宇宙那么大 都想去看看

来源:北京青年报

图集

哈勃望远镜30岁庆生 龙飞船发射 “天问一号”升空

宇宙那么大 都想去看看

7月23日中午12：41，中国第一个火星探测器“天问一号”搭载长征五号遥四运载火箭在海南文昌航天发射中心成功升空。此次发射全球瞩目，因为“天问一号”计划实现火星环绕、着陆和巡视三项任务，即一举三得地完成“绕着巡”，而目前只有美国完成过“一举两得”的火星探索方式。如果成功，中国将在深空探测能力上实现跨越式发展，成为世界上第三个在火星着陆、第二个在火星巡视的国家。

探索太空并非现代人的专利，人类自古就对星空产生了极强的好奇心和向往心，唐朝大诗人李贺就曾经游目太空，写下了“天河夜转漂回星，银浦流云学水声”的诗句。几百年后，在遥远的西方，科学家伽利略用望远镜指向深邃浩淼的星空，天文学随着望远镜的发明产生了翻天覆地的变化，人们自此知晓了太阳黑子、月球上的陨石坑、木星周围的四个卫星和闪闪发光的银河系等宇宙现象，哈勃空间望远镜随后应运而生。

在能够清晰地仰望星空后，人类又对走向那片星空展现出了十足的“雄心”。被用作武器的火箭从一开始就成了人类上天的工具，美苏两国“太空争霸”的激烈碰撞更是催生了人类航空航天历史上无数个第一次——第一颗人造地球卫星、第一艘载人飞船、第一个空间站、第一个太空探测器……

由于身体和时间的限制，人类自身无法到达比月球更远的地方，所以将探索宇宙的任务交给了太空探测器，让它们来当我们在太空中的眼睛。然而，向着星空更深处进发的代价无比高昂，即使在美国国内也有很多不赞同发展航空航天事业的声音。但太空探索就像曾经的大航海时代，有风险也有机遇，大多数国家对太空探索事业的投入都在持续增加：比如俄罗斯计划2030年后在火星建立研究站；欧盟推出了伽利略卫星导航系统，欲与美国的GPS定位系统相抗衡；日本和印度也相继发射了月球探测器，成为全球为数不多的掌握探月技术的国家。

“天问一号”的成功发射只是中国人探索火星的万里长征第一步，不少国家的宇航机构纷纷发来祝贺，欧洲航天局和美国宇航局以及不久前也同样成功发射了火星探测器的阿联酋航天局都发来贺电，祝愿“天问一号”接下来的任务一切顺利。“世界那么大，我想去看看”，而探索比世界更广袤的宇宙更是古今中外无数代人的梦想。不管世界各国在太空探索上经历了多少你追我赶，走了多少弯路，付出了多大代价，太空探索事业无疑都是造福全人类、值得各国携手共寻的梦想。

望远镜

“哈勃”定格神秘宇宙

2020年4月24日，是哈勃空间望远镜发射30周年的纪念日，战功赫赫的“哈勃”已经服役了整整30周年，为人类捕捉到了太阳系、银河系，乃至宇宙深处的无数神秘美丽的照片。为了纪念这个特别的“哈勃”生日，美国国家航空航天局（NASA）从3月底开始就上线了一档特别的生日礼物——在其官网上公开了366张珍贵的宇宙图像，用户登录就可以查看自己生日那天的宇宙图像。

哈勃空间望远镜是架在太空中的大型轨道天文台，它的历史可以追溯到1946年天文学家小莱曼·斯皮策所写的《在地球之外的天文观测优势》一文。在文中，斯皮策指出了在太空建立天文台的两大好处，其一是观测结果不受地球大气层影响，其二是可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。

要知道，通过地球大气层观测太空中的天体，就像是透过一杯水看世界，所有东西都是扭曲或者不清晰的。只有在地球大气层以外的地方，望远镜才能够探测到来自恒星、星系和太空中其他天体的光，而这些光都没有经过大气层的扭曲和吸收，观测结果也会更加清晰。

为了实现在太空中架起天文望远镜的梦想，斯皮策将空间望远镜作为自己毕生的事业。1965年，美国建立了一个旨在建造空间望远镜的科学委员会，斯皮策被任命为主任委员。1975年，美国宇航局与欧洲航天局开始一起研制太空望远镜。

1990年，哈勃空间望远镜搭乘“发现号”航天飞机成功升空，从斯皮策首次提出太空望远镜的设想发展到哈勃空间望远镜成功发射，人类用了44年的时间将架在地上的望远镜发射到了太空中。

纵观望远镜的发展史，你会发现望远镜的发展几乎与天文学息息相关。1608年，荷兰眼镜制造商汉斯·利伯希制造了一架能够将远处物体的图像放大三倍的望远镜，并为它申请了专利。仅仅一年后，意大利科学家伽利略就将望远镜指向了天空，制造出了人类历史上第一架天文望远镜。这架天文望远镜能将远处的物体放大30倍，伽利略用它观测到了月球上的山脉和陨石坑，观测到了木星的四颗卫星，还看到了一条漫射在天空中拱起的光带——那时伽利略还不知道这条光带就是我们的银河系。

