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欧阳自远:听“嫦娥之父”讲述中国人的探月之路
2018年05月17日 16:49
欧阳自远 中国月球探测工程首席科学家
一、认识月球
尊敬的各位朋友,今天我要向大家介绍中国的探月工程。
中国凭什么去研究月亮呢?大家都知道中国要实现“两个一百年”的奋斗目标,要全面建成小康社会;还有西部大开发、东北振兴、中部崛起等各项举措需要逐步推进。中国在地球上还有许多大事、要事得办,为什么要跑那么远去探索月亮呢?这对国家的科技进步、经济发展、老百姓生活质量的提高究竟有多大用处?还有,美国、前苏联对月亮的探索开始的比较早,前前后后搞了一百多次,中国再去搞有什么新花样没有。再来,嫦娥一号、二号、三号都成功发射了,究竟干了些什么活?花了多少钱,对不对得起老百姓?我现在也不能解答自个儿提出的全部问题,但我很想把自己内心的话全说出来汇报给大家,所以我准备了一下,大致给大家做个介绍。
生活在地球上的人类最熟悉的天体有两个,一个是光芒万丈的太阳,太阳给我们以光明和温暖,使地球上万物生长、生机勃勃,太阳是伟大而神圣的,非常了不起。另一个是月亮,自古以来,它就激起了人们的无限遐想。夜晚,月亮把圣洁的光辉洒满大地,许多神话传说、宗教信仰、哲学思想、文学艺术、风俗传统等都与月亮有关。
月亮象征着什么呢?温馨和宁静。尤其对中国人来说,月亮代表着团圆和美满。几乎全国所有的小朋友都背得出李白的《静夜思》,这首诗寄托了中国人思亲的感情。汉语里很多带月字的成语,比如“花好月圆”等,大多表达出一种特别美好的寓意。由此可见,中国人对月亮的感情真的特别真挚深厚。
一直以来,登上月球都是人类的共同理想。我们国家自古流传着嫦娥奔月的故事,全世界各个民族也都有自己的月亮神。日本探月工程的首席科学家KATO(加藤)教授在跟我聊天的时候说:“欧阳,你们中国人太会取名字了,把探月工程命名为‘嫦娥工程’。
嫦娥者,中国人也。”他还说他们日本的探月工程叫“月亮女神号”,这个女神就不知道说的是哪个地方的女神了。其实日本也有一个小女孩,只有手心般大小,长在竹子里,人们砍开竹子的时候她就从里面跳了出来,见风就长,长成非常漂亮、和善的样子,而且全身还会散发异香。后来这个小女孩被天皇看上了,天皇要把她接入皇宫,可是女孩却孤独地驾着天车奔向了月亮。这个女孩跟我们的嫦娥有点相像,她的名字叫KAGUYA,翻译成中文就是辉夜姬。那之后没过多久,日本探月工程的名字就改成了KAGUYA。
古希腊也有月亮神,就是太阳神阿波罗的孪生妹妹阿耳忒弥斯。古罗马、古埃及、古印度等文明古国也都有自己的月亮神,我先后查到的世界范围内的月亮神一共有六十多位,所有的月亮神都有一个共同的特点,清一色全是女性,这从侧面反映出古代人类对女性的崇拜和依恋。
从古到今,中国诞生的赞美月亮的诗词歌赋数不胜数,我们把它收集起来整合成了一本书,叫《说月》。苏东坡的《水调歌头》相信大家都很熟悉,作者经历了人世沧桑、官场沉浮之后,写出了“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺,此事古难全”这样的名句,并在全诗末尾发出了“但愿人长久,千里共婵娟”的美好祝愿,诗中所说的“婵娟”就是指月亮。细数古诗词中月亮的别称,还有玉镜、秋影、望舒等等,全部找全也有六十多个,所以说我们中国人确实很擅长取名字。
过去古人只能用肉眼看月亮,每每看到月亮上的几块黑斑便会猜想,月亮高悬夜空,上面是否也会有一座宫殿呢?嫦娥奔月的故事在民间广为流传,广寒宫、桂花树、玉兔等对月亮的幻想,实质上寄托着几千年来中国人渴望登上月球一探究竟的愿望。
月亮到底是如何诞生的?这个问题科学家们研究了好几百年。近三十年来,有一种假说得到了越来越多证据的支持,并得到了大多数人的认同。地球的年龄是46亿年,大概45亿年前,太阳系里除了八大行星以外,还有很多大大小小的其他星体,它们的运行轨道都不太规则。后来,一个大小与火星相近的星球撞上了地球,一撞之下产生了很多碎片,这些碎片在地球周围慢慢汇集起来,成了月球。我们现在的科技水平可以像亲子鉴定把DNA、RNA等遗传基因提取出来分析一样,分析地球和月球的构成,判断它们之间的关系。经过比对科学数据,月亮是地球的女儿,确证无误。作为地球的卫星,月亮一直跟随着自己的母亲,绕着地球转,度过了45亿年漫长的荒古年代。很多本来会撞上地球的小天体都撞在了月亮上,导致现在月亮表面被砸得千疮百孔,特别难看,月亮这种献身精神太了不起了。
除了月球诞生以外,这个对撞还使我们的地球落下了“残疾”。起先,太阳系八大行星的自转和公转都是逆时针,并且自转轴都是直的。地球被撞击以后,自转轴偏了23.5度,这一偏偏得太妙了,为什么呢?正是因为有了角度倾斜,我们的地球才有了春夏秋冬,变得丰富多彩起来。如果地球总是保持垂直状态绕着太阳转,那我们的北京,包括世界上任何一个地方永远都是一个季节、一种气候,那就太单调、太悲惨了。经过调查,我们发现包括地球在内的八大行星都被运行轨道不规则的星体撞得七倒八歪。金星被撞翻了,现在我们看到的金星以外的几大行星是逆时针方向转,只有金星是顺时针,就是因为它当时被撞翻了一个个儿。天王星就更惨了,被撞的躺了下来,它的南极几乎是接受太阳直射的。
