哈勃望遠(yuǎn)鏡30歲慶生 龍飛船發(fā)射 “天問(wèn)一號(hào)”升空

宇宙那么大 都想去看看

7月23日中午12：41，中國(guó)第一個(gè)火星探測(cè)器“天問(wèn)一號(hào)”搭載長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射中心成功升空。此次發(fā)射全球矚目，因?yàn)?ldquo;天問(wèn)一號(hào)”計(jì)劃實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)，即一舉三得地完成“繞著巡”，而目前只有美國(guó)完成過(guò)“一舉兩得”的火星探索方式。如果成功，中國(guó)將在深空探測(cè)能力上實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界上第三個(gè)在火星著陸、第二個(gè)在火星巡視的國(guó)家。

探索太空并非現(xiàn)代人的專利，人類自古就對(duì)星空產(chǎn)生了極強(qiáng)的好奇心和向往心，唐朝大詩(shī)人李賀就曾經(jīng)游目太空，寫下了“天河夜轉(zhuǎn)漂回星，銀浦流云學(xué)水聲”的詩(shī)句。幾百年后，在遙遠(yuǎn)的西方，科學(xué)家伽利略用望遠(yuǎn)鏡指向深邃浩淼的星空，天文學(xué)隨著望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明產(chǎn)生了翻天覆地的變化，人們自此知曉了太陽(yáng)黑子、月球上的隕石坑、木星周圍的四個(gè)衛(wèi)星和閃閃發(fā)光的銀河系等宇宙現(xiàn)象，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡隨后應(yīng)運(yùn)而生。

在能夠清晰地仰望星空后，人類又對(duì)走向那片星空展現(xiàn)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(guó)“太空爭(zhēng)霸”的激烈碰撞更是催生了人類航空航天歷史上無(wú)數(shù)個(gè)第一次——第一顆人造地球衛(wèi)星、第一艘載人飛船、第一個(gè)空間站、第一個(gè)太空探測(cè)器……

由于身體和時(shí)間的限制，人類自身無(wú)法到達(dá)比月球更遠(yuǎn)的地方，所以將探索宇宙的任務(wù)交給了太空探測(cè)器，讓它們來(lái)當(dāng)我們?cè)谔罩械难劬?。然而，向著星空更深處進(jìn)發(fā)的代價(jià)無(wú)比高昂，即使在美國(guó)國(guó)內(nèi)也有很多不贊同發(fā)展航空航天事業(yè)的聲音。但太空探索就像曾經(jīng)的大航海時(shí)代，有風(fēng)險(xiǎn)也有機(jī)遇，大多數(shù)國(guó)家對(duì)太空探索事業(yè)的投入都在持續(xù)增加：比如俄羅斯計(jì)劃2030年后在火星建立研究站;歐盟推出了伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，欲與美國(guó)的GPS定位系統(tǒng)相抗衡;日本和印度也相繼發(fā)射了月球探測(cè)器，成為全球?yàn)閿?shù)不多的掌握探月技術(shù)的國(guó)家。

“天問(wèn)一號(hào)”的成功發(fā)射只是中國(guó)人探索火星的萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步，不少國(guó)家的宇航機(jī)構(gòu)紛紛發(fā)來(lái)祝賀，歐洲航天局和美國(guó)宇航局以及不久前也同樣成功發(fā)射了火星探測(cè)器的阿聯(lián)酋航天局都發(fā)來(lái)賀電，祝愿“天問(wèn)一號(hào)”接下來(lái)的任務(wù)一切順利。“世界那么大，我想去看看”，而探索比世界更廣袤的宇宙更是古今中外無(wú)數(shù)代人的夢(mèng)想。不管世界各國(guó)在太空探索上經(jīng)歷了多少你追我趕，走了多少?gòu)澛?，付出了多大代價(jià)，太空探索事業(yè)無(wú)疑都是造福全人類、值得各國(guó)攜手共尋的夢(mèng)想。

