(guó)闔家團(tuán)圓的農(nóng)歷春節(jié)，人們通過電視鏡頭目睹了發(fā)生在俄羅斯西伯利亞的車?yán)飦嗁e斯克的小天體撞擊事件。伴隨著一道白光劃過天際，幾聲巨響之后，一個(gè)小天體穿過大氣層撞擊地表。孩子們上學(xué)的教室和工廠廠房被破壞，造成大約1500人受傷和7200座建筑物損毀。后來的研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)小天體只是一個(gè)非常小的小行星碎片，進(jìn)入地球大氣層之前的直徑僅為18米左右。如果是直徑為千米級(jí)的小行星撞擊地球，則完全可以摧毀一座城市，引發(fā)大規(guī)模的自然災(zāi)難。

地球和人類社會(huì)時(shí)刻面臨著這些毀滅性的重大天文災(zāi)難。為應(yīng)對(duì)小天體撞擊災(zāi)難，我們首先需要監(jiān)測(cè)這些對(duì)地球具有潛在威脅的小天體，精確測(cè)定他們的軌道，預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)小天體撞擊地球的可能性。其次需要開發(fā)新一代航天技術(shù)，改變這些具有潛在威脅的小天體的運(yùn)行軌道，規(guī)避其撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)。

尋找移民新居所

人類一直有一個(gè)夢(mèng)想：飛出地球，在太空中找到第二個(gè)“地球”——一個(gè)新的人類家園。新家園探索的第一步是太陽(yáng)系探索，特別是在目前地球人口快速增長(zhǎng)，資源消耗驚人，環(huán)境破壞嚴(yán)重的情況下，人類更有必要加快太陽(yáng)系探索的腳步。

環(huán)顧整個(gè)太陽(yáng)系可以發(fā)現(xiàn)，火星其實(shí)是人類移居的最理想場(chǎng)所，也理所當(dāng)然地成為世界各國(guó)太陽(yáng)系探索的戰(zhàn)略焦點(diǎn)。目前，火星探測(cè)已經(jīng)從早期的全球普查，逐漸聚焦到對(duì)重點(diǎn)地區(qū)開展精細(xì)探測(cè);從火星找水逐步轉(zhuǎn)到尋找生命信息?；鹦巧弦呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了大量三角洲、沖擊扇、溝渠等流水侵蝕地貌;一些盆地中的鹽類物質(zhì)與中國(guó)柴達(dá)木盆地中的干涸鹽湖十分相似，說明火星上曾經(jīng)發(fā)育過大型湖泊。2007年發(fā)射的鳳凰號(hào)著陸器直接探測(cè)到了火星土壤中的水蒸氣。這些證據(jù)表明火星表層土壤或許就像青藏高原的凍土層一樣，仍然含有水?？茖W(xué)界越來越清晰地認(rèn)識(shí)到，火星是人類面臨重大災(zāi)難時(shí)最有可能移居的避險(xiǎn)地。

火星上有水已經(jīng)得到確證，那么火星是否適合生命生存呢？生命科學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，生命可以在很多極端環(huán)境和極限條件下生存。細(xì)菌和孢子可以在非常寒冷、干燥、隔絕空氣的環(huán)境下休眠數(shù)百萬年，在環(huán)境條件適宜時(shí)重新獲得新生?？茖W(xué)家在地球上模擬火星上的輻射、磁場(chǎng)、晝夜溫差等環(huán)境條件，結(jié)果表明1萬個(gè)被測(cè)試的樣品中有6個(gè)桿菌屬的細(xì)菌在30天的試驗(yàn)后仍然存活，證明微生物可以在火星上長(zhǎng)期存活。這一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人類改造火星的一種可能，即把低等微生物作為先鋒生物釋放到火星表面，通過這些作為先鋒隊(duì)的低等生物吸收二氧化碳，釋放氧氣，逐步改造火星環(huán)境，最終使之適合人類生存。

需要特別說明的是，我們目前已知的任何一個(gè)地外天體上的環(huán)境，對(duì)人類而言都是非常嚴(yán)酷的。新聞報(bào)道中宣稱的宜居星球、第二個(gè)地球、超級(jí)地球等新潮概念，僅僅是這些星球的某些環(huán)境條件與地球相似，但整體上仍然與地球環(huán)境相差甚遠(yuǎn)。因此，地球是人類唯一的家園，也是最好的家園。一旦離開地球，我們可能找不到比地球更好的、適宜人類生存的環(huán)境。

【責(zé)任編輯】張?zhí)锟?