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人类探索宇宙的步伐为何停止 探索太空新技术是什么

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发表于 2016-10-11 19:47:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
  那么到底发生了什么事?在经历了10年野蛮成长的人类太空探险之后,为什么我们会突然停下脚步?人类探索宇宙的步伐为何停止 探索太空新技术是什么
  “我们为什么停下了脚步?”是一个错误的问题。相反,我们应该问这样的问题:
  我们最初为什么要干将人类送入太空这种充满冒险精神的事?

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  太空旅行的花费非常昂贵,政府预算非常吃紧。事实上,美国政府曾经划拨出一笔可观的预算用于鼓舞人心的探险,挑战极限,从某种程度上讲就已经出人意料了。
  这是因为当时没有哪个国家会在这种探险上浪费财政预算,这么做的只有两个国家,而且只是为了一场展示雄风的比赛。在那个时代,每个人都想知道共产主义和资本主义谁的经济系统更好,为了在这样一场国际竞赛中保住颜面,美国政府同意抛开一贯的规则,在若干年间倾注全部可以调用的资源,来确保赢得这场竞争。


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  而一旦赢得这场比赛,竞争就结束了,特殊规则也就随之被废弃。美国重新回到了正常的财政预算开支上去。

  一反原来不惜耗费一切把太空竞赛推向极限的策略,美国和苏联达成了谅解,穿好衣服,握手言和,开始像成年人那样在更加实际的项目上开展合作,比如在LEO上建造一个联合空间站。
  在此之后的40年里,人类和太空的故事重新被限制在了地球上,在这个时代,我们和太空进行互动有两个主要原因。


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  第一,对地球上实业的支持。自“阿波罗”项目结束以来,人类与太空互动的首要原因不是对太空的兴趣,而是出于运用外部空间对地球上各种实业进行支持的实际目的,这种支持的主要形式是卫星。今天很大一部分火箭发射任务都是将卫星送上LEO,这些卫星回望地球,而不是朝向另一个更为广袤的空间。

  虽然“支持地球实业”这个人类与太空互动的类目里还存在其他几种太空活动,例如太空矿业、太空填埋以及太空旅游,但是至少在目前,卫星占据了这一类目的绝大部分。

  第二,观察和学习。过去40年间人类与太空进行互动的第二个原因表明,虽然我们不再往宇宙中运送人类,却从来没有丧失了解太空中一切的渴望。作为一个将关注从太空转向别处的社会,宇航员却一直在忙碌着,破解“我们在哪里?”中一个接一个的谜题。
  宇航员学习的最佳方式是通过肉眼观察,而太空竞赛的副产品就是发展了一套先进很多的观测技术。现在,宇航员用来观察太空的高科技方式有两种。

  第一,向太阳系周围发射探测器。


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  简单来讲,科学家会向遥远的行星、卫星或者小行星发射一种装备先进的探测器,该探测器花费数月甚至数年的时间飞过太空,到达目的地。然后,根据事先制订好的计划,它或者仅仅掠过这一目的地,沿途拍摄照片;或者绕其轨道飞行,以获取更为详细的信息;或者在目的地着陆,进行全方位的考察。它获得的一切信息,都会发送给我们。当完成自己的使命后,该探测器或是在目的地坠毁,或者继续飞向更深处的太空。

  我常常拿自己当作公众,看看大家知道些什么,不知道什么。我从3岁起就爱上了天文学,所以,要是空间发生了什么事而我不知道,我认为大多数人也不知道。当说起太空探测器时,我基本上是一片茫然。太空中有多少个探测器在飞行?200个?50个?还是9个?发射这些探测器都要干什么?是哪个国家发射的?这些探测器都在执行什么任务?我所知的仅仅是偶尔听说某个探测器的故事,它发回了什么令人惊讶的图片,然后我就登陆cnn.com的画廊,一张接一张地浏览,激动一会儿,把链接传给我的三个好朋友。他们也是丢不开天文学,然后试图关闭网页时,不巧又打开CNN上其他勾引你的垃圾画面,点击来点击去,足足浪费3小时,把自己就这样毁在了网络上。我跟人类探测器的关系就是这样。

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  哈勃空间望远镜拍摄的星系照片

  但是,很快我就意识到,应该了解的不会就那么点儿,要想把一切搞清楚也不必费太大的力气。以下就是我认为的当前最主要的8个空间探测器。

  1.“新地平线”号(冥王星,NASA)。

  把“新地平线”号放在第一位介绍,是因为它刚刚经历了自己的重大时刻。这个探测器发射于2006年,目的地为冥王星。它经历了长达10年的太空飞行,中途因为一颗掠过木星的天体的引力作用,速度得到大幅度提升,最终于2015年7月14日到达冥王星。它并没有在冥王星上着陆,但是以非常近的距离掠过,第一次向我们展示了冥王星的全貌。
  接下来,“新地平线”号将会继续向更远处的外部空间飞行,进入柯伊伯带,向我们发送彗星和矮行星的照片。

