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“星辰大海等着你”科普图文系列13—哪怕没有足够的赞美,我们也要走向太空
发布时间: 2022年4月21日

普通人可以在太空生存吗?我们在宇宙中是孤独的吗?我们为什么会在地球上?我们的命运会像恐龙一样吗?面对空间探索中的一些列问题,来自中国科学院国家空间科学中心的周炳红结合自己的专业知识,给出了他的解释和答案。

让人有些惊讶的是,这些问题的回答是两个“不知道”和两个“不能够”。但这远远不能浇灭人类航天探索的热情——太空太有诱惑力了。

周炳红说:“国际范围内,我们的太空探索活动不是世界第一,没有获得国际上足够的赞美。在落后与困难的条件下,我们依然保持着对太空的渴望情怀,在科学方法的指引下,我们也能走向太空。”

演讲正文:

大家好,我是周炳红,我来自中国科学院国家空间科学中心,我平时的工作是做咱们国家长征运载火箭的理论研究,我们的工作也用到了长征系列火箭上,特别是最近的长征5号运载火箭,我最近几年也开始做小行星撞击地球过程中的灾害以及如何保护地球的防御研究。我今天跟大家分享的话题就是我们国家航天的一个主题,给它取了个名字叫做“哪怕没有足够的赞美,我们也要走向太空”。这个“我们”就是指中国,中国人,特别是中国的航天人。

很巧的是这两天咱们国家发射了神舟12号载人飞船,它现在正在太空。从飞船上看我们的地球是比较小的,当时我们发射应该说是进行了全程的直播,充满了很好的自信。其中在升空的环节,我就看到有一位航天员弹了一支钢笔出来,在太空中漂浮,这跟以往是不一样的。

我们为什么要去太空建设这个空间站呢?我想在座的可能会跟我有一样的疑问,像我们这种普通人,普通的身体条件,普通的经济条件,我们将来可以去太空,并且在太空长期的生存吗?

现在天上有两个空间站,一个是我们中国的空间站,还有一个叫国际空间站。中国空间站是我们国家独立完成的。今天很多网友在网上都说,现在我们终于不用那么焦虑地看着国际空间站,我们现在有我们自己的新家,现在我们天上有人了。也可以看出来我们的新家确实宽敞明亮,而且它的性能先进。但是不要忘了,他们的旧家其实是1998年发射上去,已经过了20多年,他们也公开了他们旧家所有的工作状况,所以我们也应该给他们多一些赞美,感谢他们给我们分享了很多的经验教训。

今天很遗憾,如果今天天气好是晴天的话,我们在2点和4点之间有两次能看到我们的空间站从头顶上划过的,也有个软件,你们可以去查,它会准确到多少分多少秒,过几天的话其实是在现在这个时刻就是9点、10点这个时刻,它会经过我们杭州的上空,我们肉眼是可以看到它们。

要进入太空,当然就离不开运载火箭以及飞船。我们可以看到美国他们在早期是用航天飞机进入太空的,航天飞机看起来很漂亮,技术也很先进,但是它也有缺点,比如它的安全性只有0.98,这是什么意思呢?就是说如果发射1000次的话,其中有20次我们的宇航员是有生命危险,正因为此,过去的航天飞机135次发射,其中就有2次就失败了,牺牲了14名宇航员。即使是这样,他们后来SpaceX在去年又用“龙飞船”首次实现了载人飞行。也就是说航天进入太空是一个高风险的事情,即使是美国,它也要经历很多的风险,经历很多的失败,其中他们就有将近10年的时间没有能力把美国的宇航员送入太空。

我们国家选择的是神州飞船,用的是长征二号F火箭,我们国家是92年开始研制载人火箭,2005年将杨利伟第一次送入了太空。

当然美国到现在为了让普通人更容易的进入太空,他们SpaceX公司是发展可重复使用的运载火箭。我们国家在中国运载火箭研究院也在发展可以重复使用的长征8号运载火箭,以及我们上海航天研究院也在发展可重复使用的长征6号的运载火箭,以及就在我们杭州北边,在湖州那个地方,就有民营企业正在研制用液氧和甲烷作为推进剂的可重复使用运载火箭。所以接下来几年,其实今年已经开始了,接下来几年我们会陆续听到中国可重复使用运载火箭试验的消息。

普通人进入太空,除了上太空的时候,火箭带给我们的超重以外,在进入太空以后还会有失重的感觉。这就像我们去蹦极,或者是我们坐电梯的时候,往下如果电梯发生故障的时候,我们会体会这种感觉。我们普通人其实是对微重力是可以接受的。比如霍金他就坐过失重飞机,模拟失重环境,在太空体验微重力。

好了,我们为了实现普通人可以长期的在太空生存,所以我们发射的空间站。我们从1992年开始立项,到2005年第一次杨利伟一个人在太空待了21个小时,然后到几年前我们的神舟11号飞船带着两名宇航员在上面持续地生存了33天。这一次我们的空间站第一次就要实现三名航天员在天上持续的生存90天以上。这个世界纪录是俄罗斯的宇航员在1995年实现了,他在天上持续地生存了438天。