1609年,望远镜的发明改变了人们只能用肉眼看月亮的历史。照相术问世之前,意大利著名科学家伽利略用望远镜观察月亮并将其所见用笔画下来公布于世。该手稿公布后,引来了来自世界各地的骂声,原因是在人们心目中,月亮是特别晶莹美丽的存在,而伽利略笔下的月亮却带着黑斑,极其丑陋。后来随着望远镜技术的进步,人们把月亮表面的形貌看得越来越准确,才知道伽利略其实是对的。
月亮上的黑斑从何而来?39亿年前,众多星体撞击月球,把月表撞得坑坑洼洼,形成了一个个大盆地,地下裂缝进一步诱发了月球内部的火山喷发。那时月球上的火山很多又非常活跃,熔岩从火山口里流淌下来填平了盆地,形成广阔的平原。熔岩流最终变成黑色的玄武岩,地球上的峨嵋山、五大连池等地都是这一类石头。玄武岩反光弱,就成了月球上的黑斑。当时的伽利略误以为“黑斑”是海洋,里面全是海水,所以在月亮上命名了22片海洋。当然现在大家都知道,月亮上一滴水也没有,更不可能有海洋。
天文爱好者在用望远镜看月亮时不难发现,我们看到的月亮始终是月球的同一半,另一半无论在地球上的哪个方位都看不到。月亮不是会自转吗?按理说它总有转过来的时候,为什么看不见呢?
月球自身的自转方向和地球一样,都是逆时针。地球自转一周是一天,月亮自转一周是月亮上的一天。另外月亮还绕着地球公转,其公转周期和自转周期相同,也就是说它自己转完一圈,刚好也绕着地球转了一圈。月球转地球也转,这样的话,哪怕几亿年过去了,在地球上也还是看不到月球的另一半。因此在很长一段时间里都有一种谣传,说在地球看不到的月半球上住的全是外星人,以他们的技术手段可以清楚地监视地球,甚至有好多科普书上都是这么写的。关于到底有没有外星人,我们后面再说。
要说月亮对地球的影响,肯定少不了潮汐,潮汐是一种与地球自转方向相反的力。我们的地球好好地在那儿转,总有一股很小的力量来刹车,让你转的不痛快,越来越慢。我们都知道通过看年轮能了解树木的年龄,八年、十年、一百年,只要数一数年轮的圈数就清楚了。过去古代动物也有年轮,像珊瑚等,它们的壳可以记录时间,记录几亿年前地球自转、公转的周期。古生物学家根据对这些数据的分析汇总得出:十三亿年前一年有546天,一天只有16小时。而现在的一年是365.25天,一天23.934小时,也就是我们说的24小时。按照这个速度向前推测,地球刚刚诞生不久的时候,一年有1480天,一天只有6小时。2015年6月30日24点,国际地球自转服务组织通知全世界的时钟加速一秒,为什么?就是因为地球的自转速度又慢了一秒。除此以外,潮汐对地球的影响力还表现在对海洋生物的作用上。潮汐可以把陆地上的养料带到海洋里作为海洋生命的食物,还会把海洋生物冲到潮间带,久而久之,不少海洋生命就慢慢迁徙到了陆地上来。
月亮究竟有多大?经过精确测量,它的表面积是3800万平方公里。我们中华人民共和国的版图是960万平方公里,月表面积要比四个中华人民共和国版图的总和加起来还大一些。月球与地球的平均距离是38万公里,由于它体积较小,无法把大气抓在自己身边,所以月球的表面是真空的。真空就意味着没有任何空气和声音,也没有温度的传导。在月亮上,太阳照得见的地方温度能达到零上110℃~130℃,如果不穿宇航服,能把人活活热死;而太阳照不到的地方,气温低至零下150℃左右,哪怕是一块石头,它的向阳面和背阴面的温差也可以达到200多摄氏度。所以月表的环境真的非常恶劣。
月球绕地球公转一圈的时间是地球上的一个月,再加上月球自转与绕地球公转的时间相同,所以月球上的一天相当于地球上的一个月。神话故事里经常说“天上一天,地上一年”,在月亮上虽然有些偏差,不过大体是那么个意思。月球的白天和夜晚都有半个月那么长,嫦娥三号在月亮上过夜的时候,有半个月我们根本没办法睡觉,因为气温太低了,零下180℃,所有的仪器都可能被冻坏,谁也不晓得它第二天还能不能运转起来。
月球的内部像一个鸡蛋,早年年轻的时候,它的热量很足,把星球内部的东西都熔掉了,重的往下沉,轻的往上浮,结果中间就变成了一个核心,里面有很多固态铁。内核外面还有流体的外核,像鸡蛋白一样,再外面是薄薄的月壳。这些都是我们根据月震时地震波在月球上的传播速度反推出来的。现在月球的内部还有很多像瘤子一样的疙瘩,这是因为月球热量不够了,没有能量把它们熔掉。30亿年前的月球和地球一样,有电流运动形成的磁场,但经过漫长岁月的能量散失,它的磁场早就已经消失了。此外,月球每年的月震也越来越微弱。可以说,月球实际上是一个已经死亡了的天体。我们的地球地震也不算频繁,但不时的板块运动、火山爆发等现象,都说明地球内部还是热的,尚有充足的能量。
这说明什么呢?天体就像人的生命一样,任何一个天体诞生以后都会经历青年旺盛时期,也终将迎来几乎不能动弹的老年时期,最后默默地死亡。月球如此,地球也会有这么一天。大约45亿年以后,地球内部的能量将会全部耗尽,到那时地球将没有地震、火山等自然灾害,由于内部没有热量,温泉也会变凉。地球因此变得更加安全,地球表面的生命仍然能生机勃勃的繁衍下去,因为我们还有太阳带来的能量。但是太阳有一天也会死亡的呀!天文学家已经算了一笔帐,五十亿年以后,太阳会变成红巨星膨大,最终吞噬掉我们的地球。但这是五十亿年以后的事,现在大家根本用不着操心,毕竟我们连五十年后科技能发展到怎样一种地步都说不好。我觉得人类的命运、地球的命运永远是生机勃勃,非常非常美好的。
二、人类为什么要探月?