  令人尴尬的是,在“新地平线”号发射的时候,冥王星还是一颗行星,在它飞行的这些年里,冥王星被降级成了一颗矮行星。虽然从情感因素上来讲,这让人为冥王星感到有些难过,但事实上,冥王星享受了76年行星的盛名,同时仍然吸积着柯伊伯带里成吨的物质;而柯伊伯带里和它同属矮行星的阋神星在这些年里完全默默无闻,直到2005年才被发现。

  2.“好奇”号(火星,NASA)。


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  “好奇”号现在成了一个有名的漫游器。它是一辆汽车大小的着陆器,于2012年着陆在火星表面。它在一个大型陨石坑里收集各种信息,主要目标是探明火星上是否曾有生命存在。前两个火星漫游器分别是“机遇”号和“勇气”号,于2004年登陆火星,按计划进行了为期90天的任务。这两个漫游器都超期服役了,其中“机遇”号仍然处在活动状态。
  围绕火星轨道还有其他探测器在运行,但是“好奇”号是目前火星方面最主要的项目。

  3.“朱诺”号 (木星,NASA)。

  “朱诺”号于2011年离开地球,在太空中绕了一大圈,于2013年回到地球进行引力加速(在此期间它拍下了一段精彩的月球绕地运动的视频),并于2016年7月到达目的地。
  到达木星后,朱诺开始进行轨道飞行、拍摄图片,并使用探测器研究这颗行星看上去丰盈的云层下方到底是什么。任务完成后,“朱诺”号会坠落在木星上。在木星大气层中燃烧殆尽之前,但愿它能传回一些抢拍的照片,好让工作人员据此制作一段模拟视频,让你我体验降落到木星地表的过程。

  4.“卡西尼”号(土星,NASA/欧空局/意大利航天局合作项目)。

  “卡西尼”号于1997年发射升空,2004年到达目标土星。土星是太阳系中唯一具有行星环的星球。“卡西尼”号是历史上第一个绕土星轨道飞行的探测器,传回了许多令人叹为观止的图片。2005年,“卡西尼”号将携带的“惠更斯”号着陆器释放到了土星的卫星泰坦(土卫六)上。

  5和6.“旅行者1”号和“旅行者2”号(木星、土星、天王星、海王星,NASA)



  这两个探测器发射于1977年,是最早采集到太阳系外侧四颗巨型行星图像的探测器。“旅行者2”号至今仍然是唯一到访天王星和海王星的探测器,拍下了两张非同寻常的照片。
  “旅行者”号最出众的地方在于,虽然它们的初始任务早已经结束,但是仍然在向外层太空飞速前进。它们目前离地球的距离远到令人难以置信,而且在以超高速远离我们。相比之下“旅行者1”号更快,速度达到61000千米/时,以这样的速度,它可以在5分钟之内横穿大西洋。另外,“旅行者1”号目前是离地球最远的人造物体,离我们有131个天文单位。它同时是第一个离开太阳系的人造物体。以这样的速度,“旅行者1”号将会在73000年后到达离我们最近的恒星:半人马座比邻星。

  另外一件有趣的事是,在“旅行者”号发射之前,一个由卡尔·萨根带领的NASA委员会,给它们分别携带了一个时间胶囊,里面装满了符号、声音和地球的图像,以及如何播放和观看这些媒体的指南。因此,如果“旅行者”号探测器某一天遇到了外星人,就可以向他们介绍我们的大致情况。这或许是在浪费时间,不过一切皆有可能。

  7.“罗塞塔”号(彗星,欧空局)

  “罗塞塔”号发射于2004年,在2014年8月到达6 7P 彗星时受到了很多关注。几个月之后,它将小型着陆器“菲莱”号放在了这颗彗星上。67P彗星被证实是一块巨大的岩石(4.3千米长)。

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  8.“曙光”号(灶神星和谷神星,NASA)

  “曙光”号可能对自己进了这个名单感到惊讶。把它列进来是为了让大家意识到,小行星带里还有体型巨大、堪比行星的天体。小行星带位于火星和木星的轨道之间(不要与太阳系外侧体积大很多的柯伊伯带混淆),由数以百万计的小行星组成,其中的75万颗直径都超过了1千米。其中,谷神星是一颗直径为月球27%的矮行星,它占据了整个小行星带1/3的质量。灶神星是小行星带中体积第二大的天体,而且在地球的夜空中,整个小行星带属它亮度最高。“曙光”号发射于2007年,2011年它花了9个月时间围绕灶神星轨道飞行,然后驶向谷神星,并且于2015年3月到达,这让它成为第一颗绕两个不同天体轨道飞行的探测器。

