探測太空的新技術(shù)

那么到底發(fā)生了什么事？在經(jīng)歷了10年野蠻成長的人類太空探險之后，為什么我們會突然停下腳步？

“我們?yōu)槭裁赐Ｏ铝四_步？”是一個錯誤的問題。相反，我們應(yīng)該問這樣的問題：

我們最初為什么要干將人類送入太空這種充滿冒險精神的事？

太空旅行的花費非常昂貴，政府預算非常吃緊。事實上，美國政府曾經(jīng)劃撥出一筆可觀的預算用于鼓舞人心的探險，挑戰(zhàn)極限，從某種程度上講就已經(jīng)出人意料了。

這是因為當時沒有哪個國家會在這種探險上浪費財政預算，這么做的只有兩個國家，而且只是為了一場展示雄風的比賽。在那個時代，每個人都想知道共產(chǎn)主義和資本主義誰的經(jīng)濟系統(tǒng)更好，為了在這樣一場國際競賽中保住顏面，美國政府同意拋開一貫的規(guī)則，在若干年間傾注全部可以調(diào)用的資源，來確保贏得這場競爭。

而一旦贏得這場比賽，競爭就結(jié)束了，特殊規(guī)則也就隨之被廢棄。美國重新回到了正常的財政預算開支上去。

一反原來不惜耗費一切把太空競賽推向極限的策略，美國和蘇聯(lián)達成了諒解，穿好衣服，握手言和，開始像成年人那樣在更加實際的項目上開展合作，比如在LEO上建造一個聯(lián)合空間站。

在此之后的40年里，人類和太空的故事重新被限制在了地球上，在這個時代，我們和太空進行互動有兩個主要原因。

第一，對地球上實業(yè)的支持。自“阿波羅”項目結(jié)束以來，人類與太空互動的首要原因不是對太空的興趣，而是出于運用外部空間對地球上各種實業(yè)進行支持的實際目的，這種支持的主要形式是衛(wèi)星。今天很大一部分火箭發(fā)射任務(wù)都是將衛(wèi)星送上LEO，這些衛(wèi)星回望地球，而不是朝向另一個更為廣袤的空間。

雖然“支持地球?qū)崢I(yè)”這個人類與太空互動的類目里還存在其他幾種太空活動，例如太空礦業(yè)、太空填埋以及太空旅游，但是至少在目前，衛(wèi)星占據(jù)了這一類目的絕大部分。

第二，觀察和學習。過去40年間人類與太空進行互動的第二個原因表明，雖然我們不再往宇宙中運送人類，卻從來沒有喪失了解太空中一切的渴望。作為一個將關(guān)注從太空轉(zhuǎn)向別處的社會，宇航員卻一直在忙碌著，破解“我們在哪里？”中一個接一個的謎題。

宇航員學習的最佳方式是通過肉眼觀察，而太空競賽的副產(chǎn)品就是發(fā)展了一套先進很多的觀測技術(shù)?，F(xiàn)在，宇航員用來觀察太空的高科技方式有兩種。

第一，向太陽系周圍發(fā)射探測器。

簡單來講，科學家會向遙遠的行星、衛(wèi)星或者小行星發(fā)射一種裝備先進的探測器，該探測器花費數(shù)月甚至數(shù)年的時間飛過太空，到達目的地。然后，根據(jù)事先制訂好的計劃，它或者僅僅掠過這一目的地，沿途拍攝照片;或者繞其軌道飛行，以獲取更為詳細的信息;或者在目的地著陸，進行全方位的考察。它獲得的一切信息，都會發(fā)送給我們。當完成自己的使命后，該探測器或是在目的地墜毀，或者繼續(xù)飛向更深處的太空。