早在30亿年前月亮就已经死了,如今的月球只是一块会自转并绕着地球公转的大石头,对这块大石头我们为啥要花大力气去探测呢?
上世纪60年代,世界上的两个超级大国美国和苏联在探测月球上展开了一场军事决战,两个国家发射的探测器加在一起足有一百多个。开始苏联人节节领先,美国人很恼火,决心编制一个大计划把苏联彻底打败,这个计划就是有名的阿波罗载人登月计划。美国凭借该计划顺利实现了六次载人登月,宇航员成功在月球上完成了采样、埋设仪器等工作。而苏联则没能实现登月,于是这场军事科技上的对决以美国的胜利告终。
美国对阿波罗计划的投入无论在财力还是人力上都是巨大的,资金投入254亿美元之多,相当于2005年的1360亿美元;有近两万家企业、二百多所大学、八十多个科研机构的总计四十多万人参与其中。后来阿波罗技术在航天航空、军事、通讯、材料、医疗卫生、计算机和其它各种民用科技领域都得到了广泛应用,促使了一大批新型工业群体的产生。可以说,作为人类历史上的一项伟大计划,“阿波罗”使整个人类的科学技术水平迈上了新台阶,达到了一个崭新的层次。
苏联解体以后,美国基本停止了对月球的探索,转而研究航天飞机和空间站,世界上的其他各个国家对探月也不再有什么兴趣,这样的时间持续了大概有二十多年。直到上世纪末本世纪初,包括中国、美国、欧空局、俄罗斯、日本、德国、英国、法国、乌克兰、奥地利、巴西、印度、韩国等在内的十几个国家提出要再次展开对月球的探索,掀起了第二次探月高潮。
中国在2000年就提出了重返月球,可以说对第二次探月高潮的形成起到了一定的带头作用。在第二次探月高潮过程中,全世界总共发射了14个探测器,其中包括中国的嫦娥一号、二号和三号。
为什么有那么多的国家突然间不约而同的又要去研究月亮呢?第一个原因,同时也是最主要的原因在于月球是当代战争的最高制高点。这一点美国在上世纪六十年代就认清了,美国人曾说谁控制了太空谁就控制了地球,现在他们又说谁控制了月球谁就控制了环地球的太空,也就相当于控制了地球。因此现在有不少国家计划把月球作为一个新的军事平台来建设。从月球上发射武器攻击地球,只需1.3秒就可以到达地球外围,进而摧毁地球外围的各种设施和武器。可以发射的武器有激光、微波、粒子束等等,各种各样的设计,在这里我就不详细说了,因为牵涉到军事问题。
第二个原因,月球上有丰富的能源。这一点在过去还不太明朗,随着研究的深入,我们逐渐可以断定。都有什么能源呢?首先是太阳能。月亮上没有任何建筑物和气候变化,就是真空环境,太阳直照在月表,能量密度本身就比地球上要大得多,更何况月亮总有一面能照到太阳,并且一照就是半个月,因此月球上的太阳能非常丰富。我们认为以现在的世界科技水平,在月球上架设太阳能发电设备并把电传输到地球是可行的。于是现在很多科学家设计建议在月球的赤道上系一条长11000公里、宽400公里的“腰带”,这条“腰带”得靠机器人去做,“腰带”收集太阳能传输到地球。假如做好了,地球上的人类子孙万代都不再需要其他任何能源了,因为太阳能是已知能源里最清洁、最安全的。还有一种能源是人们受到太阳活动的启发之后发现的。太阳光芒万丈,地球接受到的为人类提供光和热的太阳能量仅占其总能量的二十亿分之一。太阳为何能爆发出如此巨大的能量?经过人们的研究发现,太阳内部一直在进行大规模、长时间的氢弹爆炸。这一原理在军事上得到利用的直接产物是氢弹,一种杀伤性极强的武器。当然也有和平的利用方式,科学家们模仿太阳氢弹爆炸的活动在世界范围内制造了二百多台人工小太阳,中国有两台,一台在安徽合肥,一台在四川成都。我们期望将来可以利用人工小太阳发电,但这种发电方式面临着一个比较大的难处,就是要求点火温度(能使可燃混合物点燃的最低温度)必须达到一亿度到两亿度之间,现在我们可以做到的是让它的温度达到五千万度左右,还没有达到点火标准。我们所熟知的原子弹、核电站等,都是靠核裂变来实现的,目前世界上还没有哪个国家能达到用氢弹聚变原理来发电的技术水平,但人类一直朝着这个目标前进,相信在不久的将来定会实现。
中国每年要使用三亿吨石油、十几亿吨煤、几十亿方天然气,化石能源的巨大消耗同时也会造成严重的环境污染。虽然也有太阳能、风能等清洁能源可以利用,但它们解决不了根本问题。如果氢弹聚变的原理可以用来发电,就能完全替代化石能源,极大改善人类生活。