即使是这样,我们还是远远不够的。因为如果要长期生存,那么长期应该是100年以上。另外如果我们要载人前往火星,去火星的路上要6个月,回来要6个月,在火星上还要等上两年多才有一个回来的窗口。所以如果我们要去火星,就要在太空持续地生存1000天左右,而这些无论是美国人还是我们中国人,我们都还没有实现,是我们以后需要进一步发展的地方,这也是我们为什么要去太空,我们离这个目标还非常的遥远,还有各位发挥我们作用的地方。

除了我们去太空生存,我们其实还有很多人生的重要问题需要回答。当然我们知道我们人生的三大重要问题“我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?”。那么其实现在现代科学提出来一个第四个问题,就是“我们在浩瀚的宇宙中,我们是孤独的吗?宇宙中到底有没有外星人呢?”。

我们来看,如果晴朗的夜空,是可以看到一个乳白色的银河系,这个盘状的就是银河系。那些可以识别的辨别的那些星星其实是很有限的,我们在全球人类肉眼可以看到的星星大概是6000多颗,那我们在杭州能看到的其实只有一半,因为地球是圆的,只能看到3000多颗恒星,这些恒星最远的也就是几千光年远,也就是很细小的黄色的圆点,中间的恒星是我们肉眼能够看到的。右边这张图是美国的这个旅行者号,它飞到离地球64亿公里远的地方,回头一望给它拍了一个照片,把我们的地球拍出来了。在这照片里面,我们的地球只是一个暗淡的蓝点,也就是说无论你是来自于北京还是在杭州,来自于江西还是福建,无论是你爱的人还是你恨的人,你敌对的国家还是你友好的国家,我们所有的人都生活在暗淡的蓝点之上,也就是我们是非常渺小的。

外星人是可能存在的,但是我们又要问,它到底在哪里呢?我们在这里,因为它有几千光年甚至几万光年远,我们在地球上是很难直接地看清楚,所以要发射卫星到外太空去。美国就发射了开普勒望远镜,在太空仔细地盯着恒星去看,看它的光的变化。如果有一颗类似于地球一样的行星,那么这个恒星的光度就会忽明忽暗,正因为它如此的遥远,那么你看一颗恒星要发现一颗像地球一样的行星的话,你得盯着它看太阳前面转个半年一年的时间,所以他们现在看的区域很有限,因为我们的卫星只能工作几年时间。

他们看到的是什么呢?就是天鹅座附近很小的一片区域,这在我们中国的神话传说里面也有,如果在夏季的话,能在天上看到一个大三角,也就是过一个月在这个时间它会在天空的正顶上,现在它大概从东边刚刚升起天鹅座。我们萧山也有个童谣就是说叫“七足扁担稻桶犁轭星,念我七遍会聪明”。说我们的祖先就开始看星象了,但是我们现在很难对准的,比如扁担星到底是哪颗星?如果现在的话,如果是天亮的可以看见的话,我们现在头顶上基本上是一个猎户座的大角星,我们并没法对照我们童谣里面的星星,是因为我们古代的科学没有那么精确,没有准确到具体是哪个方位。

所以我们中国人也在未来的几年会发射卫星去探索其他的区域,探索太空,看一下有没有类似我们地球一样的行星,找到宜居的星球,超级地球2.0。

除此之外,我们之所以出现在地球上,那么是什么原因?是不是我们的太阳系跟其他的星星不一样的地方呢?我们也需要进行研究才能回答这个问题。

很有意思的是到今天为止,在我们地球之外的星球上,还在活动的能够移动的探测车、探测器只有我们中国是最多的,有两个,一个是在月球上的玉兔二号,一个是在火星上的祝融号。从祝融号我们可以看到它非常的漂亮,我是感觉它是像一个亭亭玉立的少女,但有人也可能会说它真的是像一个外星人,它很萌也很可爱。

我有一个朋友,科技袁人,他在做节目的时候就发现了,日本的媒体就说,我们要敦促中国人要有序地开发宇宙,这显然是一种抗议的语气,而不是赞美。但我们的朋友就说,我们希望以后这样的抗议越来越多。还有那么我们如果抬头去看月亮的话,我们中国的传说里面也有,叫玉兔捣药对吧?我们会看到月亮的正面有一大片的黑色的区域,它也比较的平缓,到底是什么原因、是如何形成的?