望遠(yuǎn)鏡

“哈勃”定格神秘宇宙

2020年4月24日，是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射30周年的紀(jì)念日，戰(zhàn)功赫赫的“哈勃”已經(jīng)服役了整整30周年，為人類捕捉到了太陽(yáng)系、銀河系，乃至宇宙深處的無(wú)數(shù)神秘美麗的照片。為了紀(jì)念這個(gè)特別的“哈勃”生日，美國(guó)國(guó)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(wǎng)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(yuǎn)鏡是架在太空中的大型軌道天文臺(tái)，它的歷史可以追溯到1946年天文學(xué)家小萊曼·斯皮策所寫的《在地球之外的天文觀測(cè)優(yōu)勢(shì)》一文。在文中，斯皮策指出了在太空建立天文臺(tái)的兩大好處，其一是觀測(cè)結(jié)果不受地球大氣層影響，其二是可以觀測(cè)被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。

要知道，通過(guò)地球大氣層觀測(cè)太空中的天體，就像是透過(guò)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(yuǎn)鏡才能夠探測(cè)到來(lái)自恒星、星系和太空中其他天體的光，而這些光都沒有經(jīng)過(guò)大氣層的扭曲和吸收，觀測(cè)結(jié)果也會(huì)更加清晰。

為了實(shí)現(xiàn)在太空中架起天文望遠(yuǎn)鏡的夢(mèng)想，斯皮策將空間望遠(yuǎn)鏡作為自己畢生的事業(yè)。1965年，美國(guó)建立了一個(gè)旨在建造空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)委員會(huì)，斯皮策被任命為主任委員。1975年，美國(guó)宇航局與歐洲航天局開始一起研制太空望遠(yuǎn)鏡。

1990年，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡搭乘“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)成功升空，從斯皮策首次提出太空望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想發(fā)展到哈勃空間望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射，人類用了44年的時(shí)間將架在地上的望遠(yuǎn)鏡發(fā)射到了太空中。

縱觀望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展史，你會(huì)發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展幾乎與天文學(xué)息息相關(guān)。1608年，荷蘭眼鏡制造商漢斯·利伯希制造了一架能夠?qū)⑦h(yuǎn)處物體的圖像放大三倍的望遠(yuǎn)鏡，并為它申請(qǐng)了專利。僅僅一年后，意大利科學(xué)家伽利略就將望遠(yuǎn)鏡指向了天空，制造出了人類歷史上第一架天文望遠(yuǎn)鏡。這架天文望遠(yuǎn)鏡能將遠(yuǎn)處的物體放大30倍，伽利略用它觀測(cè)到了月球上的山脈和隕石坑，觀測(cè)到了木星的四顆衛(wèi)星，還看到了一條漫射在天空中拱起的光帶——那時(shí)伽利略還不知道這條光帶就是我們的銀河系。

然而，伽利略的天文望遠(yuǎn)鏡是用透鏡做物鏡的折射望遠(yuǎn)鏡，這種望遠(yuǎn)鏡有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是色差問(wèn)題，因?yàn)楣馐菬o(wú)數(shù)不同顏色光波的混合，每種光波的波長(zhǎng)不同，而不同波長(zhǎng)的光波通過(guò)一個(gè)單片透鏡時(shí)，會(huì)被聚集到略微不同的焦點(diǎn)上去，這樣觀測(cè)到的圖像就會(huì)變得模糊不清。在1668年以前，所有天文學(xué)家都覺得色差問(wèn)題是無(wú)法避免的，直到牛頓用金屬凹面鏡做出了反射式望遠(yuǎn)鏡，將折射后的光通過(guò)反射鏡反射到一個(gè)平面鏡上，平面鏡再將光反射到望遠(yuǎn)鏡的目鏡，很好地解決了折射望遠(yuǎn)鏡的色差問(wèn)題。

在伽利略和牛頓時(shí)代之后，天文學(xué)蓬勃發(fā)展，天文望遠(yuǎn)鏡也一直在變得更大、更復(fù)雜。隨著科技的進(jìn)步，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了許多暗淡的恒星，并計(jì)算出了恒星之間的距離。

19世紀(jì)，天文學(xué)家使用一種叫作分光鏡的新儀器，收集了關(guān)于天體的化學(xué)成分和物理運(yùn)動(dòng)的信息。20世紀(jì)時(shí)，天文學(xué)家們意識(shí)到，無(wú)論是巨大的望遠(yuǎn)鏡還是專門的儀器，都會(huì)受到地球大氣層的影響，觀測(cè)結(jié)果也會(huì)因?yàn)榈厍蛏系奶鞖庠虬l(fā)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(yuǎn)鏡由此應(yīng)運(yùn)而生。

