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2021年8月29日星期日

谢选骏全集第165卷： 走向太空

 走向太空

Go To Space


《宇宙朝圣》第五卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Five



2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第165卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 165


（另起一页）

内容提要

走向太空是划时代的一步，与此同时，互联网整合了地球——这不能说是一个简单的巧合。


Synopsis

Going to space is an epoch-making step. At the same time, the Internet has integrated the earth-this cannot be said to be a simple coincidence.


（另起一页）

目录


导论1、怪不得老头泡在游泳池里

导论2、空间站是魔鬼的杰作

导论3、美国社会为何漠视火箭之父

导论4、人均一件太空垃圾的新时代

导论5、日本鬼国侵犯太空

导论6、沙皇的贪欲想要宇宙

导论7、太空站就是贼窝

导论8、艺术人渣糟蹋太空

导论9、印度魔鬼骚扰太空

导论10、只能“上天”不能“入地”的火箭技术


001、“飞马座51b”发现者获得诺奖，本文去年就预言了

002、“旅行者1号”：一趟永不回头的星际旅行

003、“先驱者11”号有望第三个进入星际空间

004、《科学》：太空中从未见过的一种分子在星际尘埃中被发现

005、10分钟详解：中国发现拍电子伏加速器，观察宇宙的新维度

006、63年前一条苏联狗被送入地球上空，它过得如何？

007、129光年外一颗超级木星动荡不安！科学家捕捉到前所未有的细节

008、2019年，搭乘天文列车驶向宇宙更深处

009、2020年一边新冠军肆虐全球，另一边射电天文学领域硕果累累

010、NASA 發現距地球 100 光年的宜居行星「TOI 700 d」！太空移民日子近了？

011、NASA“新视野”号飞掠迄今最远天体

012、NASA捕捉到这张蟹状星云最新图像，宽度达10光年！

013、NASA公布绝美“项链星云”影像 蕴藏“星中星”秘密

014、NASA过去十年和未来9个最值得可科普的时刻——旅行者号进入星际空间的旅程

015、NASA科学家又有了新发现

016、NASA探索外星生命：不需要氧气

017、NASA望远镜升空6月发现25000颗小行星

018、NASA五大探测器近况如何？飞多远了？

019、NASA研究：太空人回地球后生理变化多复原，但有后遗症好不了

020、NASA在系外“热土星”上发现大量水 为土星水量3倍

021、SpaceX：商业机构首次载人航天任务的10大关注点

022、SpaceX“载人龙飞船”成功避开可能撞上来的碎片

023、冰冻胚胎助人类实现殖民宇宙梦想

024、并非所有理论都能解释黑洞M87*

025、不能用了？NASA已3次尝试修复哈勃太空望远镜，但均以失败告终

026、大国加强太空角逐 地缘政治进入外层空间

027、反物质火箭 

028、飞行10亿年，跨越520亿亿公里，旅行者号最终将走向何方？

029、飞行了42年之后，旅行者号如何保持继续前行？

030、冯·布劳恩——太空梦想家与毁灭工程师

031、伽利略号木星探测器

032、国际空间站出现泄漏 俄罗斯指有蓄意破坏

033、国际空间站使用期限只剩六年？

034、过去10年科学界鲜为人知的七大发现

035、还记得冥王星吗，这次，NASA派出了冥王号去吃土

036、还想殖民宇宙？别做梦了，人类永远无法离开太阳系

037、海森堡不确定性原理经典解释被实验推翻

038、机智号，起飞！

039、既非中俄又非美欧 新太空竞赛私钱领风骚？

040、距离冥王星1.7亿千米！“新视野号”探测到冥王星外的目标

041、科普：“旅行者2号”星际穿越看到了什么

042、科学家发现与众不同的行星系 恒星旋转方向与行星相反

043、科学家认为，人类有可能是宇宙中最发达的一批文明？

044、科学家在两颗远古陨石上发现了液态水的痕迹

045、科學家發現「金星」疑似存在生命證據？人類到底為何對這顆星球如此執迷？

046、可以避免的悲剧：太空船2号坠毁事故

047、空客A310的零重力飞行体验

048、“虫洞”是未来唯一的宇宙旅行方式？

049、老板，来杯外太空富氘水

050、冷战时期未能实现的太空项目

051、離開地球的人類會變怎樣？新研究：長期太空旅行會永久改變大腦

052、历史性时刻：旅行者2号成为第二个进入星际空间的人造物体

053、猎户座飞船

054、流浪狗莱卡执行太空任务，出发前就知回不来，死亡真相被隐瞒45年

055、罗塞塔号探测器飞掠直径120公里小行星

056、罗塞塔计划9月直接撞击彗星：登陆彗星让我们学到了什么？

057、旅行者 1 号飞出太阳系了，它是如何和地球联系的呢？

058、旅行者1号能飞出银河系吗？

059、旅行者2号——谨以此文献给落寞的前

060、旅行者2号照亮了星际空间的边界

061、旅行者号探测器

062、旅行者号为什么没有探测柯伊伯带天体？

063、最强火箭？马斯克“猎鹰重型”搭载特斯拉跑车飞入太空

064、马斯克SpaceX成独家登月合作商，NASA：价格太香了

065、马斯克赢得NASA登月合约 贝索斯眼红提挑战

066、马斯克再下一城 替NASA造登月船

067、脉冲星发现50年：科学意义与未来观测

068、美国NASA“调查太空第一宗犯罪指称”

069、美国NASA阿波罗任务控制中心的修复计划

070、美国阿波罗登月50年给地球人带来的八大变化

071、美国太空军

072、美国太空军首支空部队没去太空

073、美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯（Kate Rubins）在国际空间站上的科学之旅 

