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世界科技全景百卷书: 新世界的发现者
——宇宙探测器 茫茫人海，无穷宇宙。多少年来，人们展开联想的翅膀，都在思索着一个相似的问题：在我们这个狭窄的充满生命灵气的地球之外，还有彼此相通的心声、适合生命存在的星体吗？答案似乎可望而不可及，很近却又很遥远。人们总希望有这样的回答：一定有。 是啊，你看， UFO（不明飞行物），不就是外星人拜访地球的例证吗？那成千上万个目击者不就是最好的证人吗？你再看看那超前文明之谜，像埃及金字塔、苏美尔2，200年前的灿烂文化、神秘的天文古地图等，不得不令人陷入迷茫——现代的科学文明无法解释，不是外星人还能有谁去干呢？ 不过，且慢，不置可否是为最好的回答。因为到目前为止，人类还没有一个确凿的证据来说明我们发现了外星人。外星人的存在是必然的，因为从概率 （一种事件出现的可能性）上讲，即使像地球这样的星球出现概率是十万分之一、百万分之一，乃至亿万分之一，在浩瀚无穷的宇宙中，那种有生命的行星真是太多了。更何况生命的形式是否一定要像我们这样的人类，需要我们这样的环境，谁也不敢去保证。再者，在那些我们还没有充分了解的卫星、恒星、类星体上，有没有先进的生物或原始生命细胞，没有人能说得清。如果谁敢断言，说那儿没有生物，不可能有生命，那么这只能说他像“两小儿辩日”一样愚蠢。再说，给外星人的形式过早地下结论，只能说我们对生命的理解过于浅薄。 但无论如何，争论归争论，科学家们一步一个脚印地向着茫茫太空做着进军准备，而一个个宇宙探测器，作为探索太空秘密的排头先锋，早已先行一步了。 向宇宙深处进军 什么是宇宙探测器？顾名思义，宇宙探测器就是人工制造的进行宇宙探测的航天器。不言自明，运载火箭、卫星、宇宙飞船都可以，且事实上已经有一部分被充当了宇宙探测器。 宇宙探测器要探测什么呢？仅仅是外星人的踪迹吗？非也。宇宙世界无穷无尽，无始无终（这里与天文学所说的有界无边、有时间超点不是一回事），可探索的东西太多，大气物理、生命起源、天体演化、太空环境等等都可以作为其研究对象。当然，这些研究与探索都与人类对自身生命的关注分不开——人类所做的一切不就是为人类自己造福吗？ 现代科学研究表明，地球已有45亿年的年龄了，太阳也处于中年时期，而我们人类的出现不过数百万年的历史。然而这几百万年、几亿年，对于整个宇宙来说，是多么短暂啊。或许我们的子子孙孙不会为自己的生存而担忧，但总会有我们的后代会随着地球太阳的灭亡而受到生命的威胁，这是杞人忧天吗？也许是。当然，我们目前对宇宙的探测工作却起着未雨绸缨的作用。不过，这些“未雨绸缨”的工作，从一定程度上说，是为我们自己。 这并不是胡言乱语。其实我们地球本身就面临着意外“天灾”的毁灭性打击。虽然我们地球层外有一大气保护带，但毕竟还有没有完全“毙命”的天外来客——进入大气层而没有完全烧毁的陨石。可别看这小小的陨石，月球上的坑坑洼洼就是它们砸的，地球上也不是没有它们的“造访”印迹。而这偶然一次的“造访”，有可能会造成如同上万颗广岛原子弹爆炸那样威力的破坏。 再说，地球还得防备其它星体，如彗星的攻击。1994年夏，彗星与木星的相撞，迄今科学家们还心有余悸。因为木星与地球在太阳系是亲密兄弟，慧星如果撞到地球上，可能会有像恐龙灭绝式的打击（恐龙灭绝，有观点认为是天外来客所致）。再说，每过几年就出现一次与地球擦肩而过的彗星，还真叫人捏一把汗。 所以综合起来，人们发射宇宙探测器是有相当目的的。从更远的意义上说，它是人类向星际空间进军的序曲。 宇宙探测器的门类演变 宇宙探测器分类比较复杂，如前面所述的航天飞机、宇宙飞船、卫星、火箭也担负着宇宙探测的任务。再说，像阿波罗载人飞船，如果从探索的意义上讲，也可以归属于此类。不过，我们这里只讲主要进行各种空间探测任务的航天器，先从地月系、行星系、太阳系以及更远的恒星际说起。 对月球的探索 对月球的探测由来已久。这表现在前苏联和美国的空间竞赛上。早在1969年“阿波罗11号”载人飞船到达月球前的1959年，前苏联就向月球发送了三个月球号太空探测器。这之中月球2号探测器到达月面，成为第一个地外星体着陆的航天器，月球3号探测器进入绕月飞行轨道，拍摄到月球背面70％从未被人们观测到的区域。