  第二,望远镜。

  望远镜在17世纪早期就出现了,在其后的400年中,它们的功能越来越强大,并且成为人类了解自身在宇宙中位置的重要的工具。
  但是地面望远镜无论多么先进,都会遇到观测局限。如同透过一杯水观察物体,光线会被弯曲,物体会变形一样,来自其他天体的光线也会被地球大气层弯曲。虽然这种对光线的弯曲效应没有水中那么强烈,但是在我们的夜空中,恒星和星系只是小亮点,所以任何程度的模糊都是大问题——这就像是在游泳池的水下试图观测空中的飞鸟。
  20世纪60年代,人类获得了将望远镜送入太空的能力,有史以来第一次,望远镜可以在太空中向我们展示无比清晰的天体图像。1990年,NASA发射了第一台超级先进的太空望远镜:哈勃空间望远镜。

  哈勃空间望远镜重达13吨,有一辆公交车大小,具有2.4米的透镜,其精度可以让一束激光从360千米之外照射到一枚硬币上。或者说,如果地球是平的话,从你在波士顿的家里就能看见东京的一对萤火虫。哈勃空间望远镜的轨道位于地球上方550千米,那里没有大气层,也没有光污染,处在被NASA称为“终极之巅”的位置上。所有这些条件给予“哈勃”前所未有的宇宙图景,让它能够在过去25年中向我们传回许多极其震撼的照片。

  “哈勃”和其他空间望远镜向我们揭示了一个全新的世界,从暗能量到宇宙起源、宇宙的年龄与大小,再到宇宙中可能拥有生命的类地行星的数量,拓展了我们对这一切的认知。
  在40多年里,支持地球实业和继续学习探索这两项目标,就是我们与太空之间关系的全部。
  而且因为在太空运转的机器是达成这两项目标的最佳途径,人类和太空故事的最近一章,都是关于来往于太空的机器的,而人类扮演的,只是在地球上或者是在非常接近地球轨道的位置上操控这些机器的角色。

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  自从1972年“阿波罗17”号返回地球以来,人类进入太空的唯一理由,就是机器还没有先进到可以执行某项工作,需要送人类上去代替它们完成。在有史以来进入过太空的差不多550人当中,超过400人都是在太空竞赛时代之后去的。在“阿波罗”计划之后,上太空的理由都非常实际——科学家和技术员需要去做具体工作。

 国际空间站

  今天,几乎所有载人航天任务都是向国际空间站(ISS)输送宇航员,或者接他们返回地球。
  ISS是16个国家间的合作,从1998年开始,经历了10年的建设。ISS绕地飞行的轨道处于LEO的最低区域,高度在330千米至410千米,大约是横穿冰岛的距离。这样近的距离,使得在夜空中可以用肉眼非常容易地看到它。它的体积比人们意识到的要庞大,重量相当于320辆汽车,长度跨越一个美式足球场。

  目前,有来自15个国家的216人到过ISS。他们都在ISS里干些什么呢?

  在撰写这篇文章之前,我并不知道ISS是干什么的,也不知道人们在那里做些什么。每次打开ISS内部情况的视频,看到的都是一群成年人飘来飘去在娱乐。
  2015年7月,波士顿召开了一次ISS会议,我也参加了。这次会议由美国空间科学促进中心(CASIS)组织,该中心负责ISS的美国部分。以下是我在这次会议上了解到的。
  首先,ISS是一个科学实验室。它与其他实验室唯一的不同就在于重力环境,在这里你可以在零重力下进行实验(实际上并不是零重力,而是微重力)。
  其次,大多数在ISS上进行的实验的共同点,是它们都利用了此处特殊的重力环境。这些实验的覆盖面非常广:了解导致宇航员骨骼萎缩的骨质疏松症(因为他们不用对抗重力)、测试仪器在太空中的运行情况、分析流体在没有其他外力作用下如何表现和相互作用,以及利用重力变化诱导细菌揭示出它们的抗药性基因。
  第三,ISS上的宇航员每周的日程非常紧张。他们不是在睡眠(8.5小时)、进食(早餐1.5小时,午餐1小时)、锻炼(强制性每天2.5小时),就是在进行实验(每天9小时)。周末不用工作,你可以整天在太空舱里飘来飘去,欣赏窗外的景色。

  第四,想要去国际空间站的人很多,竞争非常激烈,NASA对此有一套严格的筛选程序。在申请的上千人当中,会有100名进入最后一轮的面试和体能测试,其中只有一两人能获得机会。偶尔,私人公司或者个人可以买到一个席位,在空间站上待几天,但是需要花费6000万美元。
  所以,对更多的人来说,如果想要体验住在ISS里是什么感受,可以观看宇航员在空间站内部拍摄的导游视频。


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