074、美实验室引爆物理大地震！新发现超人类理解范围

075、能在梦中见到已故的人，是因为进入了多维空间？

076、诺贝尔奖颁错了？挑战性的新理论：假如银河中心不是超级黑洞的话

077、清除地球轨道碎片太空垃圾的难题

078、曲速：物理学家或可实现超光速星际旅行，这会是真的吗？

079、如何看待最近旅行者二号发回的数据显示人类有可能飞不出太阳系？

080、涉“千人计划” 美宇航局资深科学家被判监禁

081、深度观察：独家揭秘中国空间站

082、深度解析：天文望远镜分成三类：折射式、反射式、折反式

083、生命起源又有了新发现！哈勃望远镜在宇宙中，发现了重要线索

084、时隔16年Science再次发布“全世界最前沿的125个科学问题”，14位领域专家全方位解析

085、时光旅行：梦想成真之路上的“虫洞”和量子

086、水星计划

087、四十年后的回眸：旅行者2号飞出日球层，带回星际空间新发现

088、搜尋外星文明計劃找到了什麼？

089、太空电梯

090、太空度假12天 你想住空间站酒店吗？

091、中俄太空“危险的接近”引发关注：太空垃圾触目惊心怎么办

092、太空人在太空種生菜，好吃又健康

093、太空如厕非易事：这个尴尬的难题至今困扰着航天员

094、太空之旅 男女宇航员反应有何差别

095、天文学家发布新的银河系外围全天空地图 或为暗物质理论提供新的检验标准

096、天文学家发现96个银河系“微星团”

097、天舟二号货运飞船遇故障，发射再一次推迟，是出现什么大问题了？

098、外太空可繁殖老鼠

099、外星降落：如何登陆一个陌生的星球？

100、为了一个全新的样本，NASA展开了小行星本努之旅，值得我们期待

101、为什么阿波罗计划不是骗局？

102、为什么土卫六会成为最适宜人类生存的地外天体？

103、中国公布未来十年的太空计划 雄心勃勃

104、未来十年将是人类发现地外行星的“黄金年”

105、未來的太空旅行是什麼樣子？

106、我国发现“新大陆”，美国一反常态，站我国这边：谁发现就是谁的

107、我们为什么要寻找脉冲星

108、沃纳·冯·布劳恩

109、先锋号：仍然在轨运行的世界最早科学卫星

110、先驱者11号

111、先驱者十号方向是金牛座毕宿五，但它永远不可能到达！ 

112、新地平线号

113、新奇！这颗巨型系外行星被科学家拍到，其轨道相当诡异

114、新视野号：人类为航天梦想窒息的冲动

115、新型太空竞赛——那些比空气更轻的航空器

116、新一代载人猎户座新飞船 依然狭窄的太空之家

117、星际介质探索的先驱者——“旅行者1号”

118、寻找宜居行星，NASA在行动

119、外星人到底在哪？来自最顶级科学家的著名追问

120、巡天望远镜 每3夜巡视北半球一遍

121、研究暗示，生命可能起源于一个你完全意想不到的地方

122、研究称奇异星际天体“奥陌陌”可能是类似冥王星的行星爆炸的块状物

123、研究發現，可能是因為木星的關係才將金星變成一顆難以生存的星球

124、仰望星空——“盛大的旅行”

125、野心勃勃的提议：在轨道上建太空“博物馆”

126、一光年就是光飞行一年的距离，但光飞行一光年的距离并不需要

127、一生一次！肉眼观测“最亮彗星” NEOWISE 的机会来了，整个7月都能看到

128、一位“时间穿越者”自称来自2030年，并拿出证据，穿越真的存在？

129、毅力号

130、因一个计算机故障而“停工”：观测宇宙 30 多年的哈勃太空望远镜还能坚持多久？

131、英伦热议：俄罗斯"神秘"卫星令美国紧张

132、拥抱星舰文明

133、宇航员职业

134、宇航员太空服半个多世纪今昔对比

135、美国首次商业载人航天任务在即 4名宇航员抵发射场

136、宇航员在太空上如何睡觉？睡不好怎么办？

137、宇宙结构起源——从银河系的精细刻画到深场宇宙的统计描述

138、宇宙探索：未来航天器的能源

139、宇宙殖民，我们还需要什么？

140、宇宙殖民有多難？

141、宇宙中的几种“宜居带”，它不仅仅是由空间创造的还有时间

142、宇宙中是否存在其他碳基生物？

143、原初物质竟是完美液体：科学家用强子对撞机烹出创世物质汤

144、月球、空间站与火星：详解中国太空雄心

145、在距地60亿公里处，旅行者一号拍了一张照片，见到的人沉默了

146、这张照片睁大眼睛，仔细看下去，它将颠覆你的世界观

147、这种技术一旦突破，太空电梯，戴森球，轨道环……都不再是梦！

148、殖民宇宙有了新候选基地？11光年外发现新宜居星球！

149、中国「天眼」向全球开放，科学家能找到外星文明吗？

150、中国的这口“大锅”，会决定美国射电天文学的未来吗？

151、中国太空探索背后：军事能力和对西方的威胁

152、中国发射天舟一号货运飞船　“快递小哥”有多牛？

153、中美科学家绘制迄今最精确的银河系结构图

154、重返金星：寻找人类未来家园

155、朱诺号（美国木星探测器）

156、朱诺号收集了一千六百多个木星“哨声”

