哈勃望遠(yuǎn)鏡30歲慶生 龍飛船發(fā)射 “天問一號”升空

宇宙那么大 都想去看看

7月23日中午12：41，中國第一個(gè)火星探測器“天問一號”搭載長征五號遙四運(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;天問一號”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”，而目前只有美國完成過“一舉兩得”的火星探索方式。如果成功，中國將在深空探測能力上實(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)在火星巡視的國家。

探索太空并非現(xiàn)代人的專利，人類自古就對星空產(chǎn)生了極強(qiáng)的好奇心和向往心，唐朝大詩人李賀就曾經(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“太空爭霸”的激烈碰撞更是催生了人類航空航天歷史上無數(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)太空探測器……

由于身體和時(shí)間的限制，人類自身無法到達(dá)比月球更遠(yuǎn)的地方，所以將探索宇宙的任務(wù)交給了太空探測器，讓它們來當(dāng)我們在太空中的眼睛。然而，向著星空更深處進(jìn)發(fā)的代價(jià)無比高昂，即使在美國國內(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)國家對太空探索事業(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)射了月球探測器，成為全球?yàn)閿?shù)不多的掌握探月技術(shù)的國家。

“天問一號”的成功發(fā)射只是中國人探索火星的萬里長征第一步，不少國家的宇航機(jī)構(gòu)紛紛發(fā)來祝賀，歐洲航天局和美國宇航局以及不久前也同樣成功發(fā)射了火星探測器的阿聯(lián)酋航天局都發(fā)來賀電，祝愿“天問一號”接下來的任務(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數(shù)代人的夢想。不管世界各國在太空探索上經(jīng)歷了多少你追我趕，走了多少彎路，付出了多大代價(jià)，太空探索事業(yè)無疑都是造福全人類、值得各國攜手共尋的夢想。

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系、銀河系，乃至宇宙深處的無數(shù)神秘美麗的照片。為了紀(jì)念這個(gè)特別的“哈勃”生日，美國國家航空航天局(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，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優(yōu)勢》一文。在文中，斯皮策指出了在太空建立天文臺的兩大好處，其一是觀測結(jié)果不受地球大氣層影響，其二是可以觀測被大氣層吸收殆盡的紅外線和紫外線。

要知道，通過地球大氣層觀測太空中的天體，就像是透過一杯水看世界，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)鏡才能夠探測到來自恒星、星系和太空中其他天體的光，而這些光都沒有經(jīng)過大氣層的扭曲和吸收，觀測結(jié)果也會更加清晰。

為了實(shí)現(xiàn)在太空中架起天文望遠(yuǎn)鏡的夢想，斯皮策將空間望遠(yuǎn)鏡作為自己畢生的事業(yè)。1965年，美國建立了一個(gè)旨在建造空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)委員會，斯皮策被任命為主任委員。1975年，美國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”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，伽利略用它觀測到了月球上的山脈和隕石坑，觀測到了木星的四顆衛(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)，就是色差問題，因?yàn)楣馐菬o數(shù)不同顏色光波的混合，每種光波的波長不同，而不同波長的光波通過一個(gè)單片透鏡時(shí)，會被聚集到略微不同的焦點(diǎn)上去，這樣觀測到的圖像就會變得模糊不清。在1668年以前，所有天文學(xué)家都覺得色差問題是無法避免的，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)動的信息。20世紀(jì)時(shí)，天文學(xué)家們意識到，無論是巨大的望遠(yuǎn)鏡還是專門的儀器，都會受到地球大氣層的影響，觀測結(jié)果也會因?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”火箭飛往國際空間站。這是自2011年以來美國首次使用本國火箭和飛船從本土將航天員送往國際空間站，更是人類歷史上首次由私營公司開發(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，人們不認(rèn)為火箭可以到達(dá)月球。《紐約時(shí)報(bào)》甚至開了一個(gè)名為“多級火箭可以到達(dá)月球”的大專欄來嘲笑羅伯特，評價(jià)他“甚至連高中的基本物理常識都不懂，就開始整天幻想著去月球旅行了”。