火箭

羅伯特的研究奠定了技術(shù)基礎(chǔ)

北京時(shí)間2020年5月31日凌晨3:22分，搭載兩名美國(guó)宇航員的太空探索技術(shù)公司SpaceX的龍飛船發(fā)射成功，乘“獵鷹9號(hào)”火箭飛往國(guó)際空間站。這是自2011年以來(lái)美國(guó)首次使用本國(guó)火箭和飛船從本土將航天員送往國(guó)際空間站，更是人類歷史上首次由私營(yíng)公司開發(fā)的商業(yè)載人航天發(fā)射。

其實(shí)，火箭最開始只是一種武器，直到1920年羅伯特·高達(dá)德出版了《到達(dá)超高空的方法》一書——這本書引起了全世界的注意，贊美和嘲笑接踵而來(lái)，人們不認(rèn)為火箭可以到達(dá)月球?！都~約時(shí)報(bào)》甚至開了一個(gè)名為“多級(jí)火箭可以到達(dá)月球”的大專欄來(lái)嘲笑羅伯特，評(píng)價(jià)他“甚至連高中的基本物理常識(shí)都不懂，就開始整天幻想著去月球旅行了”。

不管別人怎么說(shuō)，羅伯特仍繼續(xù)他的火箭研究：1926年，他在美國(guó)馬薩諸塞州奧本鎮(zhèn)發(fā)射了一枚液態(tài)燃料火箭——人類發(fā)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(jìn)了184米外的菜地里。雖然羅伯特的研究直到他死時(shí)都始終沒能得以使用，但他對(duì)火箭的研究奠定了至今為止人類液態(tài)燃料火箭技術(shù)的基礎(chǔ)。

航天器

“太空積木”橫空出世

火箭技術(shù)成熟后，出現(xiàn)了運(yùn)載火箭，人們會(huì)用運(yùn)載火箭將人造地球衛(wèi)星、載人飛船、空間站、太空探測(cè)器等航天器送入太空;任務(wù)完成后，運(yùn)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(yè)生涯。

20世紀(jì)六七十年代，美蘇的“太空爭(zhēng)霸”見證了航天器的發(fā)展和崛起，世界上第一個(gè)航天器是前蘇聯(lián)1957年10月4日發(fā)射的“人造地球衛(wèi)星1號(hào)”，由前蘇聯(lián)的R7火箭在拜克努爾航天基地發(fā)射升空。衛(wèi)星的發(fā)射讓人類向著太空更進(jìn)一步，R7火箭的巨大成功也在那時(shí)震懾了整個(gè)西方世界，由此在美國(guó)國(guó)內(nèi)引發(fā)了一連串事件，如史普尼克危機(jī)、華爾街小股災(zāi)等。

美蘇兩國(guó)的“太空爭(zhēng)霸”在航空航天事業(yè)上的激情碰撞擦出了許多火花。1958年，美國(guó)在佛羅里達(dá)州卡拉維納爾角發(fā)射了自己的第一顆衛(wèi)星——“探險(xiǎn)者1號(hào)”，美國(guó)NASA也隨之成立;1961年，前蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林乘坐宇宙飛船進(jìn)入太空，在太空中飛行了108分鐘，成為了第一個(gè)繞地球軌道飛行的人;1969年，美國(guó)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(gè)成功登月的宇航員……

前蘇聯(lián)解體后，美國(guó)對(duì)太空探索事業(yè)更加野心勃勃，1971年發(fā)射了“水手9號(hào)”火星探測(cè)器，打算為載人登陸火星計(jì)劃做好準(zhǔn)備。但這個(gè)項(xiàng)目所需資金過(guò)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(jī)方案，想要研制可多次使用的廉價(jià)太空運(yùn)載工具。這個(gè)項(xiàng)目剛開始確實(shí)給美國(guó)帶來(lái)了低成本太空飛行的希望，但美國(guó)萬(wàn)萬(wàn)沒想到的是，每次飛行后，航天飛機(jī)除了發(fā)動(dòng)機(jī)，其他部件基本都得換。制造一架航天飛機(jī)成本在30億美元左右，但每年光維修費(fèi)就需要5億美元，更別提航天飛機(jī)事故頻發(fā)，最終讓17名宇航員付出了生命的代價(jià)。美國(guó)被迫在2011年停止了航天飛機(jī)計(jì)劃。