然而，伽利略的天文望远镜是用透镜做物镜的折射望远镜，这种望远镜有一个很大的缺点，就是色差问题，因为光是无数不同颜色光波的混合，每种光波的波长不同，而不同波长的光波通过一个单片透镜时，会被聚集到略微不同的焦点上去，这样观测到的图像就会变得模糊不清。在1668年以前，所有天文学家都觉得色差问题是无法避免的，直到牛顿用金属凹面镜做出了反射式望远镜，将折射后的光通过反射镜反射到一个平面镜上，平面镜再将光反射到望远镜的目镜，很好地解决了折射望远镜的色差问题。

在伽利略和牛顿时代之后，天文学蓬勃发展，天文望远镜也一直在变得更大、更复杂。随着科技的进步，天文学家发现了许多暗淡的恒星，并计算出了恒星之间的距离。

19世纪，天文学家使用一种叫作分光镜的新仪器，收集了关于天体的化学成分和物理运动的信息。20世纪时，天文学家们意识到，无论是巨大的望远镜还是专门的仪器，都会受到地球大气层的影响，观测结果也会因为地球上的天气原因发生偏移。于是就像400多年前的伽利略一样，他们将目光再次移向了太空，哈勃空间望远镜由此应运而生。

火箭

罗伯特的研究奠定了技术基础

北京时间2020年5月31日凌晨3:22分，搭载两名美国宇航员的太空探索技术公司SpaceX的龙飞船发射成功，乘“猎鹰9号”火箭飞往国际空间站。这是自2011年以来美国首次使用本国火箭和飞船从本土将航天员送往国际空间站，更是人类历史上首次由私营公司开发的商业载人航天发射。

其实，火箭最开始只是一种武器，直到1920年罗伯特·高达德出版了《到达超高空的方法》一书——这本书引起了全世界的注意，赞美和嘲笑接踵而来，人们不认为火箭可以到达月球。《纽约时报》甚至开了一个名为“多级火箭可以到达月球”的大专栏来嘲笑罗伯特，评价他“甚至连高中的基本物理常识都不懂，就开始整天幻想着去月球旅行了”。

不管别人怎么说，罗伯特仍继续他的火箭研究：1926年，他在美国马萨诸塞州奥本镇发射了一枚液态燃料火箭——人类发射的第一枚液体火箭“尼尔”，可惜总共才飞行了2.5秒，就一头栽进了184米外的菜地里。虽然罗伯特的研究直到他死时都始终没能得以使用，但他对火箭的研究奠定了至今为止人类液态燃料火箭技术的基础。

航天器

“太空积木”横空出世

火箭技术成熟后，出现了运载火箭，人们会用运载火箭将人造地球卫星、载人飞船、空间站、太空探测器等航天器送入太空；任务完成后，运载火箭被抛弃重新坠落地面，航天器则正式开启自己的职业生涯。

20世纪六七十年代，美苏的“太空争霸”见证了航天器的发展和崛起，世界上第一个航天器是前苏联1957年10月4日发射的“人造地球卫星1号”，由前苏联的R7火箭在拜克努尔航天基地发射升空。卫星的发射让人类向着太空更进一步，R7火箭的巨大成功也在那时震慑了整个西方世界，由此在美国国内引发了一连串事件，如史普尼克危机、华尔街小股灾等。

美苏两国的“太空争霸”在航空航天事业上的激情碰撞擦出了许多火花。1958年，美国在佛罗里达州卡拉维纳尔角发射了自己的第一颗卫星——“探险者1号”，美国NASA也随之成立；1961年，前苏联宇航员尤里·加加林乘坐宇宙飞船进入太空，在太空中飞行了108分钟，成为了第一个绕地球轨道飞行的人；1969年，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗在月球上迈出了“自己的一小步，人类的一大步”，成为人类历史上第一个成功登月的宇航员……

前苏联解体后，美国对太空探索事业更加野心勃勃，1971年发射了“水手9号”火星探测器，打算为载人登陆火星计划做好准备。但这个项目所需资金过多，政治家们普遍表示了不支持。

于是NASA又出新招，在1976年推出了“哥伦比亚”航天飞机方案，想要研制可多次使用的廉价太空运载工具。这个项目刚开始确实给美国带来了低成本太空飞行的希望，但美国万万没想到的是，每次飞行后，航天飞机除了发动机，其他部件基本都得换。制造一架航天飞机成本在30亿美元左右，但每年光维修费就需要5亿美元，更别提航天飞机事故频发，最终让17名宇航员付出了生命的代价。美国被迫在2011年停止了航天飞机计划。

放眼全球，太空探索就像曾经的大航海时代——当时欧洲不少国家抓住了先机，跻身世界强国之列，而这次美苏两国在太空探索领域走在了前列，他们之间的竞赛也刺激着其他国家纷纷“出海”。1998年1月，美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西，以及欧洲航天局11个成员国共16个国家共同签署了组建“国际空间站”的协议。