157、朱诺号首次近观木星“大红斑”，仅9000公里！

158、朱诺探测器在木星黑夜结束前拍到一道神秘的光环

159、专家探测太阳系外行星光线 或揭飞马座51b谜团

160、最新：升级后的星舰SN15进行低温测试

后记、来一趟说走就走的宇宙旅行，可能吗？


（另起一页）

走向太空

Go To Space


《宇宙朝圣》第五卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Five



【导论1、怪不得老头泡在游泳池里】


《惊人发现：长时间太空飞行和耐力游泳能让“心脏缩小”》（BBC 2021年3月31日）报道：

长期在太空中和极端耐力游泳二者之间有何共同之处呢：答案是两者都能引起心脏缩小。

这是研究人员在比较了宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)和横渡大西洋的第一位马拉松游泳健将贝诺·莱考特（Benot Lecomte）的心脏后得出的结论。

由于没有了地球引力给心脏带来的负荷，导致心脏萎缩。在这两种情况下，运动都不足以阻止心脏出现这种变化。

该研究由美国德克萨斯大学达拉斯西南医学中心内科教授莱文博士（Dr Benjamin Levine）领导，其研究结果发表在《循环》（Circulation）杂志上。

该研究对太空长期旅程意义深远，例如，美国航空航天局（NASA）未来几十年对火星的探索计划。

莱文教授对BBC科学事务编辑保罗·林孔（Paul Rincon） 表示，在他们多年的研究中所了解到的一件事就是心脏非常有可塑性，“心脏能适应所承受的负荷”。

莱文教授说，在太空飞行过程中发生的一种情况是，心脏不再需要对抗引力把血液往上输送。

斯考特·凯利（Scott Kelly）为了让科学家研究太空长途飞行队人体的影响，在国际太空站（ISS）呆了340天。

凯利在国际太空站（ISS）呆了将近一年的时间（340天）。

2018年6月5日，莱考特在横渡大西洋之后又开始畅游太平洋。

在接下来的159天当中，他游了2821公里，但最后还是决定放弃。

如此长时间游泳也会改变引力对心脏的负荷，因为游泳时人体保持水平状态，而不是垂直。

莱考特每天平均游泳5.8个小时，每晚睡眠8小时，这意味着他每天有9至17个小时处于俯卧状态。

科学家们有时会借用卧床休息研究来模拟太空飞行，因为身体平躺消除了从头到脚的陡度造成的心脏负担。

但莱文教授表示，身体长时间在水中保持水平实际上是模拟太空飞行的更好模式。

心脏变轻

莱文教授说，因为这两位男士的心脏都不需要再往上泵血，他们的心脏就开始变小萎缩。

这份报告的另外一名合作者——德克萨斯大学西南医学中心的麦克纳马拉博士（Dr James MacNamara）表示，他们在观察莱克特左心室时发现，在四、五个月的游泳过程中他的左心室大约缩小了20-25%。

与此同时，凯利在近一年的太空生活后心脏也缩小了19-27%。

不过，运动能对抗萎缩过程。国际太空站的宇航员们已经进行高强度的体能训练以缓解在地球轨道上肌肉和骨骼出现的损耗。

但即使这样，也不足以防止心脏萎缩，就像凯利的情况那样。

在研究最开始，研究人员还曾研究过莱考特在水中的运动是否足以防止心脏组织萎缩。

莱文教授表示，他刚开始绝对认为莱考特的心脏不会萎缩。但是他说，科学的神奇之处在于你从意外发现中能学到最多。

他说，事实证明当每天长时间游泳，就不像奥运游泳金牌得主菲尔普斯那样竭尽全力，只不过是轻轻地踢踢腿，运动量不大。

莱文教授表示，这种低强度运动不足以保护心脏免受失重的影响。

然而，他们两人的心脏变化并不长久，一旦他们回到陆地上，他们的心脏又恢复了正常。

其它潜在风险？

但心房会在太空中膨胀，部分原因是液体经过方式的改变。它可能会导致心房颤动，即心脏跳动加速并会有心律不齐。

它不仅可以影响运动，而且还增加中风的风险。

太空旅行给心脏带来的另一风险是太空中的较高辐射水平可能会加速冠心病的发作。

虽然宇航员都接受过动脉粥样硬化检查，但他们在进入太空时往往已经人到中年。科学家知道冠心病是随着年纪增加而出现的问题。

这一点很重要，因为在太空中突发心脏病可能会有灾难性后果。

NASA的一个叫Cipher的太空项目将再派10名宇航员到太空中执行长期任务，莱文教授也参与了该项目。

研究人员将对这批宇航员的心脏进行多项不同测试以及高科技扫描检查，以便了解在太空中心脏功能的更加详细情况。

谢选骏指出：怪不得毛泽东老头老泡在游泳池里，原来因为他的心脏病发作了，需要卧倒喘息。



【导论2、空间站是魔鬼的杰作】


《如何设计一个空间站？》（2020年09月25日 新浪科技）报道：

国际空间站是现代工程的奇迹，但设计这个奇迹的过程却差不多是一场噩梦。

其他空间站的任务时间都相对短暂，从几个月到几年不等，而国际空间站已经连续运行了20年，上面一直有人类在执行任务。

许多年来，地球轨道上的“前哨站”来了又去，但迄今为止一直“坚守岗位”的只有国际空间站。其他空间站的任务时间都相对短暂，从几个月到几年不等，而国际空间站已经连续运行了20年，上面一直有人类在执行任务，试图揭开宇宙的奥秘。在使命完成之前，国际空间站还有很多工作要做。私人公司和一些国家也开始建立自己的轨道前哨站，意味着国际空间站可能是最后一个毫无疑义的“空间站”（The Space Station）。它担得起这一称号，也值得受到这样的尊敬。国际空间站是一个工程奇迹，一个太空时代的圣母院，更是人类智慧的胜利；但另一方面，设计国际空间站也是一件非常痛苦的事情。