放眼全球，太空探索就像曾經(jīng)的大航海時(shí)代——當(dāng)時(shí)歐洲不少國(guó)家抓住了先機(jī)，躋身世界強(qiáng)國(guó)之列，而這次美蘇兩國(guó)在太空探索領(lǐng)域走在了前列，他們之間的競(jìng)賽也刺激著其他國(guó)家紛紛“出海”。1998年1月，美國(guó)、俄羅斯、日本、加拿大、巴西，以及歐洲航天局11個(gè)成員國(guó)共16個(gè)國(guó)家共同簽署了組建“國(guó)際空間站”的協(xié)議。

1998年，俄羅斯制造的“曙光號(hào)”功能貨艙發(fā)射升空，國(guó)際空間站也開始正式組裝。經(jīng)過(guò)十多年的建設(shè)，2010年建造任務(wù)終于完成，“國(guó)際空間站”轉(zhuǎn)入全面使用階段?，F(xiàn)在，這座大型的“太空積木”已經(jīng)成為人類在太空存在的永久標(biāo)志。各國(guó)在太空探索事業(yè)上的爭(zhēng)先恐后給世界航天技術(shù)留下了豐富遺產(chǎn)，促進(jìn)了氣象衛(wèi)星、載人航天以及國(guó)際空間站等航天科技的躍升，同時(shí)也讓人類得以探求曾一無(wú)所知的神秘宇宙。

太空探測(cè)器

向著星空深處進(jìn)發(fā)

憑借現(xiàn)有的科技，人類自身最遠(yuǎn)能抵達(dá)的星球就是月球了。由于身體和時(shí)間的限制，人類將探索宇宙的任務(wù)交給了一種無(wú)人航天器——太空探測(cè)器，讓它們?nèi)?duì)行星、衛(wèi)星、彗星進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍照并搜集科學(xué)數(shù)據(jù)，或者是登陸各類星球并分析土壤和空氣成分。

太空探測(cè)器也被稱為深空探測(cè)器，是用于探測(cè)地球以外天體和星際空間的無(wú)人航天器。前蘇聯(lián)1959年1月2日發(fā)射的“月球1號(hào)”探測(cè)器是人類發(fā)射成功的第一個(gè)太空探測(cè)器，它從距離月球表面5000多千米處飛過(guò)，并在飛行過(guò)程中測(cè)量了月球磁場(chǎng)、宇宙射線等數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)入日心軌道，成為了地球的第一顆人造行星。

對(duì)于大部分太空探測(cè)器來(lái)說(shuō)，走進(jìn)星空意味著一場(chǎng)沒有盡頭的遠(yuǎn)游，目前飛得最遠(yuǎn)的太空探測(cè)器是美國(guó)NASA于1977年發(fā)射的“旅行者1號(hào)”。43歲的“旅行者1號(hào)”曾到訪過(guò)木星及土星，是提供了其衛(wèi)星高解像清晰照片的第一架航天器。它在1979年經(jīng)過(guò)木星系統(tǒng)，1980年經(jīng)過(guò)土星系統(tǒng)，1989年駛向銀河系中心方向，2012年到達(dá)太陽(yáng)系邊緣，2014年離開太陽(yáng)系飛向別的恒星。作為人類制造的首個(gè)沖出太陽(yáng)系的飛行器，截至2020年8月16日，“旅行者1號(hào)”和地球之間已經(jīng)達(dá)到了149.83個(gè)天文單位，也就是224億公里的距離。