我常常拿自己當作公眾，看看大家知道些什么，不知道什么。我從3歲起就愛上了天文學，所以，要是空間發(fā)生了什么事而我不知道，我認為大多數(shù)人也不知道。當說起太空探測器時，我基本上是一片茫然。太空中有多少個探測器在飛行？200個？50個？還是9個？發(fā)射這些探測器都要干什么？是哪個國家發(fā)射的？這些探測器都在執(zhí)行什么任務(wù)？我所知的僅僅是偶爾聽說某個探測器的故事，它發(fā)回了什么令人驚訝的圖片，然后我就登陸cnn.com的畫廊，一張接一張地瀏覽，激動一會兒，把鏈接傳給我的三個好朋友。他們也是丟不開天文學，然后試圖關(guān)閉網(wǎng)頁時，不巧又打開CNN上其他勾引你的垃圾畫面，點擊來點擊去，足足浪費3小時，把自己就這樣毀在了網(wǎng)絡(luò)上。我跟人類探測器的關(guān)系就是這樣。

哈勃空間望遠鏡拍攝的星系照片

但是，很快我就意識到，應(yīng)該了解的不會就那么點兒，要想把一切搞清楚也不必費太大的力氣。以下就是我認為的當前最主要的8個空間探測器。

1.“新地平線”號（冥王星，NASA）。

把“新地平線”號放在第一位介紹，是因為它剛剛經(jīng)歷了自己的重大時刻。這個探測器發(fā)射于2006年，目的地為冥王星。它經(jīng)歷了長達10年的太空飛行，中途因為一顆掠過木星的天體的引力作用，速度得到大幅度提升，最終于2015年7月14日到達冥王星。它并沒有在冥王星上著陸，但是以非常近的距離掠過，第一次向我們展示了冥王星的全貌。

接下來，“新地平線”號將會繼續(xù)向更遠處的外部空間飛行，進入柯伊伯帶，向我們發(fā)送彗星和矮行星的照片。

令人尷尬的是，在“新地平線”號發(fā)射的時候，冥王星還是一顆行星，在它飛行的這些年里，冥王星被降級成了一顆矮行星。雖然從情感因素上來講，這讓人為冥王星感到有些難過，但事實上，冥王星享受了76年行星的盛名，同時仍然吸積著柯伊伯帶里成噸的物質(zhì);而柯伊伯帶里和它同屬矮行星的鬩神星在這些年里完全默默無聞，直到2005年才被發(fā)現(xiàn)。

2.“好奇”號（火星，NASA）。

“好奇”號現(xiàn)在成了一個有名的漫游器。它是一輛汽車大小的著陸器，于2012年著陸在火星表面。它在一個大型隕石坑里收集各種信息，主要目標是探明火星上是否曾有生命存在。前兩個火星漫游器分別是“機遇”號和“勇氣”號，于2004年登陸火星，按計劃進行了為期90天的任務(wù)。這兩個漫游器都超期服役了，其中“機遇”號仍然處在活動狀態(tài)。

圍繞火星軌道還有其他探測器在運行，但是“好奇”號是目前火星方面最主要的項目。

3.“朱諾”號 （木星，NASA）。

“朱諾”號于2011年離開地球，在太空中繞了一大圈，于2013年回到地球進行引力加速（在此期間它拍下了一段精彩的月球繞地運動的視頻），并于2016年7月到達目的地。

到達木星后，朱諾開始進行軌道飛行、拍攝圖片，并使用探測器研究這顆行星看上去豐盈的云層下方到底是什么。任務(wù)完成后，“朱諾”號會墜落在木星上。在木星大氣層中燃燒殆盡之前，但愿它能傳回一些搶拍的照片，好讓工作人員據(jù)此制作一段模擬視頻，讓你我體驗降落到木星地表的過程。

4.“卡西尼”號（土星，NASA/歐空局/意大利航天局合作項目）。

“卡西尼”號于1997年發(fā)射升空，2004年到達目標土星。土星是太陽系中唯一具有行星環(huán)的星球。“卡西尼”號是歷史上第一個繞土星軌道飛行的探測器，傳回了許多令人嘆為觀止的圖片。2005年，“卡西尼”號將攜帶的“惠更斯”號著陸器釋放到了土星的衛(wèi)星泰坦（土衛(wèi)六）上。