即使是在最好的条件下，建立一个空间站也是一项艰巨的任务。然而，当这项任务涉及三届美国总统、15个国家、数百名美国国会议员、数千名工程师和超过1500亿美元的公共基金时，一切困难似乎就到了不可理喻的地步。罗马不是一天建成的，确实如此，但罗马很可能比国际空间站更容易建成。当然，这看你怎么算，美国国家航空航天局（NASA）花了30年才建成这样一个空间站，但即便如此，与该机构最初的设想相比，它仍然相形见绌。

巴兹·奥尔德林和尼尔·阿姆斯特朗在月球上扬起的灰尘尚未落定，NASA就已经开始考虑人类在太空中的永久存在了。NASA想要建立一个容纳100人的前哨站，称为“太空基地”（Space Base）。这将是一个向月球基地发送宇航员和物资的跳板。毫无疑问，这是一个雄心勃勃的项目，也是一个极其昂贵的项目。没过多久，NASA就意识到，用一次性火箭把物体发射到轨道上的成本远远超过了建造空间站本身的成本。他们需要可重复使用的东西，比如航天飞机。

英国太空建筑师、《国际空间站：地球之外的建筑》（International space station：Architecture Beyond Earth）一书的作者大卫·尼克松（David Nixon）说：“建造任何空间站的最大挑战都是将硬件送入太空。直到航天飞机的出现，像堆积木一样搭建起整个空间站才成为可能。”

在航天飞机发射之前，世界上最早的轨道前哨站——俄罗斯的礼炮计划（Salyut programme，1971年至1986年）和美国的天空实验室（Skylab，1973年至1979年）——都是用火箭一次性发射的。天空实验室于1973年由土星5号运载火箭发射升空，这枚火箭曾将阿波罗任务宇航员送上月球。火箭的第三级被替换成一个小型圆柱形实验室，兼作工作区和生活空间，最多可同时容纳三名宇航员。它还包括一些更小的模块，如太阳观测台。这并不新奇，但太空实验室对于NASA具有重要的意义，使该机构知道了如何在太空中连续数周维持人类的生存。

天空实验室是美国的第一个空间站，在1973至1974年间，曾有三批宇航员到空间站内进行实验，生存时间总计约6个月。上一次前往该空间站的任务是在1974年，到1979年时，天空实验室的轨道已经衰减至无法回收的位置，它在那年夏天重新进入大气层时烧毁。不过，天空实验室的这个小故障并没有困扰NASA。两年后，航天飞机已经准备就绪，NASA的工程师们已经在考虑下一步如何让人类永久驻留在轨道上。毕竟，开发航天飞机最大的目的正在于此。1982年初，NASA成立了一个空间站任务小组来研究这个问题，几个月后，NASA向8家顶级航天承包商发放了资金，每家都得到了100万美元，要求是提出可行的空间站设计方案。

这些承包商在1983年初向NASA报告了他们的设计。尽管每个空间站的概念都独一无二，但它们也都由一些共同的设计元素组合而成，以满足NASA的要求。首先，每个空间站的设计一次最多能容纳12名宇航员，相比NASA的阿波罗时代太空基地设想，这堪称是大规模的缩减。大多数提交的设计还设想空间站作为一个“太空船坞”或“太空港湾”，将有能力修理在轨道上的航天器和卫星。

但最值得注意的是，这些公司提交的每一种空间站设计都是模块化的。换句话说，它们将一块一块地组装而成，从一个小内核成长为一个庞大的轨道复合体。这是一个既实用又必要的特性。航天飞机一次只能将空间站相对较小的部分送入轨道，意味着无论选择哪一种空间站设计，都必须在太空中建造。当然，这也意味着空间站可以在完工前投入使用。考虑到大多数设计都预期数年才能完成，这是一个十分重要的考量。

1984年，大约在承包商提交设计一年后，美国总统罗纳德·里根在他的国情咨文中正式指示NASA建造一个空间站。后来他将这个空间站命名为“自由号”（Freedom），并视其为发展强大太空经济的捷径。“我们可以追随梦想前往遥远的星球，在太空中生活和工作，获得和平的经济和科学成果，”里根告诉美国人，“就像海洋为快帆船和美国商人打开了一个新世界一样，太空在今天拥有巨大的商业潜力。”

里根的国情咨文标志着NASA建立空间站的勃勃雄心进入了一个动荡时期。在1984年到1993年之间，为了平衡预算和工程优先权，自由号的官方设计经历了七次重大修改。在总统的指令下达后的几个月里，NASA就有了空间站的基本设计，但与承包商一年前提出的设计完全不一样。这个新设计俗称“电力塔”（Power Tower），由5个模块组成——2个实验室、1个后勤中心和2个船员舱——集中在一个120米长的桁架末端。模块位于桁架的底部（也就是说，它们离地球最近），在桁架结构的另一端则是一个太阳能电池阵列和若干天线。

“电力塔”的钟摆式设计旨在同时提供地球、太阳和太空的景观。这将有助于开展科学实验，并减少维持空间站稳定轨道所需的推进器点火次数。但随着设计的发展，电力塔的概念遭到了想要将空间站用于其他领域研究的科学家的抨击。他们认为，居住舱应该位于空间站的重心位置，而不是底部，以限制空间站的移动。“电力塔有严重的结构问题，”大卫·尼克松说，“由于振荡和振动，将实验室模块放在结构底部可能是最糟糕的。”最重要的是，空间站的设计反映了用户的需求，而用户需要将空间站的移动减少到最低限度。这就意味着NASA不得不从头开始。