1970年前苏联发射的月球16号探测器到达月面，探测到月面只有三个海，海上密布着交相叠加的环形山。美国在60年代初也发射过软着陆飞船到月球上降落。这些飞船中有的带有自动挖掘机，用以测试月面土壤的强度，这些都为阿波罗号载人飞船登上月球铺平了道路。 但是美国宇航员六次12人到达月球表面，并不等于对月球的探索到此为止。目前美国提出重返月球计划，特别是许多科学家提出建立月球基地的设想后，再次登月和开发月球资源的活动变得更加迫切。90年代美国一直在发射月球探测器，如 1990年、 1994年美国发射过“缨斯—A”、“克来门坦—1”月球探测器，争取为早日返月作准备。 另外，别的一些国家，如日本、中国、法国也有发射月球探测器的计划。 对行星的探索 对行星的探索是随着登月活动展开的，美苏两国在此都取得了巨大的收获。 先说水星。1974年3月29日，美国发射的“水手10号”深空探测器飞经水星表面431公里处。从获得的六千多张照片得知，水星上有许多环形尖山，并有极稀薄的大气，经年高温400℃。水星10号三次飞过水星，一次飞过金星，在宇宙空间进行了九次变轨飞行。 再说金星。对金星的探测从1962年就开始了。根据统计，已经有近20个探测器飞临其上空或着陆。1973年，美国的“水星10号”到达距金星六千多公里的位置，发回的大量资料表明，金星只有少量的水蒸汽和氮气，大部分是二氧化碳，温度高达500℃。1978年，美国的“先驱者”金星1号和2号在金星上着陆成功。它们发现，金星上有许多火山，并存在一个深六公里，宽二百多公里，长一千多公里的裂口。 1971年12月，前苏联也发射过金星7号探测器，在金星表面软着陆成功。1975年6月，前苏联发射的金星9号历经四个月后到达金星。金星10号也到达过金星。 接下来说火星。火星是人们一直认为最有希望存在生命的行星。我国的 《从地球到火星》科幻小说表述了人们对火星的美好遐想；根据1897年威尔士写的小说《宇宙战争》改编的火星人广播剧，曾把美国人吓了一跳。 1964年2月，美国的水手4号深空探测器到达离火星最近点，约一万公里的地方，拍摄了大量的照片。1971年，水手9号深空探测器也不甘落后，发回了几千张火星照片。这两个探测器表明火星表面环形山很多，最大的环形山直径为600公里，火星上也有峡谷和河床，尘埃沙暴也不少。1976年，美国的两个海盗号探测器到达火星，采集了土壤，并拍了照片，这次探测表明，火星表面气温差值很大，大气层也很薄，90％以上是二氧化碳。1978年8月、9月，美国发射了两个海盗号综合探测器，到达火星，此次行动收获更大。前苏联也于1988年发射了两个火星号探测器，其中2号飞行器进入围绕火星的飞行轨道，对火星进行了观测，并发回了图象。综合资料表明，目前火星上有“尘暴”现象，即低层大气把无数细小的尘粒刮到空中，其速度可达50米/秒。 目前，科学家们正在为登上火星作准备，一系列新型探测器被发射上天。如1992年9月，美国发射了火星观察者号探测器，为下世纪登上火星作新的准备工作。1996年11月、12月将会有“火星96”、“火星之路”探测器驶向火星，1998年，“火星观察者2号”也将起程，向火星进军。预计，人类将在2020年登上火星。 科学家们设想，先把“火星漫游者”机器人送上跨越火星赤道的“康多尔恰斯码—7”号地区，取样品返回地球；2010年，各种无人飞船、摄影仪器、科学实验设备将被送上火星。到2012年，两批航天员，每批三男二女会向火星出发。到2020年，在火星上将建立起初级居住基地。然后到2030年，太阳反射器将反射太阳光到火星上，火星上建立一批工厂也会产生“温室效应”气体以及臭氧等，以此形成大气层。最后，火星上将开始培植酵母和细菌之类生物，使火星上两极冰帽融化，产生水分；这样绿色植物通过光合作用会释放氧气，冰帽融化的水会形成河流，它们会使火星的环境更适合人类生存。等到条件完全成熟时，大批的火星移民将真正开始。 再就是木星。1972年美国发射过“先驱者10号”探测器，飞近木星，送回了一批照片。1972年3月、1974年4月，美国又有两个先驱者号探测器在几万公里处飞过木星，结果发现木星有大气层。1977年9月5日，美国发射了“旅行者1号”深空探测器，该探测器于1979年3月5日到达距木星27万公里的地方，发回了清晰的木星照片，观察到了木星的光环，并逐步接近了木星的五个卫星，其中“卫星一”有火山活动；“卫星二”是一个冰球； “卫星三”有高山和峡谷；“卫星四”有许多盆地。