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郑永春:未来一百年,人类将走向哪里

摘要:从人类和地球的角度来说,一百年时间不算长,也不算短。在最近的一百年时间里,人类的科技和生活都发生了日新月异的变化。那么在未来的一百年时间里,人类又将走向哪里?在本讲座中,中国科学院国家天文台研究员郑永春将通过回答“我们为什么要去深空”“未来一百年,我们将走向哪里”“我们如何走向那里”三个问题,层层递进,带您一同对未来一百年的人类世界进行畅想。

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郑永春 中国科学院国家天文台研究员

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从人类和地球的角度来说,一百年时间不算长,也不算短。在最近的一百年时间里,人类的科技和生活都发生了日新月异的变化。那么在未来的一百年时间里,人类又将走向哪里?

通过观察“星轨”,即星星划过的轨迹,我们能够直接感受到地球的转动。地球的自转周期是24小时。正因有这样倾斜的自转,再加上太阳光交替直射南北半球,我们才有了昼夜和四季。虽然在文学上常说太阳每天新升,但在科学上,我们还是要有一个科学的视角,既以此观察我们自己,也以此观察地球、宇宙。

1977年,“旅行者”1号、2号两艘无人外太阳系空间探测器发射升空。之所以要发射两艘探测器,是因为要确保航天任务的成功,就如同“嫦娥二号”是“嫦娥一号”的备份一样。在“嫦娥一号”顺利完成任务的同时,我们选择让“嫦娥二号”做出更低或更远的飞行。旅行者号也基于此,其发射时机是很特殊的,每隔176年,太阳系里的木星、土星、天王星、海王星(4颗巨行星)才会近似排列在一个扇面上。这一行星连珠的机会,使得我们可以利用一次的探测器发射机会去往数个行星。于是,旅行者号从地球出发,先后利用木星、土星、天王星、海王星实现引力弹弓效应,借力飞行,如同科幻电影《流浪地球》中所呈现的借助木星的引力对地球进行加速。旅行者号就此成功造访了4颗行星,所以说其发射时机是特殊的。上一次这样的时机是在1801年,那时候中国还是清朝、美国才成立不久。你能想象下一次这样的时机来临时的人类世界吗?同样是1977年,几乎是电影史上最成功科幻大片的《星球大战》上映了,掀起了一场全球性的太空热。很多人都为影片中描绘的银河系宏伟场景痴狂,因为在旅行者号造访4颗行星之前,我们看到的太阳系以及木星、天王星的照片还只是模糊、远距离的。

然而,就像旅行者1号之父爱德华·斯通一样,一个足够幸运的科学家一生中只能参加两个半深空探测项目。每一个深空探测项目历经准备、启动、克服技术困难、研制仪器、成功发射、太空飞行、达到并传回数据等诸多环节,总要消耗非常长久的时间和金钱,像“新视野”号冥王星探测器于2006年发射,直到2015年才到达冥王星,一两年后才把数据传回来供科学家研究并发表成果。这还没有完,2019年1月1日,“新视野”号又抵达了柯伊伯带(太阳系的新大陆)中的一颗名叫“天涯海角”的星球。我们借此发现了很多与冥王星大小相似的天体,进而重新定义了太阳系的“八大行星”。在此之上,“新视野”号的核电源还可以供应能源到2030年,也就是说,这一项目自1988年左右酝酿开始,将一直工作到2030年,然而能全程参与这一项目的科学家是很少的。

在对上述现实有了一定的理解之后,我们将一同去回答三个重要的问题——我们为什么要去深空?未来一百年,我们将走向哪里?我们如何走向那里?