太空時(shí)代

各國(guó)你追我趕

雖然浩瀚無(wú)垠的星空能給人類帶來(lái)無(wú)盡的遐想與希望，但向著美麗星空進(jìn)發(fā)的成本實(shí)在是不低，因此即使在美國(guó)國(guó)內(nèi)也有很多不贊同發(fā)展航空航天事業(yè)的聲音。這些質(zhì)疑從美國(guó)決定開展航空航天事業(yè)時(shí)就存在，在美國(guó)決定建造國(guó)際空間站時(shí)達(dá)到了頂峰，因?yàn)槊绹?guó)為這個(gè)項(xiàng)目投資了近千億美元的資金，現(xiàn)在每年還需要投入30億到40億美元來(lái)確?？臻g站的正常運(yùn)行，當(dāng)初對(duì)這一計(jì)劃興致勃勃的政治家也不禁望而卻步。

2005年，美國(guó)宇航局局長(zhǎng)邁克爾·格里芬在接受《今日美國(guó)》采訪時(shí)表示，建造航天飛機(jī)、空間站是代價(jià)高昂的“戰(zhàn)略性錯(cuò)誤”，現(xiàn)在大家公認(rèn)這是一條錯(cuò)誤的道路，美國(guó)正努力將損失降到最低。2018年，美國(guó)《華盛頓郵報(bào)》援引美國(guó)宇航局文件報(bào)道，美國(guó)政府計(jì)劃在2025年停止對(duì)國(guó)際空間站的直接注資，并打算將其轉(zhuǎn)手，賣給私營(yíng)企業(yè)。種種跡象表明，國(guó)際空間站現(xiàn)在可能已經(jīng)是美國(guó)宇航局的累贅和包袱。

在美國(guó)為國(guó)際空間站焦頭爛額時(shí)，其他國(guó)家卻并未止步不前——雖然太空探索事業(yè)是個(gè)無(wú)底洞，但誰(shuí)也不知道太空經(jīng)濟(jì)、太空時(shí)代何時(shí)就會(huì)來(lái)臨，所以有實(shí)力的國(guó)家還是會(huì)撥出一部分財(cái)政資金來(lái)支持國(guó)內(nèi)航空航天事業(yè)的發(fā)展。

俄羅斯繼承了前蘇聯(lián)90%的航天工業(yè)，進(jìn)入21世紀(jì)后，俄羅斯經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，太空復(fù)興計(jì)劃被提上日程。2009年，俄羅斯通過(guò)了國(guó)內(nèi)首部關(guān)于衛(wèi)星導(dǎo)航的法律——“格洛納斯”《導(dǎo)航活動(dòng)法》，規(guī)定俄羅斯軍用、民用車輛以及車輛管理設(shè)備上需安裝“格洛納斯”導(dǎo)航設(shè)備，來(lái)增強(qiáng)俄羅斯的防御潛力與安全，提高運(yùn)輸管理。2012年，俄羅斯聯(lián)邦航天局出臺(tái)《2030年及未來(lái)俄羅斯航天發(fā)展戰(zhàn)略(草案)》，宣稱在2030年后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(dòng)計(jì)劃白皮書》，提出整合全歐洲資源發(fā)展航空航天事業(yè)的戰(zhàn)略思想。為了能獨(dú)立自主地進(jìn)入太空“打拼”，歐洲決定在衛(wèi)星定位系統(tǒng)上下功夫，在2003年啟動(dòng)了伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì)劃，并于2016年正式投入使用。與美國(guó)的GPS系統(tǒng)相比，“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量更多、軌道位置更高、覆蓋面積更大，是世界首個(gè)純民用的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。

日本和印度近年來(lái)也在航空航天事業(yè)中不斷發(fā)力：日本在2007年發(fā)射了“月亮女神”月球探測(cè)器，2008年又出臺(tái)了《宇宙基本法》和《宇宙基本計(jì)劃》，2009年成功發(fā)射空間站轉(zhuǎn)運(yùn)飛行器1號(hào)(HTV1)——日本首個(gè)無(wú)人駕駛太空貨運(yùn)飛船。印度則是力求與航天大國(guó)建立良好合作基礎(chǔ)，并不斷增加航空航天事業(yè)的經(jīng)費(fèi)預(yù)算。2008年10月，印度空間研究組織成功發(fā)射了印度首個(gè)月球探測(cè)器“月船1號(hào)”，成為了世界第五個(gè)掌握探月技術(shù)的國(guó)家。 (田夢(mèng)媛)

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