1987年，NASA发布了自由号空间站的新设计，即“修订基准构型”（Revised Baseline Configuration）。在这个设计中，我们可以看到国际空间站的雏形。这一次，模块都集中在一个长桁架的中心，其两侧是一排排的太阳能电池板。这些模块也得到了国际支持，欧洲和日本提供了实验室部件，加拿大提供了一个航天器维修中心。

修订基准构型实际上是NASA自1985年开始探索的“双龙骨”（Dual Keel）设计的一个折衷方案。尽管这个设计概念也是基于一个长水平轴，但它在中心有一个大型矩形结构——双龙骨——可以容纳航天飞机的对接口和其他后勤模块。但据估计，这种设计的成本几乎是NASA最初预计的空间站成本的两倍。因此，双龙骨设计被放弃，改用更便宜的修订基准构型，但还可以选择在以后添加双龙骨。

尽管修订基准构型最终成为了空间站最终设计的基础，但NASA仍在不断调整设计，以满足不断发展的预算限制和技术要求。一般来说，每次设计迭代都会导致空间站容量下降，并导致发射计划延期。1984年里根宣布美国的空间站计划时，第一批太空舱预计将在十年内发射。但是到1993年，NASA已经在空间站的设计上花费了90亿美元，但得到的只是一大堆工程研究，证明他们确实在努力。国会受够了这种情况，就在那一年，美国众议院以一票之差使整个空间站计划免于被取消。

尽管如此，一个不争的事实是：如果太空站要成为现实，它就必须从根本上成为国际性的合作成果。美国显然没有足够的政治意愿独自完成这一任务。因此，1993年克林顿入主白宫后，正式宣布自由号计划由美国独自建造改为国际合作建造；在此之后，美国将与盟国合作建设国际空间站。

就空间站的设计而言，从自由号到国际空间站的转变主要是一种修辞上的策略。NASA从一开始就主张在其空间站上进行国际合作，欧洲空间局和日本已经同意为自由号空间站提供硬件。随着冷战的结束，俄罗斯也被邀请在这个前所未有的项目上与美国合作。大卫·尼克松说：“在这个项目即将被取消的时候，俄罗斯提供了主要的支持。”

国际空间站的最终设计在很大程度上依赖于“修订基准构型”，而NASA在过去6年里又对空间站进行了充实，但采用了更简单的设计。例如，空间站的主要水平桁架采用的是预制构件，而不是由宇航员在轨道上组装。这个简化的空间站构型由一组实验室和居住舱组成，位于一个长长的水平桁架中心，两侧各有4个太阳能电池阵列。“从某种意义上说，这样的结构是一个混合体，结合了来自不同来源的不同观点，”大卫·尼克松说道。整个空间站有一个足球场那么长，需要30多次航天飞机发射才能组装完成。

1998年，美国向空间站发射了第一个组件——作为宇航员餐厅的“团结号”（Unity）节点舱。13年后，发现号航天飞机的最后一次飞行为空间站送来了一个多用途增压舱，空间站的建设正式结束。

美国国家航空航天局和世界多国航天机构的不懈努力终于有了回报。多亏了国际空间站，人类得以在太空中连续20年存在，而国际空间站也为突破性的科学实验提供了独一无二的平台。如今，从零重力的菜园到已知宇宙中最冷的冰箱，这里可以提供各种意想不到的实验条件。另一方面，国际空间站也开始实现里根所说的成为外星商业跳板的愿景。许多公司利用国际空间站进行了从“芯片上的器官”到3D打印等各种各样的研究，还有些公司甚至用它作为自己建造空间站的起点。

对美国来说，考虑到几十年来与国际伙伴的角力、不稳定的预算和好斗的总统政府，国际空间站堪称是一份难以置信的遗产。设计空间站可能并不便宜，也无法快速完成，但没有人能说进入太空是一件容易的事。（任天）

谢选骏指出：国际空间站太伟大了，简直体现了印证了“人定胜天”的口号。所以在这种意义上，国家空间站确实是魔鬼的杰作——它拥有一切世俗的东西，唯独缺乏朝圣的要素，就像是魔鬼对上帝提出的挑战。



【导论3、美国社会为何漠视火箭之父】


网文《罗伯特·戈达德》报道：

罗伯特·戈达德（Robert Hutchings Goddard，1882年10月5日－1945年8月10日）是美国教授、工程师和发明家，液体火箭的发明者。他于1926年3月16日发射了世界上第一枚液体火箭。戈达德共获得了214项专利，其中83项专利在他生前获得。设立于1959年的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心以他的名字命名。月球上的戈达德环形山（Goddard Crater）也以他的名字命名。

人物简介

罗伯特·戈达德出生于美国马萨诸塞州的伍斯特，是家中的长子，他的弟弟因为脊椎畸形而夭折。

作为理论家和工程师，戈达德的工作预计了许多可能使航天飞行成为可能的发展。戈达德214项专利发明中的两项——多级火箭（1914年）和液体燃料火箭（1914年）是航天飞行的两个重要里程碑。他1919年的专著《达到极端高度的方法》被认为是20世纪火箭科学的经典著作之一。戈达德成功地应用三轴控制，陀螺仪和可控的推力到火箭上，有效地了控制火箭的飞行。

虽然他的工作是革命性的，但是他的研究和开发工作很少得到公众的支持。报界时而嘲笑他的航天理论。死后几年，太空时代的黎明到来，他被认为是现代火箭之父。他不仅认识到火箭对大气研究，弹道导弹和太空旅行的潜力，而且是第一个科学研究，设计和建造实施这些想法所需的火箭的人。