在几十年前,美国人是登上了月球,他们取回了几百公斤的样品,通过科学的分析,他们就提出了一个科学假说,月亮大概是40多亿年前形成的。是怎么形成的?其实是一颗跟火星一样大小的小行星撞击了地球,然后飞出去以后慢慢地就形成了,而且刚开始月球其实是像火山一样是一个岩浆洋,它慢慢的冷却。但接下来问题就来了。如果是这样形成的话,那么月亮应该很快就已经凝结了,这个黑色的区域是怎么样的呢?现在科学家认为黑色的区域其实是大概20亿年前左右由熔岩也是像火山一样喷出来的,覆盖了月亮大部分的区域而形成的。由于它像火山一样的黑色,这部分区域经历了小天体的撞击就更少,所以它就显得更平整,这也是一个科学假说。

我们国家现在取回了1731克的月壤,在国家天文台,已经分发给全国的科学家,我们也等待着这几年他们的研究来给我们答案。月亮是不是20亿年前经历了这种大的熔岩的覆盖,重新的冷却。

这个就是在北京天文馆,美国当时送给我们的一克月壤里面的一半,这是我去那里拍的一个照片,它前面有个放大镜,其实你仔细看其实看不到什么。但是它很重要,它是国家力量的象征。就在今年拜登上台的时候,他去他办公室、椭圆形办公室的时候,他就从美国国家博物馆取了大概这么一块大小的月壤,放在他后面的橱窗里面,这也表示他们美国人马上要重返月球。

我们国家也会发射很多的探测器去研究我们的太阳系,比如火星在这个位置,为什么它会那么的小?在火星和木星之间为什么会有一个小行星带?它们为什么没有聚合形成一个大行星呢?我们的太阳系到底有什么样的特殊性?使得我们的生命,我们的人会出现在地球上,这些都等待着我们去探索。

我们国家也计划马上要过几年要发射一颗探测器。飞越整个木星、土星、海王星、天王星,我们要飞到太阳系的边际,争取在建国100年的时候能够飞出这个行星,行星带,飞到太阳系的边缘。

最后一个问题就是我们凭借我们的力量,能不能避免像恐龙一样的命运呢?这也是我跟我的同事李明涛研究员,我们课题组最近几年开始做的一个方向。在2013年的时候,在这个车里亚宾斯克就有一颗大概直径20米的小行星撞击了俄罗斯,能量就相当于几十颗原子弹。那么当时也是有上千人受伤,我们大家可能也都知道通古斯大爆炸之谜。另外就是科学家也认为,恐龙的灭绝是一个大概直径10公里的小行星撞击地球引起的,这只是一个科学假说,一个重大的假说就需要有重大的证据。

这个证据首先如果是这样灭绝的话,这个小行星到底撞击到哪里?科学家就去寻找,发现在墨西哥湾确实有个几百公里(口误)的撞击坑,而且我们进一步的在那里打了5个深的洞进行取样,发现里面岩石在高压作用下发生了变形。而且在我们的西藏,我们科学家就在6500万年前的化石层中分析它的元素的组成,就发现铱元素比例更高,它是来自地球之外的小行星。另外我们科学院的科学家也找到了,证明了我们辽宁岫岩有个几公里大的陨石坑、撞击坑。

当时我跟我的同事为什么要想到这个研究,当时美国人在几年前美国人说是要搬一颗很大的石头到我们月亮附近,然后派宇航员上去研究。我们就说如果它这个石头如果歪了,撞到我们地球怎么办?我们中国的科学家能不能去验证它呢?因为科学告诉我们任何人都会犯错误,就像美国他们的航天飞机也曾经爆炸一样,所以我们这样开始我们的研究。那么现在的小天体防御手段有“用原子弹去炸它”,还有就是“用火箭发射一个飞行器不断的去撞”,还有有其他各种方式,但这些方式现在都还没法实现。

所以我们提出了一个新的概念,叫做“以石击石,借力打力”,这是什么意思呢?我们科学家发现以前觉得2029年的时候有一颗叫做阿波菲斯小行星有可能撞击地球,当然现在它的风险排除了,不用担心。所以科学家经常以这个为例子来研究它。我们也就是以这个为例子,我们可以用长征5号发射一个飞行器,在这个地球空间附近抓一颗几百吨或者几千吨的石头,然后借力打力,像打太极一样把它稍微偏转一下,可以去撞击阿波菲斯,这样的效能就比美国人提出来的方案要好10倍以上。也就是我们用一个火箭就行,他们要用十几个火箭。不过现在这还是一个概念方案,只是一个设想,只是发表了一篇文章,我们也是希望我们国家以后能够开展实验,在太空中进行验证。

好了,我今天分享的就是几个重要的问题,一个就是我们的普通人能不能够在太空长期的生存?现在的答案是还不能够,我们还需要努力。还有我们在宇宙中是孤独的吗?我们不知道,我还没有发现外星人。我们的太阳系有哪些特殊性?让我们刚好出生在这里,也还不知道。我们能够避免像恐龙一样灭亡的命运吗?现在的能力是还不够,但是无论是美国人还是我们中国人,我们一起都秉持着科学的精神,我们刨根问底,也就是要走向太空,寻找答案,谢谢大家。