“氢”有两个同位素,一个叫“氘”,一个叫“氚”。其中“氚”在海水里就有很多,“氘”在地球上则十分稀少且具放射性,很不安全,于是科学家就建议能不能找个东西替代“氚”。后来大家找到了周期表中的第二个元素“氦”,决定用氦-3替代氢-3。因为氦-3和氘反应之后会释放出一个质子,整个过程是比较安全、稳定的,对发电来说安全尤为重要。但是还有一个问题,地球上没有氦-3要怎么办呢?科学家们最后琢磨来琢磨去,一致认为要去月球上找。其实太阳一直有把氦-3输送到地球,不仅地球,月球、火星等等都能接收到来自太阳的氦-3。但是地球有大气层啊,里面有对流层、平流层、臭氧层、电离层还有磁层,这样一层一层的大气保护着地球表面的万物生灵,同时也把氦-3隔绝在外。反观月亮上光秃秃的什么也没有,因此氦-3可以长期注入到月球表面的土壤里去。
2006年,在一次闲聊中,我问过俄罗斯的探月首席科学家加里莫夫院士,俄罗斯为什么要探月。他回答我说“为了解决全人类的能源问题”。于是我就回应他说:“嫦娥一号就要发射了,我可能会得到月球上氦-3如何分布,总量是多少等数据。”他大吃一惊,说:“你们居然已经做这件事情了。”我说:“是的,假如有结果我一定告诉你,这应该是全人类共享的数据。”
那么月球上有多少氦-3呢?估算下来大概在一百万到五百万吨之间。这个百万吨级的数量听起来比地球上亿吨级的煤和石油要少得多,但是只需运回一百吨的氦-3就足以解决全人类一整年的能源需求。如果这个数据是准确的,那么月球上的氦-3足以解决人类未来上万年的能源需求,所以对月球的探索很有必要。
第三,以人类的生存标准来看月球的环境相当恶劣,超高真空、昼夜温差大、没有磁场、引力小、弱重力......但是对个别实验和生产活动来说它却是极佳的场所。
综上所述,由于能源资源丰富、环境特殊和军事上的战略地位等原因,众多国家提出要重返月球。
月球虽然有丰富的资源,但是一般的资源开采在现阶段却并不划算,原因就在于成本太高,单是带一瓶一公斤的矿泉水到月亮上去就要花费两万美元的成本。根据联合国的相关规定,所有国家都可以对月亮进行开发利用,但不得在月亮上抢占土地,建立殖民。自从嫦娥一号顺利升空并圆满完成既定任务以后,我们在月球上也有了自己的话语权,已经可以维护好中国在月球上的合法权益。
2004年,美国宣布新的航天计划,航天局局长在讲话时称对航天飞机和空间站的研究是代价高昂的战略性错误。他说:“我们被限制在轨道已经太长时间了,NASA航空航天局丧失了正确发展的机会,空间计划的重心应该是开发太阳系。”2010年,美国政府决定让航天飞机全部退役,停止对国际空间站的投资,把所有的钱都拿出来用于对月球的探索。这种突然的转变是为什么?其实全世界的国家都能想明白,主要因为有三个要点:一是为了保持美国空间科技的领导地位;二是为了控制未来能源;三是为了占据军事领先优势。
探月工程需要使用大量的元器件,我们每次大概要用到二十万个,这么大的数量,什么性能的都有,自己造肯定是不现实的,所以不管哪个国家都会去别的国家买一些。我们从日本买过,并签订了合同,声明一拨元器件里只要有一个坏的就全部退货,还要罚款。日本人很痛快,都同意了,结果最后由于质量总出问题他们交了很多罚款。我一直觉得奇怪,这是何苦呢?后来就能理解了,他把我们的时间全都给耽误了。
世界上没有哪个国家真心希望中华人民共和国强大,中国人只有一条路可以走,是什么呢?艰苦奋斗、自力更生、自主创新。
欧美的计划是先探测月亮再探索火星,日本也是这么打算的,印度更是声称要举全国之力来实现载人登月。我们现在面临的是怎样一种状况呢?可以说是前有阻击、后有追兵,所以我们自己才更要努力。
三、中国的探月梦
中国为探测月球准备了35年,直到1993年探测条件基本成熟,我们才向国家请示是否可以实施,国家同意先行论证。第一阶段论证必要性和可行性,耗时两年;第二步论证发展战略及长远规划,花费两三年时间;第三阶段,论证技术要求是否都能满足,又需要研究两三年时间。再加上其他科研问题,前后我们一共论证了十年。
2004年1月23号,我国的探月计划第一次被批准了,当时申报的经费是14亿人民币。我简要向大家介绍一下“嫦娥工程”的情况。“嫦娥工程”不仅要建设与探月相关的全部基础设施,还要培养出一支工程队伍。截止目前,我们虽然发射了一百多个卫星,我们的宇航员也成功的飞上了太空,但我们始终没有摆脱地球的控制,一直是绕着地球转。航天之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基曾经预言“地球是人类的摇篮。人类绝不会永远躺在这个摇篮里,而会不断探索新的天体和空间。”“嫦娥工程”是中国人第一次设想离开自己的摇篮,因此我们的设计特别小心谨慎。
最先发射的嫦娥一号是一个卫星,我们先让它环绕地球转上三圈,接着冲出地球奔向月球,直到它被月球“抓住”,最后再慢慢调整轨道。为什么要先发射卫星呢?卫星绕着月亮飞,月亮在里面转,一个月的时间它就绕着月球转了一圈,把整个月球包括正面和背面在内全都给探测了一遍。