1945年，戈达德得知自己罹患喉癌，1945年8月10日，戈达德在马里兰州巴尔的摩去世。他被安葬在家乡马萨诸塞州伍斯特的希望公墓。

人物生平/教育经历

随着美国城市在19世纪80年代开始使用电力，年轻的戈达德开始对科学产生兴趣，特别是工程学及工业技术。他的父亲教导他家中的地毯如何产生静电，当时年仅5、6岁的戈达德的想像力开始萌芽。戈达德相信如果锌电池可以用某种方式来存储静电，他可以跳得更高。他的母亲警告说如果他成功了，他会“出得去回不来”，于是戈达德停止了实验。

他在16岁时阅读了威尔斯的科幻小说《星际战争》后，开始对太空产生兴趣。1899年10月19日他把自己的生涯定位在火箭的研究上。因为戈达德对空气动力学产生兴趣，所以他研究一些美国物理学家塞缪尔·兰利在科学期刊《史密森尼》所发表的论文。兰利在这些论文中写道，鸟类使用不同的力量来拍打两边翅膀，并因此在空中回转。十几岁的戈达德从这些文章获得启发，观察到燕子如何巧妙地移动翅膀，来控制飞行。他指出鸟类明显操控着尾羽来进行飞行，他称为它为“鸟类的副翼”。他对兰利的一些结论不以为然，并在1901年写了一封信给《尼古拉斯》杂志来表达他自己的想法。但是编辑圣尼古拉斯拒绝刊登戈达德的信，认为鸟类跟随一定数量的情报来飞行，“机器不会采取这些情报来行动”。戈达德不同意这种看法，认为一个人可以用自己的智慧来控制飞行机器。

戈达德在1904年进入伍斯特理工学院（Worcester Polytechnic Institute）学习，并担任实验室助理与导师。他后来加入SAE兄弟会，认识高中同学Miriam Olmstead。他与Miriam Olmstead后来订婚，但是在1909年分手。

他于1908年拿到物理学士学位，1910年从克拉克大学获得硕士学位，一年后获博士学位。他在1912年成为普林斯顿大学的研究员，在帕尔默物理实验室进行研究。

戈达德仍是一个学生时，曾写过一篇论文，提出一个方法来“保持飞机平衡”。他提出的想法在1907年《科学美国人》上出版。戈达德后来在他的日记中写道，他相信该论文是人类历史上首次提出方法来“让飞行中的航空器自动保持稳定”。

1926年戈达德在麻萨诸塞州的奥本（Auburn）发射了首枚液体火箭。发射地点后来成为了美国政府官方指定的国家历史地标（National Historic Landmark）。

工作经历/火箭推进剂研究

1911年他取得博士学位后留校任教。在此期间，他认识到液氢和液氧是理想的火箭推进剂，在随后的几年里，他进一步确信用他的方法一定会把人送入太空。他在实验室里第一次证明了在真空中可存在推力，并首先从数学上探讨包括液氧和液氢在内的各种燃料的能量和推力与其重量的比值。

1919年发表经典性论文《到达极高空的方法》，开创了航天飞行和人类飞0向其他行星的时代。他最先研制用液态燃料(液氧和汽油)的火箭发动机，1925年在他的实验室旁的小屋里，一台液体推进剂的火箭发动机进行了静力试验，1926年成功地进行了世界第一次液体火箭发动机的飞行。它的意义正如戈达德所说：“昨日的梦的确是今天的希望，也将是明天的现实。”戈达德的研究极端缺少经费，而且挑剔的舆论界也不放过这位严谨的教授。《纽约时报》的记者们嘲笑他甚至连高中的基本物理常识都不懂，而整天幻想着去月球旅行。

他们称戈达德为“月亮人”。为新闻界左右的公众也对这位科学家的工作表示怀疑和不理解，但这都不能撼动顽强的戈达德。最好的办法是走自己的路，继续自己的研究，而对公众的反应保持沉默，因为他很清楚这种讥讽是不会持久的。

火箭动力学研究

他从1909年开始进行火箭动力学方面的理论研究，三年后点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭，证明火箭在真空中能够工作。他从1920年开始研究液体火箭，1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火箭。报界的注意力再次集中到他身上，至少这次有些赞扬的话语了。意想不到的是报界的报导引起了美国航空界先驱人物之一林白的注意。在亲自考察了戈达德的试验和计划之后，他立即设法从格根海姆基金会为戈达德筹得5万美元。这对于极端缺少资金而又迫切需要进行实验设计的戈达德真是雪中送炭。这时马萨诸塞州对于戈达德的计划就显得太拥挤了，于是在1930年他的全家和四个助手迁到新墨西哥州的罗斯威尔建立他的发射场。到1941年，除了短暂的中断之外，他在这里从事了在科技史上最令人瞩目的个人研究计划。

主要成就

他从1920年开始研究液体火箭，1926年3月16日在马萨诸塞州沃德农场成功发射了世界上第一枚液体火箭。而德国的V-2火箭试验成功，已经是1942年以后的事了。他是美国最早的火箭发动机发明家，被公认为现代火箭技术之父。

1926年3月16日，在马萨诸塞州的奥本，冰雪覆盖的草原上，戈达德发射了人类历史上第一枚液体火箭。火箭长约3.4米，发射时重量为4.6公斤，空重为2.6公斤。飞行延续了约2.5秒，最大高度为12.5米，飞行距离为56米。这是一次了不起的成功，宣告了现代火箭技术的诞生。