1998年，俄罗斯制造的“曙光号”功能货舱发射升空，国际空间站也开始正式组装。经过十多年的建设，2010年建造任务终于完成，“国际空间站”转入全面使用阶段。现在，这座大型的“太空积木”已经成为人类在太空存在的永久标志。各国在太空探索事业上的争先恐后给世界航天技术留下了丰富遗产，促进了气象卫星、载人航天以及国际空间站等航天科技的跃升，同时也让人类得以探求曾一无所知的神秘宇宙。

太空探测器

向着星空深处进发

凭借现有的科技，人类自身最远能抵达的星球就是月球了。由于身体和时间的限制，人类将探索宇宙的任务交给了一种无人航天器——太空探测器，让它们去对行星、卫星、彗星进行远距离拍照并搜集科学数据，或者是登陆各类星球并分析土壤和空气成分。

太空探测器也被称为深空探测器，是用于探测地球以外天体和星际空间的无人航天器。前苏联1959年1月2日发射的“月球1号”探测器是人类发射成功的第一个太空探测器，它从距离月球表面5000多千米处飞过，并在飞行过程中测量了月球磁场、宇宙射线等数据，随后进入日心轨道，成为了地球的第一颗人造行星。

对于大部分太空探测器来说，走进星空意味着一场没有尽头的远游，目前飞得最远的太空探测器是美国NASA于1977年发射的“旅行者1号”。43岁的“旅行者1号”曾到访过木星及土星，是提供了其卫星高解像清晰照片的第一架航天器。它在1979年经过木星系统，1980年经过土星系统，1989年驶向银河系中心方向，2012年到达太阳系边缘，2014年离开太阳系飞向别的恒星。作为人类制造的首个冲出太阳系的飞行器，截至2020年8月16日，“旅行者1号”和地球之间已经达到了149.83个天文单位，也就是224亿公里的距离。

太空时代

各国你追我赶

虽然浩瀚无垠的星空能给人类带来无尽的遐想与希望，但向着美丽星空进发的成本实在是不低，因此即使在美国国内也有很多不赞同发展航空航天事业的声音。这些质疑从美国决定开展航空航天事业时就存在，在美国决定建造国际空间站时达到了顶峰，因为美国为这个项目投资了近千亿美元的资金，现在每年还需要投入30亿到40亿美元来确保空间站的正常运行，当初对这一计划兴致勃勃的政治家也不禁望而却步。

2005年，美国宇航局局长迈克尔·格里芬在接受《今日美国》采访时表示，建造航天飞机、空间站是代价高昂的“战略性错误”，现在大家公认这是一条错误的道路，美国正努力将损失降到最低。2018年，美国《华盛顿邮报》援引美国宇航局文件报道，美国政府计划在2025年停止对国际空间站的直接注资，并打算将其转手，卖给私营企业。种种迹象表明，国际空间站现在可能已经是美国宇航局的累赘和包袱。

在美国为国际空间站焦头烂额时，其他国家却并未止步不前——虽然太空探索事业是个无底洞，但谁也不知道太空经济、太空时代何时就会来临，所以有实力的国家还是会拨出一部分财政资金来支持国内航空航天事业的发展。

俄罗斯继承了前苏联90%的航天工业，进入21世纪后，俄罗斯经济复苏，太空复兴计划被提上日程。2009年，俄罗斯通过了国内首部关于卫星导航的法律——“格洛纳斯”《导航活动法》，规定俄罗斯军用、民用车辆以及车辆管理设备上需安装“格洛纳斯”导航设备，来增强俄罗斯的防御潜力与安全，提高运输管理。2012年，俄罗斯联邦航天局出台《2030年及未来俄罗斯航天发展战略（草案）》，宣称在2030年后俄罗斯将在火星建立研究站。

欧盟在2003年11月11日推出了《航天政策行动计划白皮书》，提出整合全欧洲资源发展航空航天事业的战略思想。为了能独立自主地进入太空“打拼”，欧洲决定在卫星定位系统上下功夫，在2003年启动了伽利略卫星导航系统计划，并于2016年正式投入使用。与美国的GPS系统相比，“伽利略”导航系统的卫星数量更多、轨道位置更高、覆盖面积更大，是世界首个纯民用的卫星导航定位系统。

日本和印度近年来也在航空航天事业中不断发力：日本在2007年发射了“月亮女神”月球探测器，2008年又出台了《宇宙基本法》和《宇宙基本计划》，2009年成功发射空间站转运飞行器1号（HTV1）——日本首个无人驾驶太空货运飞船。印度则是力求与航天大国建立良好合作基础，并不断增加航空航天事业的经费预算。2008年10月，印度空间研究组织成功发射了印度首个月球探测器“月船1号”，成为了世界第五个掌握探月技术的国家。 （田梦媛）

责任编辑： 周楚卿