新華網 正文
宇宙那麼大 都想去看看
2020-08-19 07:49:38 來源: 北京青年報
關注新華網
微博
Qzone
圖集

  哈勃望遠鏡30歲慶生 龍飛船發射 “天問一號”升空

  宇宙那麼大 都想去看看

  7月23日中午12:41,中國第一個火星探測器“天問一號”搭載長徵五號遙四運載火箭在海南文昌航天發射中心成功升空。此次發射全球矚目,因為“天問一號”計劃實現火星環繞、著陸和巡視三項任務,即一舉三得地完成“繞著巡”,而目前只有美國完成過“一舉兩得”的火星探索方式。如果成功,中國將在深空探測能力上實現跨越式發展,成為世界上第三個在火星著陸、第二個在火星巡視的國家。

  探索太空並非現代人的專利,人類自古就對星空産生了極強的好奇心和向往心,唐朝大詩人李賀就曾經遊目太空,寫下了“天河夜轉漂回星,銀浦流雲學水聲”的詩句。幾百年後,在遙遠的西方,科學家伽利略用望遠鏡指向深邃浩淼的星空,天文學隨著望遠鏡的發明産生了翻天覆地的變化,人們自此知曉了太陽黑子、月球上的隕石坑、木星周圍的四個衛星和閃閃發光的銀河係等宇宙現象,哈勃空間望遠鏡隨後應運而生。

  在能夠清晰地仰望星空後,人類又對走向那片星空展現出了十足的“雄心”。被用作武器的火箭從一開始就成了人類上天的工具,美蘇兩國“太空爭霸”的激烈碰撞更是催生了人類航空航天歷史上無數個第一次——第一顆人造地球衛星、第一艘載人飛船、第一個空間站、第一個太空探測器……

  由于身體和時間的限制,人類自身無法到達比月球更遠的地方,所以將探索宇宙的任務交給了太空探測器,讓它們來當我們在太空中的眼睛。然而,向著星空更深處進發的代價無比高昂,即使在美國國內也有很多不讚同發展航空航天事業的聲音。但太空探索就像曾經的大航海時代,有風險也有機遇,大多數國家對太空探索事業的投入都在持續增加:比如俄羅斯計劃2030年後在火星建立研究站;歐盟推出了伽利略衛星導航係統,欲與美國的GPS定位係統相抗衡;日本和印度也相繼發射了月球探測器,成為全球為數不多的掌握探月技術的國家。

  “天問一號”的成功發射只是中國人探索火星的萬裏長徵第一步,不少國家的宇航機構紛紛發來祝賀,歐洲航天局和美國宇航局以及不久前也同樣成功發射了火星探測器的阿聯酋航天局都發來賀電,祝願“天問一號”接下來的任務一切順利。“世界那麼大,我想去看看”,而探索比世界更廣袤的宇宙更是古今中外無數代人的夢想。不管世界各國在太空探索上經歷了多少你追我趕,走了多少彎路,付出了多大代價,太空探索事業無疑都是造福全人類、值得各國攜手共尋的夢想。

  望遠鏡

  “哈勃”定格神秘宇宙

  2020年4月24日,是哈勃空間望遠鏡發射30周年的紀念日,戰功赫赫的“哈勃”已經服役了整整30周年,為人類捕捉到了太陽係、銀河係,乃至宇宙深處的無數神秘美麗的照片。為了紀念這個特別的“哈勃”生日,美國國家航空航天局(NASA)從3月底開始就上線了一檔特別的生日禮物——在其官網上公開了366張珍貴的宇宙圖像,用戶登錄就可以查看自己生日那天的宇宙圖像。

  哈勃空間望遠鏡是架在太空中的大型軌道天文臺,它的歷史可以追溯到1946年天文學家小萊曼·斯皮策所寫的《在地球之外的天文觀測優勢》一文。在文中,斯皮策指出了在太空建立天文臺的兩大好處,其一是觀測結果不受地球大氣層影響,其二是可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。