1930年12月30日，戈达德研制的一枚新的液体火箭发射成功，高度达到610米，飞行距离300米，飞行速度达到800千米/小时，打破了以往的火箭飞行记录。

1931年，他在火箭发射试验中，首先采用了现代火箭目前仍然使用的程序控制系统。

1932年，他首开先河，用燃气舵控制火箭的飞行方向。同年，首次解决了用陀螺仪控制火箭飞行姿态的问题。

1935年，戈达德研制的液体火箭最大射程已达到20千米，时速达到1103千米，是人造飞行器第一次超过音速。

戈达德共获得了214项专利，其中83项专利在他生前获得。

个人荣誉

1960年于史密森学会获得兰利金牌。

1959年9月16日获得国会金牌。

人物评价

事实上，美国是现代火箭技术真正起步的地方，戈达德也被公认为现代火箭技术之父。

罗伯特·戈达德与他的火箭

戈达德的一生是坎坷而英勇的一生。他所留下的报告、文章和大量笔记是一笔巨大的财富。对于他的工作，冯·布劳恩曾这样评价过：“在火箭发展史上，戈达德博士是无所匹敌的，在液体火箭的设计、建造和发射上，他走在了每一个人的前面，而正是液体火箭铺平了探索空间的道路。

当戈达德在完成他那些最伟大的工作的时候，我们这些火箭和空间事业上的后来者，才仅仅开始蹒跚学步。”但他的一生却是孤独而不被人理解的。勇敢的戈达德毫不气馁，在理论和实践上做了很多工作，向怀疑他的设想的人们表明未来的整个航天事业都将建基于火箭技术之上。他也因此而当之无愧地被称为“现代火箭之父”。戈达德虽然成功地发射了世界上第一枚液体火箭，但最初并没有引起美国政府的重视和支持，所以到他逝世时美国的火箭技术还远远落后于德国。直到1961年苏联宇航员加加林上天后，美国才发表了戈达德30年来研究液体火箭的全部报告。后来，他被誉为美国的“火箭之父”，美国宇航局的一座空间飞行中心被命名为“戈达德空间研究中心”。

他获得的荣誉达到了顶峰。他被追授了第一枚刘易斯·希尔航天勋章，而国家宇航总局的一个主要基地以他的名字命名为戈达德航天中心。

人物轶事

罗伯特·H·戈达德与克拉克大学的秘书Esther Christine Kisk在1924年6月21日结婚，但是他们没有生育任何小孩。

人物纪念

戈达德生涯总共获得214项专利，其中131项是在他死后才由他的妻子帮他获得。美国国家航空航天局于1959年在马里兰州成立戈达德太空中心来纪念他。月球上的戈达德坑（Goddard Crater）也以他的名字命名。

戈达德太空飞行中心是美国国家航空航天局在马里兰州格林贝尔特的一家工厂，成立于1959年。月球上的火山口戈达德也以他的荣誉命名。

1959年9月16日，美国国会授权发行金牌来纪念罗伯特·H·戈达德教授。

在克拉克大学的罗伯特·H·戈达德图书馆，图书馆的外部结构描绘着戈达德首枚液体燃料火箭的飞行路径。

罗伯特·H·戈达德高中于1965年在新墨西哥州罗斯威尔成立，以他的名字命名。这所学校的吉祥物是“火箭”。

谢选骏指出：美国社会为何漠视戈达德？因为美国空间充裕，无需太空扩张。但是因为空间紧缺的德国后来居上，苏联又乘虚而入，美国才不得不硬着头皮，引进纳粹人才，然后得以崛起太空。



【导论4、人均一件太空垃圾的新时代】


《1.7亿件太空垃圾绕地飞行 我们会被不幸砸中吗？》（2017-06-02编辑冯一伦）报道：

导语

多国科研人员提醒，眼下至少有1.7亿件太空垃圾正高速绕地飞行，很可能引发“灾难性的大量撞击事件”，从而危及人造卫星、宇宙飞船乃至国际空间站。

浙江在线杭州6月2日讯（浙江在线编辑 冯一伦）在太空“乱丢垃圾”的现象，日益引发关注。多国科研人员提醒，眼下至少有1.7亿件太空垃圾正高速绕地飞行，很可能引发“灾难性的大量撞击事件”，从而危及人造卫星、宇宙飞船乃至国际空间站。

而就在今年2月，美国宇航员从国际空间站往外丢出一批重达1.5吨的太空垃圾，被一些媒体评价为“太空史上最大的乱丢垃圾事件”。

每年因太空垃圾损失3至4颗人造卫星

太空本是广袤无垠的空间，却由于人类活动频繁而日益拥挤。不少科研人员担心，随着太空垃圾不断增多，人类可能彻底失去地球同步卫星轨道。

自1957年第一颗人造卫星升空以来，人类向太空发射了数以千计航天器，其中不少设备已沦为太空垃圾。规避空间碎片几乎成为各种航天器、卫星和国际空间站的“规定动作”。

今日俄罗斯电视台网站5月31日援引澳大利亚空间环境研究中心主任本·格林的话报道，眼下至少有1.7亿件太空垃圾正围绕地球高速飞行，其中仅有大约2.2万件受到追踪。

“由于太空垃圾撞击，我们每年失去3至4颗人造卫星。据美国航天局估算，用不了5至10年，我们恐怕就要失去一切。”格林说。

在格林看来，“太空垃圾问题正在逐年恶化”，一旦发生“灾难性的”连锁撞击事件，绕地轨道上的所有卫星都被摧毁也并非不可能。

美国航天局提供的数字则显示，目前受到各国追踪的太空垃圾数量在50万件左右，而其中2万多件“比垒球个头大”。太空垃圾的运行时速可能高达2.7万公里，这意味着哪怕是一块很小的碎片“也足以摧毁一颗人造卫星或一艘太空飞船”。