那么如何监测“嫦娥”呢?我们已有的很多测控站,包括远望号测量船,都因为距离太过遥远的原因测不准“嫦娥”。为了更好的监测“嫦娥”,我们新建了两台射电望远镜,分别是昆明40米直径的和北京密云50米直径的,大概有六个篮球场那么大。再加上之前上海和乌鲁木齐已有的两台射电望远镜,四台射电望远镜在中国的国土上张开一张网,数据由38万公里外的嫦娥一号直接传送到昆明和北京,这样我们就可以实现准确的监测了。
作为我们国家对月球的首次探测,嫦娥一号有很多工作要做,有许多科学目标要达成,其中包括其他国家早已做过的工作。比如,一张地图,别人或许做过十几个版本了,但我们要争取做一张更精准的。还有其他国家没做过的工作,我们更要积极探索。本着这样的初衷和要求,嫦娥一号自发射开始一直在规规矩矩的执行使命,历时13天14个小时19分,行程206万公里到达月球,接着保持距月表200公里的高度绕着月球飞行,并打开相机拍照。照相机在同一个位置会拍三张照片,镜头分别朝前、朝下、朝后,在飞行过程中,三张照片会被衔接起来。为什么要这样拍呢?因为想得到立体的照片。人有两只眼睛,看东西是两个视角,组合起来看到的才是立体的画面,那么三个视角就更加全面立体了。凭借这个办法,我们得到了全世界最棒得月表地图。另外还有一台测高仪器,在飞行的过程中它每秒都会测量一次当时的高度,最终得到了两千多万个高程点。把高程点连接起来就成了立体图,我们据此做了很多张立体图。还有三台专门用来测成份的仪器,它们负责对月球土壤中的矿物、化学元素组成等进行分析,据此我们可以换算出土壤的厚度,氦-3含量的多少及分布情况。测算出的月球上的氦-3总含量大概是103-129万吨,如果能得到有效利用,真的能解决全人类未来上万年的能源需求。
嫦娥一号一共飞行了一年零四个月,期间完成了大量的数据采集、测算和传输工作,当能量耗尽时它就会自己掉落到月球上,所以我们决定为它选择一个地点,主动撞下去,撞到丰富海地区。整个撞击过程通过立体照片被记录了下来,嫦娥一号从距月表15公里开始拍照,一直到撞上月球。嫦娥一号撞月球以后全体参与工程的人员都非常伤心,这是大家的心血呀!它最后撞得粉身碎骨埋葬在月球上,像英雄一样,报效自己的祖国。在为它感到骄傲的同时我们也下了一个决心,以后再也不允许它的后继者撞了,所以后续的“嫦娥二号”命运要好得多。
我们把嫦娥一号的全部数据无偿地提供给全国的高校和研究院所,凡是有需要的人都可以去下载,第二年,外国人也可以随意使用。细节就不再过多赘述了。
“嫦娥二号”是“嫦娥一号”的备份星,万一一号失败了二号还可以顶上去。在一号圆满完成任务的情况下,二号在2010年也发射升空了。这次我们胆子大了,直奔月球,原先花了十三天,现在只要五天就到了。探测考察时“二号”离月表距离更近,飞行高度100公里,相机经过改造之后可以像人眼一样地去拍摄。从它拍摄的照片中我们能清晰的看到月表上大大小小的坑洞,光是公里级(直径几公里)的就有三万多个。许多坑洞的底部有粉尘积聚,还有一个个小坑洞,说明后来又被其他小天体砸到过。之所以能观察的那么仔细,得益于“嫦娥二号”搭载的相机功能特别强大。最后我们对照片进行汇总,得到了一张分辨率可达七米的地图。也就是地球上直径大于7米的东西搁在月球上,它的图像一定能清晰地被“嫦娥二号”捕捉到。在这张图上月球的每一个细节都清晰可见,可惜的是只有电子版,要是做成纸质的要比一个足球场还大。
这张图一经公布之后还产生了意想不到的反响,很多网友来信质问我们为什么要隐瞒重大事项。据来信者称在许多书里读到过月球的背面有外星人,他们建设了基地生产武器,监视地球之类的内容。还听说阿姆斯特朗登上月球以后,外星人对他说要让人类珍爱生命、远离月球。根据嫦娥一号、二号的探测结果,我回应他们说没有在月球上发现外星人的踪迹,如果他们有图片作为凭证的话可以发给我,我来帮他们判断。结果就是收到了一大堆图,每一张图我都能从探测资料里找到原图,最后发现全是PS处理过的假照。比如有一张阿波罗十六号宇航员在月球采样的照片,人物和人物前面的景观都是真实的,后面则被加入了村庄和群山等景物,然后生生被说成是外星人制造武器的秘密工厂。还有一张更离谱,说是在百慕大消失的飞机出现在了月球上,被外星人劫持了,飞机把月表砸出了一个大坑。那个坑我很熟悉,探测的时候测量过,直径有90公里,飞机怎么可能砸出那么大的坑?再说月球属于真空环境,飞机是利用空气动力学才能飞行的,到了月球上根本没法飞。所以现在网络上、书籍里面流传的那些有关外星人的照片几乎全是假的。