“旅行者 号”于1 1980年到达木星。 另外，1989年10月“伽利略号”木星探测器被发射升空，1995年7月13日，该探测器在进入绕木星飞行轨道的前五个月释放了子探测器，母体将在今后两年绕木星飞行11圈，对木星及卫星进行探测。同年12月10日，“伽利略号”木星探测器开始发回第一批资料。 最后说土星和天王星。1972年发射的“先驱者10号”探测器在1973年12月接近木星后，飞向土星。1983年它飞过海王星轨道，1986年越过冥王星的平均轨道。1979年9月2日，美国发射的“先驱者11”到达距土星21，400公里的地方。这次探测表明，土星有磁场、卫星和光环。1980年12月、1981年8月，美国发射的“旅行者1号”、“旅行者2号”飞过土星。“旅行者2号”也于 1986年、 1989年到达天王星、海王星附近。 对恒星际间的探测 它是对超出太阳系到银河系，乃至到河外星系的探测。这听起来似乎很遥远，但70年代这种探测就开始了。1977年8月20日、9月5日，美国分别发射了“旅行者2号”，“旅行者1号”探测器。这两个探测器能飞离太阳系，到星际空间无限制地邀游。它们将会为人类寻找外星人带来福音。 原来，“旅行者”探测器上携有一种特殊的钢制物，用上了用图象编码的信号。它录有地球上各种声音——“地球之音”。这些声音有35种，有大自然的，如风雨声、火车汽车声、海浪声等；也还有动物的声音，如象叫声、人的笑声；还有一种醇鱼的呼叫声；也有不同的语言，如用英语、法语、日语等说的问候语；另外还有我国南方的三种方言，即广东话、厦门话和客家话；还有一些著名乐曲，包括古典的、现代的、东西方的、少数民族的共27种，这之中有中国的“高山流水”古典乐曲。铜制物上还携有116幅各种照片和图表。它们涉及到火箭、火车、飞机、汽车等；其中有两幅是关于中国的，一是长城的雄姿，一是中国人共餐的合家欢乐场面。令人难以相信的是，当时的美国总统卡特还签署了电文，还录有原联合国秘书长瓦尔德海姆向外星智慧物的问候。据说，这个铜制物可以在宇宙中存在10亿年。到时候，我们不知道是多少辈的子孙们，说不定还真能收到外星人的回音呢。 “旅行者”用的是核能电源，它装有电视摄象机、光谱仪、星际空间探测设备等。 “旅行者号”探测器并不是人类向太空发射的第一个星际探测器。早在1972年3月3日，美国发射的土星探测器“先驱者10号”，本质上和“旅行者号”探测器类似。因为“先驱者10号”探测器携有一块镀金的长九英寸、宽六英寸的铝片。这个铝片固定在天线支架上，它刻有氢原子结构图、用脉冲星定标的太阳系位置图、太阳系结构图，还有一个裸体男人和一个裸体女人的画片。“先驱者”已经飞出了冥王星轨道，大约要过八万年可以到达半人马星座。根据天文学家计算，在100亿年以内，这个探测器还可能到达某一个类似太阳系行星的行星处。 要补充的是，对星际空间生命的探索，特别是与星外文明的联系，并不一定要在太空中进行。现代的射电天文学已经能帮助我们通过各种方式来发射和获取地外信息。 例如，1974年3月，美国人德雷克用当时世界上最大的射电望远镜（直径305米），用二进制向武夫座球状星团发出了1679个比特信息，现在这些信息还没有到达目的地。关于接收宇宙信息的方法似乎要简单一些。1971年，美国宇航局提出了一个“独眼计划”，就是说用1026个口径为100米的望远镜，排成矩阵，把波段调到17～21厘米上，据说可以捕获1000光年的无线电。但这个计划耗资巨大，要花几百亿美元，并没有真正执行。但这个相当于口径达十几公里的望远镜发起威力来，一定会收效显著。 星际探索 星际探索的最大障碍是速度。人类要实现到恒星际探索的梦想，必须提高速度。像“先驱者10号”探测器到达半人马座要花八万年，八万年对一个人来说真是个天文数字，也是个没有多大意义的数字。再说科学家们抱有极大希望的巴纳德星，此星距地球500万亿公里，同太阳类似，其直径质量为太阳的1/5，表面温度为太阳的1/3左右，并且有行星环绕，很可能有生命。但以目前宇航的最大速度每秒20公里计算，仍然需要10万年。这同样没有多大现实意义。因此，提高航天器速度是当务之急，关键之关键。 但可能吗？真有可能。光速是每秒30万公里。