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

這兩個探測器發(fā)射于1977年，是最早采集到太陽系外側(cè)四顆巨型行星圖像的探測器?！奥眯姓?”號至今仍然是唯一到訪天王星和海王星的探測器，拍下了兩張非同尋常的照片。

“旅行者”號最出眾的地方在于，雖然它們的初始任務(wù)早已經(jīng)結(jié)束，但是仍然在向外層太空飛速前進。它們目前離地球的距離遠到令人難以置信，而且在以超高速遠離我們。相比之下“旅行者1”號更快，速度達到61000千米/時，以這樣的速度，它可以在5分鐘之內(nèi)橫穿大西洋。另外，“旅行者1”號目前是離地球最遠的人造物體，離我們有131個天文單位。它同時是第一個離開太陽系的人造物體。以這樣的速度，“旅行者1”號將會在73000年后到達離我們最近的恒星：半人馬座比鄰星。

另外一件有趣的事是，在“旅行者”號發(fā)射之前，一個由卡爾·薩根帶領(lǐng)的NASA委員會，給它們分別攜帶了一個時間膠囊，里面裝滿了符號、聲音和地球的圖像，以及如何播放和觀看這些媒體的指南。因此，如果“旅行者”號探測器某一天遇到了外星人，就可以向他們介紹我們的大致情況。這或許是在浪費時間，不過一切皆有可能。

7.“羅塞塔”號（彗星，歐空局）

“羅塞塔”號發(fā)射于2004年，在2014年8月到達6 7P 彗星時受到了很多關(guān)注。幾個月之后，它將小型著陸器“菲萊”號放在了這顆彗星上。67P彗星被證實是一塊巨大的巖石（4.3千米長）。

8.“曙光”號（灶神星和谷神星，NASA）

“曙光”號可能對自己進了這個名單感到驚訝。把它列進來是為了讓大家意識到，小行星帶里還有體型巨大、堪比行星的天體。小行星帶位于火星和木星的軌道之間（不要與太陽系外側(cè)體積大很多的柯伊伯帶混淆），由數(shù)以百萬計的小行星組成，其中的75萬顆直徑都超過了1千米。其中，谷神星是一顆直徑為月球27%的矮行星，它占據(jù)了整個小行星帶1/3的質(zhì)量。灶神星是小行星帶中體積第二大的天體，而且在地球的夜空中，整個小行星帶屬它亮度最高?！笆锕狻碧柊l(fā)射于2007年，2011年它花了9個月時間圍繞灶神星軌道飛行，然后駛向谷神星，并且于2015年3月到達，這讓它成為第一顆繞兩個不同天體軌道飛行的探測器。

第二，望遠鏡。

望遠鏡在17世紀早期就出現(xiàn)了，在其后的400年中，它們的功能越來越強大，并且成為人類了解自身在宇宙中位置的重要的工具。

但是地面望遠鏡無論多么先進，都會遇到觀測局限。如同透過一杯水觀察物體，光線會被彎曲，物體會變形一樣，來自其他天體的光線也會被地球大氣層彎曲。雖然這種對光線的彎曲效應(yīng)沒有水中那么強烈，但是在我們的夜空中，恒星和星系只是小亮點，所以任何程度的模糊都是大問題——這就像是在游泳池的水下試圖觀測空中的飛鳥。

20世紀60年代，人類獲得了將望遠鏡送入太空的能力，有史以來第一次，望遠鏡可以在太空中向我們展示無比清晰的天體圖像。1990年，NASA發(fā)射了第一臺超級先進的太空望遠鏡：哈勃空間望遠鏡。