人家经常问我对外星人是怎样一种态度。第一,我希望有外星人。如果整个宇宙中只有地球上的人类是具有高等智慧的生命,那我们就太孤独、太寂寞了,不知道自己来自何方,更不知道人类未来要去往何处。假如有更高等级的文明存在,他们或许可以给我们一些指点。第二,银河系只是一个很小的星系,太阳系就更小了,光是在银河系里像太阳一样的恒星就有两千亿颗,谁也不敢说这两千亿颗恒星中只有我们的太阳系有地球这样的行星,有人类这样的生命。整个宇宙中又有多少亿个像银河系一样的星系?所以外星人是可能存在的。2004年,贵阳的一片松树林在一夜之间全部被拦腰截断,这可能是我们国家关于外星人造访地球的传闻中最有名的一个。外星人也喜欢搞恶作剧吗?把松树砍得一般高?当时我刚好在贵阳,就请气象学会去作了调查。结果表明这是一种叫“下击暴流”的气候现象造成的,这种现象会带来强风。当地老百姓取松油时在每棵松树的树干上都留下了一道深深的刀口,强风来时,树自然从刀口处齐刷刷的折断了。还有大家经常听说的外星人岩画、麦田怪圈等,这种传说几乎每年都有,我把它们汇总起来并找到了两个共同点。第一,麦田怪圈出现的时机一定在旅游季节;第二,一定是在某个旅游区的周围。说白了外星人一夜之间的创作不过是吸引游客的噱头,麦田怪圈的景观全是人造的。
其实一直以来人类都希望能跟外星人取得联系。1972年,美国发射的航天探测器就曾试图寻找外星人。探测器上有一张简洁的示意图,表明我们处在太阳系的第三个行星上,是地球上最特殊的生物,有男、女两种性别,除此以外还有许多密码及其他信息。到目前为止飞得最远的探测器“旅行者一号”已经离开地球180亿公里,它记录了55种语言的问候语,包括汉语的“你好”。55种语言轮流在探测器上播放,另外还有90分钟的音乐,中国的《高山流水》和《茉莉花》也被收录了进去,希望外星人能够喜欢,可惜从来没有得到过回应。在这里有一点需要跟大家说明,十九世纪末意大利马可尼发明了无线电,人类从此可以用光速传播信息,他发出的第一束无线电波到现在为止走了多远呢?115光年。银河系有多大?直径10万光年。以整个宇宙来看,马可尼发出的信号现在还在距离地球很近的地方,远没有走出银河系。目前人类发现的与地球相似度最高的宜居星球开普勒-452b距离我们1400光年,也就是说以无线电光束的传播速度,从地球到那里要1400年。1400年前,我们看到的452b很适合人类居住,现在还是不是那个样子就不一定了。人类最快的火箭飞一光年需要两万多年,本世纪内我们想飞出太阳系是不可能的。理论上还有光子光速火箭、虫洞跳跃等办法,但实际上人类现在还远没有那样的科技水平。要达到光速的物体质量必须接近于零,目前只有光子符合这个质量条件,如果人想实现空间穿越,必须先转换成光子,到了几万年光年之外重新组合成一个人,这可能吗?至少以我们现在的技术是绝不可能的。现在中国造了全世界最大的天文望远镜,它有一个职能就是分辨是否有来自外星人的信号,以目前的技术手段最多也只能做到这一点。
“嫦娥二号”只用了半年时间就完成了既定的月球探测任务,接着我们下达指令让它飞到离地球150万公里远的拉格朗日2点上打开仪器,监测太阳。这项工作持续了235天,期间积累了大量太阳活动的数据和证据。后来,在用望远镜观测星空的过程中,我们发现了一颗小行星,将它命名为“战争之神”,并预计它将在大约2029年撞击地球。鉴于不知道这颗行星的大小和具体情况,我们就又把“嫦娥二号”派去跟战争之神见面了。根据要求,嫦娥二号要飞行700万公里,在与“战争之神”擦肩而过的瞬间对其进行拍照记录。“擦肩”的距离必须控制在一公里以内,不能太近也不能太远,否则就会拍不确切。700万公里远的行程,最后与该行星保持1公里以内的相对距离,这需要相当高超的技术掌控啊!最终嫦娥二号做到了,在距离“战争之神”860米的时候与其擦肩而过,一瞬间就把小行星的大小搞清楚了,行星上的几座大山在照片上也看得很清楚。现在嫦娥二号已经飞离地球大约两亿多公里了,这个人造小天体像八大行星一样绕着太阳在飞行,如果一切顺利的话,经过漫长的旅行,2029年它可能会再次回到地球附近。我们祝愿嫦娥二号一路平安。
“嫦娥三号”是2013年12月发射的月球软着陆探测器,由四条腿的月球探测器和月面巡视探测器(月球车)两部分组成,两个部分都需要在月球软着陆。按照我们的设计,探测器被月球捕获后开始调整轨道,在距月表15公里的时候到达指定地点的上空,我们管那个地方叫洪湾,这个过程预计用一个星期来完成。逐渐接近月表的时候,本来要先着陆在红旗上,没想到它第一天就正式着陆了。