不管別人怎么說，羅伯特仍繼續(xù)他的火箭研究：1926年，他在美國馬薩諸塞州奧本鎮(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”，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，由此在美國國內(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。

美蘇兩國的“太空爭霸”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”，美國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，美國對太空探索事業(yè)更加野心勃勃，1971年發(fā)射了“水手9號”火星探測器，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)給美國帶來了低成本太空飛行的希望，但美國萬萬沒想到的是，每次飛行后，航天飛機(jī)除了發(fā)動機(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)歐洲不少國家抓住了先機(jī)，躋身世界強(qiáng)國之列，而這次美蘇兩國在太空探索領(lǐng)域走在了前列，他們之間的競賽也刺激著其他國家紛紛“出海”。1998年1月，美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西，以及歐洲航天局11個(gè)成員國共16個(gè)國家共同簽署了組建“國際空間站”的協(xié)議。

1998年，俄羅斯制造的“曙光號”功能貨艙發(fā)射升空，國際空間站也開始正式組裝。經(jīng)過十多年的建設(shè)，2010年建造任務(wù)終于完成，“國際空間站”轉(zhuǎn)入全面使用階段。現(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。各國在太空探索事業(yè)上的爭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所知的神秘宇宙。

太空探測器

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)交給了一種無人航天器——太空探測器，讓它們?nèi)π行恰⑿l(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。

太空探測器也被稱為深空探測器，是用于探測地球以外天體和星際空間的無人航天器。前蘇聯(lián)1959年1月2日發(fā)射的“月球1號”探測器是人類發(fā)射成功的第一個(gè)太空探測器，它從距離月球表面5000多千米處飛過，并在飛行過程中測量了月球磁場、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。

對于大部分太空探測器來說，走進(jìn)星空意味著一場沒有盡頭的遠(yuǎn)游，目前飛得最遠(yuǎn)的太空探測器是美國NASA于1977年發(fā)射的“旅行者1號”。43歲的“旅行者1號”曾到訪過木星及土星，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)過木星系統(tǒng)，1980年經(jīng)過土星系統(tǒng)，1989年駛向銀河系中心方向，2012年到達(dá)太陽系邊緣，2014年離開太陽系飛向別的恒星。作為人類制造的首個(gè)沖出太陽系的飛行器，截至2020年8月16日，“旅行者1號”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

各國你追我趕

雖然浩瀚無垠的星空能給人類帶來無盡的遐想與希望，但向著美麗星空進(jìn)發(fā)的成本實(shí)在是不低，因此即使在美國國內(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)疑從美國決定開展航空航天事業(yè)時(shí)就存在，在美國決定建造國際空間站時(shí)達(dá)到了頂峰，因?yàn)槊绹鵀檫@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40億美元來確保空間站的正常運(yùn)行，當(dāng)初對這一計(jì)劃興致勃勃的政治家也不禁望而卻步。

2005年，美國宇航局局長邁克爾·格里芬在接受《今日美國》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，美國正努力將損失降到最低。2018年，美國《華盛頓郵報(bào)》援引美國宇航局文件報(bào)道，美國政府計(jì)劃在2025年停止對國際空間站的直接注資，并打算將其轉(zhuǎn)手，賣給私營企業(yè)。種種跡象表明，國際空間站現(xiàn)在可能已經(jīng)是美國宇航局的累贅和包袱。

在美國為國際空間站焦頭爛額時(shí)，其他國家卻并未止步不前——雖然太空探索事業(yè)是個(gè)無底洞，但誰也不知道太空經(jīng)濟(jì)、太空時(shí)代何時(shí)就會來臨，所以有實(shí)力的國家還是會撥出一部分財(cái)政資金來支持國內(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，俄羅斯通過了國內(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《2030年及未來俄羅斯航天發(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”月球探測器，2008年又出臺了《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(HTV1)——日本首個(gè)無人駕駛太空貨運(yùn)飛船。印度則是力求與航天大國建立良好合作基礎(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)月球探測器“月船1號”，成為了世界第五個(gè)掌握探月技術(shù)的國家。

標(biāo)簽： 哈勃望遠(yuǎn)鏡