  要知道,通過地球大氣層觀測太空中的天體,就像是透過一杯水看世界,所有東西都是扭曲或者不清晰的。只有在地球大氣層以外的地方,望遠鏡才能夠探測到來自恒星、星係和太空中其他天體的光,而這些光都沒有經過大氣層的扭曲和吸收,觀測結果也會更加清晰。

  為了實現在太空中架起天文望遠鏡的夢想,斯皮策將空間望遠鏡作為自己畢生的事業。1965年,美國建立了一個旨在建造空間望遠鏡的科學委員會,斯皮策被任命為主任委員。1975年,美國宇航局與歐洲航天局開始一起研制太空望遠鏡。

  1990年,哈勃空間望遠鏡搭乘“發現號”航天飛機成功升空,從斯皮策首次提出太空望遠鏡的設想發展到哈勃空間望遠鏡成功發射,人類用了44年的時間將架在地上的望遠鏡發射到了太空中。

  縱觀望遠鏡的發展史,你會發現望遠鏡的發展幾乎與天文學息息相關。1608年,荷蘭眼鏡制造商漢斯·利伯希制造了一架能夠將遠處物體的圖像放大三倍的望遠鏡,並為它申請了專利。僅僅一年後,意大利科學家伽利略就將望遠鏡指向了天空,制造出了人類歷史上第一架天文望遠鏡。這架天文望遠鏡能將遠處的物體放大30倍,伽利略用它觀測到了月球上的山脈和隕石坑,觀測到了木星的四顆衛星,還看到了一條漫射在天空中拱起的光帶——那時伽利略還不知道這條光帶就是我們的銀河係。

  然而,伽利略的天文望遠鏡是用透鏡做物鏡的折射望遠鏡,這種望遠鏡有一個很大的缺點,就是色差問題,因為光是無數不同顏色光波的混合,每種光波的波長不同,而不同波長的光波通過一個單片透鏡時,會被聚集到略微不同的焦點上去,這樣觀測到的圖像就會變得模糊不清。在1668年以前,所有天文學家都覺得色差問題是無法避免的,直到牛頓用金屬凹面鏡做出了反射式望遠鏡,將折射後的光通過反射鏡反射到一個平面鏡上,平面鏡再將光反射到望遠鏡的目鏡,很好地解決了折射望遠鏡的色差問題。

  在伽利略和牛頓時代之後,天文學蓬勃發展,天文望遠鏡也一直在變得更大、更復雜。隨著科技的進步,天文學家發現了許多暗淡的恒星,並計算出了恒星之間的距離。

  19世紀,天文學家使用一種叫作分光鏡的新儀器,收集了關于天體的化學成分和物理運動的信息。20世紀時,天文學家們意識到,無論是巨大的望遠鏡還是專門的儀器,都會受到地球大氣層的影響,觀測結果也會因為地球上的天氣原因發生偏移。于是就像400多年前的伽利略一樣,他們將目光再次移向了太空,哈勃空間望遠鏡由此應運而生。

  火箭

  羅伯特的研究奠定了技術基礎

  北京時間2020年5月31日淩晨3:22分,搭載兩名美國宇航員的太空探索技術公司SpaceX的龍飛船發射成功,乘“獵鷹9號”火箭飛往國際空間站。這是自2011年以來美國首次使用本國火箭和飛船從本土將航天員送往國際空間站,更是人類歷史上首次由私營公司開發的商業載人航天發射。

  其實,火箭最開始只是一種武器,直到1920年羅伯特·高達德出版了《到達超高空的方法》一書——這本書引起了全世界的注意,讚美和嘲笑接踵而來,人們不認為火箭可以到達月球。《紐約時報》甚至開了一個名為“多級火箭可以到達月球”的大專欄來嘲笑羅伯特,評價他“甚至連高中的基本物理常識都不懂,就開始整天幻想著去月球旅行了”。

  不管別人怎麼説,羅伯特仍繼續他的火箭研究:1926年,他在美國馬薩諸塞州奧本鎮發射了一枚液態燃料火箭——人類發射的第一枚液體火箭“尼爾”,可惜總共才飛行了2.5秒,就一頭栽進了184米外的菜地裏。雖然羅伯特的研究直到他死時都始終沒能得以使用,但他對火箭的研究奠定了至今為止人類液態燃料火箭技術的基礎。