在月球上着陆有一定的危险,如果不是软着陆就会直接砸在月表上摔得粉身碎骨。月球属于真空环境,降落伞毫无作用,所以探测器下面一定有一个发动机把它往上推,卸掉一部分下坠的力,让它缓慢地下落。下降到一定高度的时候要暂时停止移动,寻找合适的着陆地点,探测器的四条腿无论哪一条砸到月表的坑洞里去都会造成前功尽弃的后果。着陆现场的照片资料无法回传,因为照片传输到地球至少要1.3秒的时间,来回2.6秒,有这个时间它早就已经落下去了,因此探测器必须智能判断出合适的着陆地点。从距月表100公里的高度开始,我们要求“嫦娥三号”每下降100米就停下来一次,边拍照边选择安全的着陆点,直到顺利软着陆月面。整个过程中它一共拍了4673张照片,每次停下来在同一个高度挪来挪去的轨迹我们都捕捉到了,这说明很难找到一个适合的着陆点。最终嫦娥三号在一个四平方公里的地方顺利着陆了,起先我们以为很平,其实真的不平,里面有一万多个大大小小的撞击坑,嫦娥三号的四条腿能够都落在平地上实在是太秒了。
着陆器着陆以后要把两根轨道搭在月球上,轨道成功搭建后着陆器会炸开锁住月球车的各种锁,让月球车自动沿着轨道向下走,就这样,月球车的六个轮子在月面上留下了清晰的轮印。然后我们让月球车转过头来给着陆器拍照,再让着陆器给它拍照,以证明“嫦娥三号”成功软着陆。从我们实拍的照片资料中可以看到,在月亮上看地球就像在地球上看月亮一样,都是弯弯的。
习近平总书记曾这样评价过嫦娥三号:“嫦娥三号任务圆满成功,为我国航天事业发展树立了新的里程碑,在人类攀登科技高峰征程中刷新了中国高度。我们把‘玉兔号’的足迹刻在了月球上,也把中华民族非凡的创造力刻在了人类文明发展的光辉史册上。”
着陆器上有四台仪器,其中两台是国际上首次在月亮上使用的,一个是天文望远镜,一个是用来观察地球的仪器。月球的夜晚有半个月那么长,所以在月亮上观星一次可以看很久。我们借助这个优势发现了很多变星。变星指的是亮度与电磁辐射不稳定,经常变化并伴随着其他物理变化的恒星,与太阳这种亮度几乎固定的恒星有所区别。另外从月亮上观察地球,整个地球都会呈现在人的视域内,能够更好的把握地球周围环境的变化,比如等离子体层(近似于环状的电子浓度相当高的区域)的变化。月球车上也安了四台仪器,包括粒子激发X射线谱仪等,有创举意义的是月球车上放置了雷达。月球车在月面上移动的时候,我们就可以知道月球地底的分层和结构,这是人类尚未得到的信息。比较可惜的是月球车只有白天能正常工作,到了晚上气温特别低,熬过长达半个月的夜晚以后,第二天月球车又工作了几个小时就不听指挥了,只有着陆器还一直坚守在自己的岗位上。
有一个好消息要告诉大家,我们国家向国际申请将嫦娥三号落月的地方命名为广寒宫,已经得到了批准,现在月亮上真的有广寒宫了,以后全世界都要把这个地方称为广寒宫。另外,中国古代还有28宿,我们用28宿把“广寒宫”周围巨大的撞击坑也分别命名了,并且也得到了国际上的认可。
下一步我们要到月球上去采样,预计会派出四个探测器,总重8.2吨,现有的火箭都带不动,所以我们在天津造了长征五号大火箭。大火箭的尺寸太大了,比火车隧道还粗,用火车没办法运输,只能靠水运从天津运到海南,到时候从文昌发射。嫦娥五号的任务是把样品带回地球,整个过程没有人的介入,全部自动取样。着陆器上装有钻机,可以自动打钻,取出圆柱形的样品后装到火箭顶上的返回舱里。最难的一点是地月间有38万到40万公里,这个距离是不固定的,返回舱必须要跟绕着月亮飞行的一艘飞船自动对接才能返回地球。返回舱上没有人,那么远的距离用望远镜又观测不到,整个过程都是在不可见的状态下进行的,好在这些技术难题最终都被我们克服了。现在还有一个难点无法解决,返程中返回舱在高速状态下会燃烧起火,如果里面有人将会把人活活烧死。我们想到了一个办法,就像小孩子打水漂一样,随着跳跃次数的增多,石子的速度越来越慢,我们设想让返回舱在大气层里打几个“水漂”,以此降低它的速度。因为这种设想没有足够的把握,我们发射了一个返回舱和一个卫星来作实验验证,这是一个复杂的过程,大体是让飞船把返回舱扔进大气层,然后返回舱跳出来,飞一段时间再进去,经过南半球、非洲、印度洋及巴基斯坦、印度、西藏等地区,最后着陆在内蒙古四子王旗大草原上。实验结果是成功的,这意味着我们可以把样品成功带回来,也可以把人送上月球安全带回来,这是嫦娥五号探测器的采样返回计划。在这之后,我们还要将月球车着陆器着陆在月球背面,那里还从来没有过人类的足迹,要怎么操作呢?最大的技术难题是月球背面处于人类的视觉盲点,在地球上看不到,也不能通讯,所以要先发射一个卫星绕月球飞行。卫星飞到月球背面给月球车和着陆器下达指令,同时把它们的数据收集起来,等飞到正面的时候跟地球取得联系、报告情况,转到背面再去指挥。这种方法的技术难度和变数非常大,后来我们用另一个更加方便稳妥的方案替代了它。地月拉格朗日2点(拉格朗日点:在两大物体的引力下,能使小物体稳定的点)刚好处于月球的正背面,距月球6.8万公里,在L2点上既可以看到地球又能看到月球。通过建立空间中转站,我们可以把人造卫星留在L2点,使地、月能够取得联系,从而有效的指挥月球背面的着陆器和月球车展开工作。如果实现了,我们将会实施许多迄今为止人类都没有实施过的探测项目。