按光速计算，人类到达巴纳德星只需六年的时间，六年是个极具诱惑力的数字。当然也有科学家提出，根据爱因斯坦的相对理论，运动物体接近光速时会产生长度、质量、时间的各种变化，即各种物理效应，光速是一种极限。可天文学家首次发现，一种名叫3C48的类星体远离太阳的速度达到每秒27万公里，27万公里和光速的30万公里极为接近。这就使一些科学家们对光速不可超越的神话产生了怀疑，有部分天文学家，还有一些哲学家都认为光速是可以超越的。这就使我们对恒星际探索增加了信心，倍感鼓舞。 不过，话说回来，目前人类的科技水平已够人振奋了。因为很有希望的核聚变飞船即将问世。我们知道，在核裂变 （如原子弹）、聚变（氢弹）时 3会产生巨大的能量。用氢的同位素氘、氚，或者用氢的同位素氦 和氘作燃料，在进行裂变时，其释放的能量，可以获得每秒1000公里的喷气速度，这个原理已在氢弹爆炸中得到证实。而且，现在由于激光束和电子束可以代替原子弹起引爆氢弹的作用，将来的氢弹可以做得相当小。 3 科学家们设想：用氦 和氘作燃料，制成微型氢弹 300亿颗，每秒爆炸250颗，可以直接达到每秒上万公里的速度。 不过，这里又产生了一个问题，到哪儿能搞这么多的核燃料呢？有人预计用一种五万吨的太空飞船，从木星轨道出发，加速600天，把速度提高到每秒3～6万公里，用50年的时间就可以到达巴纳德星。这个飞船关键是需 3要五万吨核燃料，其中氦 3000吨、氘20000吨。五万吨核燃料地球上不够，必须到别的行星去取，为此就要建空中加工厂，看来也不容易。好在核聚变飞船并不是不着边际的离奇幻想，它有现实的基础。 提出核聚变飞船的想法并非只有一个。1969年有个工程师罗勃脱·恩兹曼还设计了一个以重氢核聚变为动力的星际飞船，该飞船储有300万吨超冷重氢燃料，并储藏在一个巨形球体中。该球体后面有三个柱状圆筒，每个圆筒有20层，每层有一百多个房间，飞船的尾部有24个推进机组成的推进系统，可以把飞船速度提高到每秒2.7万公里。大约60年后，它可以飞到半人马座的卫星上。 另外还有猎户座核裂变飞船和巴萨德冲压式喷气式发动机飞船的想法。前者是50年代物理学家西奥多·泰勒和弗里曼戴森设计的，该飞船用核燃料进行裂变，裂变产生的能量相当于1000吨梯恩梯炸药。核爆炸会产生气浪冲向尾部的一个钢板，钢板吸收震颤，使飞船前进。后者是物理学家罗勃脱·巴萨德提出来的。冲压式喷气发动机不用携带燃料可以在空中收集，它根据的是德国空间科学家尤金·桑格原理。此原理认为，两个质子聚合形成中子时，能产生推力。冲压式喷气发动机飞船长约三公里以上，其速度可达每秒6.9万公里。 最高明的设计可能是太阳光速风帆了。它由物理学家罗勃脱·福沃德提出。该风帆用一种铝丝薄膜组成，能反射激光束，能把风帆的速度提高到每秒15万公里以上。 太阳光速风帆带有一个助推器。当风帆初步发射入轨道时要折叠起来；当助推器把风帆推到高轨道上空时，助推器要自动脱离，让风帆再张开并吸收光束，逐渐把速度加大。 风帆也可以返回地球，它有外圈和中心圈两个部分。中心圈可以倒转，使外圈受到不同方向的激光束。据说，世界空间基金会对太阳光速风帆很感兴趣，有投资的打算。 恒星际探测除速度是个问题外，通信和方向也是个难题，同时发射恒星探测器的时间和飞行轨道也要掌握好。行星际探测器的发射精度要求高，可谓“差之毫厘，谬以千里。”譬如，火星探测器入轨时的速度误差达到1米/秒，那么到达火星就会有10公里距离的误差，当然，就更不用说恒星际空间探测器发射的精度了。同样，话说回来，从整个探测器运行过程来看，各计算机系统、结构系统、无线电控制系统、热控系统等，都需要达到更高的技术要求，这是不言而喻的。 恒星际空间的环境人们现在还没有完全了解，但对其条件的“恶劣性”必须要有充分的思想准备。对探测器的信息与图象传送也必须用新的方式，有科学家提出不时地释放中继站的想法，但还没有实践过，需要静候佳音。 “路漫漫其修远兮”，在空间探测的路上会充满艰辛与险阻，但人类不会被一时的失败而吓倒。因为今天的失败会孕育明天的成功。空间探测，这个充满着诗意与浪漫，夹着危险与希望的色彩，高度理性和科学态度对待的排头宇航事业，等待着一代又一代的年轻人砥砺意志、无私奉献。 |
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