  航天器

  “太空積木”橫空出世

  火箭技術成熟後,出現了運載火箭,人們會用運載火箭將人造地球衛星、載人飛船、空間站、太空探測器等航天器送入太空;任務完成後,運載火箭被拋棄重新墜落地面,航天器則正式開啟自己的職業生涯。

  20世紀六七十年代,美蘇的“太空爭霸”見證了航天器的發展和崛起,世界上第一個航天器是前蘇聯1957年10月4日發射的“人造地球衛星1號”,由前蘇聯的R7火箭在拜克努爾航天基地發射升空。衛星的發射讓人類向著太空更進一步,R7火箭的巨大成功也在那時震懾了整個西方世界,由此在美國國內引發了一連串事件,如史普尼克危機、華爾街小股災等。

  美蘇兩國的“太空爭霸”在航空航天事業上的激情碰撞擦出了許多火花。1958年,美國在佛羅裏達州卡拉維納爾角發射了自己的第一顆衛星——“探險者1號”,美國NASA也隨之成立;1961年,前蘇聯宇航員尤裏·加加林乘坐宇宙飛船進入太空,在太空中飛行了108分鐘,成為了第一個繞地球軌道飛行的人;1969年,美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗在月球上邁出了“自己的一小步,人類的一大步”,成為人類歷史上第一個成功登月的宇航員……

  前蘇聯解體後,美國對太空探索事業更加野心勃勃,1971年發射了“水手9號”火星探測器,打算為載人登陸火星計劃做好準備。但這個項目所需資金過多,政治家們普遍表示了不支持。

  于是NASA又出新招,在1976年推出了“哥倫比亞”航天飛機方案,想要研制可多次使用的廉價太空運載工具。這個項目剛開始確實給美國帶來了低成本太空飛行的希望,但美國萬萬沒想到的是,每次飛行後,航天飛機除了發動機,其他部件基本都得換。制造一架航天飛機成本在30億美元左右,但每年光維修費就需要5億美元,更別提航天飛機事故頻發,最終讓17名宇航員付出了生命的代價。美國被迫在2011年停止了航天飛機計劃。

  放眼全球,太空探索就像曾經的大航海時代——當時歐洲不少國家抓住了先機,躋身世界強國之列,而這次美蘇兩國在太空探索領域走在了前列,他們之間的競賽也刺激著其他國家紛紛“出海”。1998年1月,美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西,以及歐洲航天局11個成員國共16個國家共同簽署了組建“國際空間站”的協議。

  1998年,俄羅斯制造的“曙光號”功能貨艙發射升空,國際空間站也開始正式組裝。經過十多年的建設,2010年建造任務終于完成,“國際空間站”轉入全面使用階段。現在,這座大型的“太空積木”已經成為人類在太空存在的永久標志。各國在太空探索事業上的爭先恐後給世界航天技術留下了豐富遺産,促進了氣象衛星、載人航天以及國際空間站等航天科技的躍升,同時也讓人類得以探求曾一無所知的神秘宇宙。

  太空探測器

  向著星空深處進發

  憑借現有的科技,人類自身最遠能抵達的星球就是月球了。由于身體和時間的限制,人類將探索宇宙的任務交給了一種無人航天器——太空探測器,讓它們去對行星、衛星、彗星進行遠距離拍照並搜集科學數據,或者是登陸各類星球並分析土壤和空氣成分。

  太空探測器也被稱為深空探測器,是用于探測地球以外天體和星際空間的無人航天器。前蘇聯1959年1月2日發射的“月球1號”探測器是人類發射成功的第一個太空探測器,它從距離月球表面5000多千米處飛過,並在飛行過程中測量了月球磁場、宇宙射線等數據,隨後進入日心軌道,成為了地球的第一顆人造行星。