四、人类的未来在太空,中国人绝不止步于月球
中国人绝不能止步于月球探测,必须走的更远,未来我们要探测整个太阳系。为什么要探测太阳系?第一,太阳系如此庞大,难道在其他星球上真的没有生命吗?第二,到现在为止太阳系和八大行星的起源还是一个谜。第三,对地球和人类来说,目前能够造成威胁的两种情况分别是其他天体撞击地球和太阳爆炸,我们要研究如何规避这些灾难,规避是可行的,在这里我就不细说了。
另外,地球以外的资源、能源、环境的发现、开发和利用,对支持人类的可持续发展具有重大意义。几十亿年以后,如果地球毁灭,我们能不能提前为地球人类找到第二个比地球更安全的栖息地,保卫人类一直延续下去?月球无法改造,现在已知最适合改造的对象是火星,全世界的科学家都期望经过几个世纪的努力,把火星改造成人类的第二个栖息地,为了这个目标,世界各个国家都把火星探测纳入了计划。
一些国家已经先我们一步展开了对火星的探测,所以中国第一次探测火星时更要有自己的特色,不光有轨道器绕着火星转,还要有火星车等其他仪器设备。火星最吸引人类的地方是那里到底具不具备生命生存的条件,根据我国南极考察队从南极采集到的来自火星的石头可以看出,火星应该具备生命的生存条件。大家可能会纳闷,火星上的石头怎么会掉到地球上?怎么判断出是火星的石头呢?这里我简单解释一下,每当有小天体砸到火星或者月球,除了会把它们的表面砸出一个大坑以外,还会造成碎石块的高速抛射,绝大部分石块掉了回去,还会有少部分离开火星或月球在星际空间里乱飞,这少部分总有机会撞上地球。因为在宇宙空间里或者穿过地球大气的时候承受过多次撞击,碎块会变得更多更散碎,最终可能有70%掉到海洋里,毕竟海洋的覆盖面积占到了72%,20%多掉到了山林里面,但总有一些掉落在南极冰盖里被保存了下来,或者掉到沙漠里被人发现了。至于如何断定它们来自火星,就需要经过尖端仪器的检测和专业分析来得出结论了。
我们将一块掉落在摩洛哥沙漠里的火星陨石送到北京,科学家用世界上最先进的设备对它的构成进行分析,特别分析了碳的同位素。如果分析石油,我们可以判断出它是历史上地球的动物死后经过漫长的岁月形成的;分析煤炭,我们知道它实质上是植物的残骸;分析火星陨石也是同样的道理,最后我们证明了火星确实曾有生命物质存在过。2015年12月2号,这篇分析论证的文章在欧洲发表,同年12月16号,美国最大的火星车“好奇号”在火星上工作时,也得到了火星上曾经有过生命的证据。不管是什么样的生命,哪怕是细菌也是了不起的啊!
我写过一本书,叫《再造一个地球》,里面畅想了人类通过几个世纪的卓越努力,将火星这样一个贫瘠的行星改造成了拥有蔚蓝色天空和湖泊、绿色平原,生态环境特别友好的新世界。将来地球和火星或许会成为人类社会持续发展的姐妹共同体。
另外,地球外面有一万多个小行星,从几公里大到几十公里大的都有,运行轨道相当不规则,时不时就会撞地球。我们从中择出了三个来探测它们的轨道,又选了其中对地球最有威胁的一个给它伴飞。这个伴飞不单像嫦娥二号那样光是绕着它飞,还要从小行星上采样回来。
对于地球的另一个邻居金星,我们也要探测。金星的大气压是地球的90倍,人一上去就会被压扁。大气层里95%是二氧化碳,温室效应严重。我们国家极力倡导减少二氧化碳排放的原因就是二氧化碳增多会产生温室效应,导致地面增温、冰雪融化、海平面上升,进而造成更为严重的地球环境问题。金星的温室效应使金星的表面温度达到了485摄氏度,别说人体无法承受,机器到了上面也不能工作。虽然地球不会变成金星那样,但人类一定要以金星为鉴,及时改正自己的错误,维护好地球环境。
木星又被中国人称为太岁,古话说“谁敢在太岁头上动土”,对木星,我们也有自己的探测计划。木星有63个卫星,好比地球有63个月亮,大家可以自行想象一下。我们选择了它的第二个卫星进行研究探测。木卫2表面是冰,冰上有很多裂缝,里面有类似生物体排泄物一样的东西。因为经常有水从冰缝里喷射出来,我们认为木卫2的冰面底下应该是海洋,海里面有火山。因为维持生命需要的水和能量它都具有,所以有很多科学家推测木星的海底或许是一个繁华的生命世界。
中国应该“飞”得更远,我们要相信自己有这个能力。同时,我们有责任为中华民族伟大复兴做出新的贡献,也有义务为人类社会的持续发展做出更大的贡献。谢谢!
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责任编辑:杨雪
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