哈勃空間望遠鏡重達13噸，有一輛公交車大小，具有2.4米的透鏡，其精度可以讓一束激光從360千米之外照射到一枚硬幣上?；蛘哒f，如果地球是平的話，從你在波士頓的家里就能看見東京的一對螢火蟲。哈勃空間望遠鏡的軌道位于地球上方550千米，那里沒有大氣層，也沒有光污染，處在被NASA稱為“終極之巔”的位置上。所有這些條件給予“哈勃”前所未有的宇宙圖景，讓它能夠在過去25年中向我們傳回許多極其震撼的照片。

“哈勃”和其他空間望遠鏡向我們揭示了一個全新的世界，從暗能量到宇宙起源、宇宙的年齡與大小，再到宇宙中可能擁有生命的類地行星的數(shù)量，拓展了我們對這一切的認知。

在40多年里，支持地球?qū)崢I(yè)和繼續(xù)學習探索這兩項目標，就是我們與太空之間關(guān)系的全部。

而且因為在太空運轉(zhuǎn)的機器是達成這兩項目標的最佳途徑，人類和太空故事的最近一章，都是關(guān)于來往于太空的機器的，而人類扮演的，只是在地球上或者是在非常接近地球軌道的位置上操控這些機器的角色。

自從1972年“阿波羅17”號返回地球以來，人類進入太空的唯一理由，就是機器還沒有先進到可以執(zhí)行某項工作，需要送人類上去代替它們完成。在有史以來進入過太空的差不多550人當中，超過400人都是在太空競賽時代之后去的。在“阿波羅”計劃之后，上太空的理由都非常實際——科學家和技術(shù)員需要去做具體工作。

國際空間站

今天，幾乎所有載人航天任務(wù)都是向國際空間站（ISS）輸送宇航員，或者接他們返回地球。

ISS是16個國家間的合作，從1998年開始，經(jīng)歷了10年的建設(shè)。ISS繞地飛行的軌道處于LEO的最低區(qū)域，高度在330千米至410千米，大約是橫穿冰島的距離。這樣近的距離，使得在夜空中可以用肉眼非常容易地看到它。它的體積比人們意識到的要龐大，重量相當于320輛汽車，長度跨越一個美式足球場。

目前，有來自15個國家的216人到過ISS。他們都在ISS里干些什么呢？

在撰寫這篇文章之前，我并不知道ISS是干什么的，也不知道人們在那里做些什么。每次打開ISS內(nèi)部情況的視頻，看到的都是一群成年人飄來飄去在娛樂。

2015年7月，波士頓召開了一次ISS會議，我也參加了。這次會議由美國空間科學促進中心（CASIS）組織，該中心負責ISS的美國部分。以下是我在這次會議上了解到的。

首先，ISS是一個科學實驗室。它與其他實驗室唯一的不同就在于重力環(huán)境，在這里你可以在零重力下進行實驗（實際上并不是零重力，而是微重力）。

其次，大多數(shù)在ISS上進行的實驗的共同點，是它們都利用了此處特殊的重力環(huán)境。這些實驗的覆蓋面非常廣：了解導致宇航員骨骼萎縮的骨質(zhì)疏松癥（因為他們不用對抗重力）、測試儀器在太空中的運行情況、分析流體在沒有其他外力作用下如何表現(xiàn)和相互作用，以及利用重力變化誘導細菌揭示出它們的抗藥性基因。

第三，ISS上的宇航員每周的日程非常緊張。他們不是在睡眠（8.5小時）、進食（早餐1.5小時，午餐1小時）、鍛煉（強制性每天2.5小時），就是在進行實驗（每天9小時）。周末不用工作，你可以整天在太空艙里飄來飄去，欣賞窗外的景色。

第四，想要去國際空間站的人很多，競爭非常激烈，NASA對此有一套嚴格的篩選程序。在申請的上千人當中，會有100名進入最后一輪的面試和體能測試，其中只有一兩人能獲得機會。偶爾，私人公司或者個人可以買到一個席位，在空間站上待幾天，但是需要花費6000萬美元。

所以，對更多的人來說，如果想要體驗住在ISS里是什么感受，可以觀看宇航員在空間站內(nèi)

部拍攝的導游視頻。