一、我们为什么要去深空

1.地球与天文灾难

2013年2月15日早上9时26分,俄罗斯小城车里雅宾斯克的上空,划过了一道亮光,最后在一处冰面上留下一个直径6米的坑,那就是“2·15俄罗斯陨石坠落事件”。这一小行星撞击事件最终导致了1200多人受伤、10亿卢布经济损失。科学家在那个地方捡到小行星的碎片,也就是“车里雅宾斯克陨石”,我们的北京天文馆里就有一块。经过研究,我们发现这颗小行星在进入地球大气层之前的直径只有18米。一颗直径18米、如同公交车大小的小行星,经过大气层的燃烧之后还能造成这样灾害,是因其坠落速度高达每小时20000公里,而一辆公交车的时速只有每小时20公里。我们要知道,能量和速度是平方比,物体释放出来的动能是速度的平方,每小时20000公里的动能就是4亿(焦),所以才有这么巨大的灾害。我们如果经常看各个星球的照片,就会发现像木卫二、木卫三、火星、月亮、土卫九、土卫三、水星等星球上都有密密麻麻的圆形的环形山(陨石坑、撞击坑),其中99%以上都是撞击生成的。月球上直径大于1公里的撞击坑就有33000个,地球在月球的附近,我们也一定“难逃厄运”。

地球上已经得到确认的撞击坑,大部分分布在北美、欧洲、澳大利亚,看上去是科技、经济越发达的地方就越多,但实际上不太可能,因为小行星是从各个方向撞过来的,大气层又基本上是同样厚的,所以各地被撞的机率是一样的。中国境内得到确认的撞击坑相对较少,是因为基础建设的发展、文明古国的经久变迁以及我们在撞击坑研究领域的缺乏。世界上最知名的十大撞击坑,大部分都分布在人迹罕至的地方,也因此而被比较好地保留了下来。其中,在墨西哥湾尤卡坦半岛的巨大撞击坑,生成于6500万年前,其撞击使大量尘埃进入地球的平流层,挡住了太阳光,导致了全球海洋冻结、极地冰盖扩大、地表气温骤降、大约80%的生物物种灭绝。诚然,以人类与恐龙的发展而言,站在人类的立场上,这一次撞击事件并不完全是坏事,即:正是老的物种灭绝了,新的物种才得到了繁荣发展的更大机会。

由此可见,地球上的我们会面对各种各样的天文灾难——超级火山爆发、超级地震、超级海啸、小天体撞击地球、地球磁场倒转、超级太阳爆发……其中,地球磁场倒转就是我们极少关注的灾难之一。我们现在的指南针是指北的,但历史上它曾经确实是指南的,因为地球上的磁极一直在飘移,比如从1800年前后到2000年前后,我们能够发现地球北极点的明显变化。大洋中脊两侧的岩石就像一本“地质”历史书一样,历史上这些新生的岩石就记录了当时的磁场,我们能够从中得知地球的磁场每隔几十万甚至几万年就会倒转一次,而最近已经有70万年没有倒转过了,我们也无从知晓下一次倒转会在什么时候发生。

2.地外生命与文明

宇宙中有没有生命?如果有,“他们”会在哪里?如果“他们”向地球发来信号,我们需要回答吗?我们要怎么回答?宇宙中每一颗恒星的周围都很有可能有行星的存在,那么多行星里面很有可能存在像地球一样的行星,也就很有可能存在像地球上人类一样的生命。“他们”的文明,有可能比我们更先进,也有可能比我们更落后。但是,有一点必须明确,到现在为止我们仍没有发现任何地外生命存在的证据,尽管人类一直在寻找地外生命。为此,我们发射了开普勒太空望远镜,其使命就是寻找类地行星,并且已经发现了3000多颗环绕着其他恒星的行星,其中有100多颗类地行星。然而,这些类地行星离我们非常非常遥远,我们很难判断上面有没有生命。同时,由于恒星发光发热而行星只会反射恒星的光芒,我们观测这些“暗淡的”行星也是十分困难的。

著名天文学家、作家卡尔•萨根在其著作《暗淡蓝点》中使用了一张“旅行者”号拍摄的地球照片——“暗淡蓝点”。结合“旅行者”号拍下的太阳系“全家福”,我们能够看到以整个太阳系为基准,木星、地球、金星、土星、天王星、海王星的实际样貌。

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在这张64万像素的照片里,我们的地球只占0.12个像素。这是一张极具哲学意味的照片,“暗淡蓝点”正是我们的地球在宇宙中的真实处境。在我们从“旅行者”号的位置“向后看”太阳系,也只能清楚地看到太阳的情况下,试想,地外文明又能否发现我们的地球呢?

因此,面对着天文灾难与可能的地外文明,我们必须要去深空。

责任编辑:王瑱校对:叶其英最后修改:
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