  對于大部分太空探測器來説,走進星空意味著一場沒有盡頭的遠遊,目前飛得最遠的太空探測器是美國NASA于1977年發射的“旅行者1號”。43歲的“旅行者1號”曾到訪過木星及土星,是提供了其衛星高解像清晰照片的第一架航天器。它在1979年經過木星係統,1980年經過土星係統,1989年駛向銀河係中心方向,2012年到達太陽係邊緣,2014年離開太陽係飛向別的恒星。作為人類制造的首個衝出太陽係的飛行器,截至2020年8月16日,“旅行者1號”和地球之間已經達到了149.83個天文單位,也就是224億公裏的距離。

  太空時代

  各國你追我趕

  雖然浩瀚無垠的星空能給人類帶來無盡的遐想與希望,但向著美麗星空進發的成本實在是不低,因此即使在美國國內也有很多不讚同發展航空航天事業的聲音。這些質疑從美國決定開展航空航天事業時就存在,在美國決定建造國際空間站時達到了頂峰,因為美國為這個項目投資了近千億美元的資金,現在每年還需要投入30億到40億美元來確保空間站的正常運行,當初對這一計劃興致勃勃的政治家也不禁望而卻步。

  2005年,美國宇航局局長邁克爾·格裏芬在接受《今日美國》採訪時表示,建造航天飛機、空間站是代價高昂的“戰略性錯誤”,現在大家公認這是一條錯誤的道路,美國正努力將損失降到最低。2018年,美國《華盛頓郵報》援引美國宇航局文件報道,美國政府計劃在2025年停止對國際空間站的直接注資,並打算將其轉手,賣給私營企業。種種跡象表明,國際空間站現在可能已經是美國宇航局的累贅和包袱。

  在美國為國際空間站焦頭爛額時,其他國家卻並未止步不前——雖然太空探索事業是個無底洞,但誰也不知道太空經濟、太空時代何時就會來臨,所以有實力的國家還是會撥出一部分財政資金來支持國內航空航天事業的發展。

  俄羅斯繼承了前蘇聯90%的航天工業,進入21世紀後,俄羅斯經濟復蘇,太空復興計劃被提上日程。2009年,俄羅斯通過了國內首部關于衛星導航的法律——“格洛納斯”《導航活動法》,規定俄羅斯軍用、民用車輛以及車輛管理設備上需安裝“格洛納斯”導航設備,來增強俄羅斯的防禦潛力與安全,提高運輸管理。2012年,俄羅斯聯邦航天局出臺《2030年及未來俄羅斯航天發展戰略(草案)》,宣稱在2030年後俄羅斯將在火星建立研究站。

  歐盟在2003年11月11日推出了《航天政策行動計劃白皮書》,提出整合全歐洲資源發展航空航天事業的戰略思想。為了能獨立自主地進入太空“打拼”,歐洲決定在衛星定位係統上下功夫,在2003年啟動了伽利略衛星導航係統計劃,並于2016年正式投入使用。與美國的GPS係統相比,“伽利略”導航係統的衛星數量更多、軌道位置更高、覆蓋面積更大,是世界首個純民用的衛星導航定位係統。

  日本和印度近年來也在航空航天事業中不斷發力:日本在2007年發射了“月亮女神”月球探測器,2008年又出臺了《宇宙基本法》和《宇宙基本計劃》,2009年成功發射空間站轉運飛行器1號(HTV1)——日本首個無人駕駛太空貨運飛船。印度則是力求與航天大國建立良好合作基礎,並不斷增加航空航天事業的經費預算。2008年10月,印度空間研究組織成功發射了印度首個月球探測器“月船1號”,成為了世界第五個掌握探月技術的國家。 (田夢媛)

【糾錯】 責任編輯: 周楚卿
加載更多
重慶仙女山機場正式開始校飛
重慶仙女山機場正式開始校飛
武漢江漢方艙醫院正式關艙拆除
武漢江漢方艙醫院正式關艙拆除
克什克騰風光
克什克騰風光
吉林琿春:邊境村發展特色鄉村旅遊
吉林琿春:邊境村發展特色鄉村旅遊

010020010010000000000000011124101126384273