国际空间站因太空垃圾多次调整位置。资料图

太空垃圾目前尚无“捕捉”办法

2016年11月28日至30日，“21世纪航天学”科研大会在俄罗斯国家航天公司的科研总部中央机械制造研究所召开。会议指出，未来一两百年内航天发射可能因轨道太空垃圾达到临界值而彻底停止，必须尽快找到这一问题的解决办法。

与会者认为，如果人类找不到解决办法，一两百年后，大量的太空垃圾将威胁到航天业的存亡。目前有关摧毁或“捕捉”太空垃圾的方案虽然不少，但鉴于当前的技术发展水平，没有一项足够可行。

今年2月，进行清理太空垃圾实验的日本货运飞船“鹳”6号机在实验结束时仍未能完成向太空抛出金属缆绳这最重要的一步，实验宣告失败。

截至去年年中，地球轨道上共发现17729个人造物体，其中，使用中和已报废的卫星达4242颗，运载火箭和导弹残骸以及其他可列为太空垃圾的物体共计13487个。

航天领域专家现在不得不对太空垃圾在轨道上的位置进行实时关注。数据显示，为了规避太空事故，国际空间站平均每年进行规避飞行14次，每次规避飞行需要付出巨大的代价，需要动员大量的人力、物力加强监测和预警工作，航天员必须暂停工作和试验项目躲进对接的载人飞船内，并且空间站机动需要消耗大量的燃料。

太空垃圾伤人的概率微乎其微。资料图

太空垃圾会砸到你头上吗？伤人概率微乎其微

环绕地球轨道运行着多达50多万件太空垃圾。随着轨道上太空垃圾数量不断增加，太空垃圾击中在轨卫星或载人飞船的可能性也随之增大。

尽管卫星在再入大气层的猛烈过程中会四分五裂，但很多大型碎片会存留下来。英国南安普顿大学航天工程学讲师刘易斯说：“比如一些卫星燃料箱，尺寸大概和小轿车差不多。”

既然这些太空垃圾每天都在从太空坠向地面，那它们为什么没有遍布我们的花园，砸穿屋顶，甚至直接砸中我们的脑袋？

多数情况下，航天任务控制专家会对失效卫星返回地球的过程进行规划。专家会使用剩余燃料将卫星推入受控轨道，从而使其在坠入偏远海洋的过程中燃烧殆尽。与之相比，非受控坠落过程则具有一定的危险性。

最近的一次非受控坠落是2011年美国航空航天局的“高层大气研究卫星”。尽管地球表面的70%为海洋，并且绝大多数陆地地区的人口非常稀少，但刘易斯说，“高层大气研究卫星”坠落导致地面人员伤亡的概率仍然有两千五百分之一。

他说：“如果卫星坠落伤人概率达到一万分之一，我们就要对此提高警惕。”

考虑到全球每年道路交通事故死亡人数高达100万人，被退役卫星的碎片砸中的概率是微乎其微的。但在未来数十年内会有越来越多的航天器进入太空。刘易斯说：“更多的卫星意味着更多的坠落事件。”

谢选骏指出：1.7亿件太空垃圾绕地飞行——这只是一个不幸的开端，现在人类数目七八十亿——与此同时，地球也正在迈向“人均一件太空垃圾的新时代”。要不了多久，随着国际无政府状态的蔓延，太空垃圾势将成百倍地增长，那时，每个人的头上都将挂上一件太空垃圾的号了！“砸中”就不再是一个意外的“不幸”，而是一个意料之中的“献身”了。



【导论5、日本鬼国侵犯太空】


《日本野心藏不住了？距离地球3亿公里引爆5斤炸弹，美俄无法做到》（2021-05-19 小赛）报道：

据海外网消息，日本醍醐寺宣布建立“宇宙寺庙”的计划，将会和一家人造卫星开发公司合作，共同研制一颗拥有寺庙功能的卫星，并计划于2023年向外太空发射。根据日本方面的计划，这颗卫星将会搭载佛像和曼荼罗画，以保卫宇宙的和平安宁。这一消息很快在国际上引起广泛热议，很多国家都在嘲笑日本太“天真”。其实，日本早就涉足外太空，是全球第四个可以自主研发卫星的国家，此前，在距离地球3亿公里的外太空，日本在“龙宫”小行星上，引爆了5斤炸弹，连美俄都不敢这么做。

外界认为，二战后，日本“夹起尾巴做人”，如今终于不再遮掩自己的野心，大力发展国防建设，悄悄建造“准航母”，进口美国的五代战机，甚至还自主研发战机。如今，日本已经不满足于军事领域的成就，决定向外太空进军。据日本航空研发机构的相关消息，日本使用“隼鸟2号”小行星探测器，在3亿公里外的太空引爆“龙宫”，美俄直呼：藏得太深了。

据了解，“隼鸟2号”约609公斤，并不是体积最大的探测器，但掌握着遥感、巡视和采取样探测等技术。2014年，日本将“隼鸟2号”发射至太空中，成功在“龙宫”着陆，并发现了水和矿物质，但日本并不满足于此，为了能够将采集的样本带回地球，日本甚至在“龙宫”上引爆了5斤炸弹，不得不承认，日本为了达到目的真是不择手段。

日本想将样本带回地球的想法固然很好，但这波操作确实太粗鲁。日本引爆炸弹后，“龙宫”被炸出一个10米宽的大坑。专家表示，如果外太空和地球一样，存在着众多生命，日本这么做，无疑是在侵犯外太空，不仅会阻碍人类探索太空的进程，还会招来报复性攻击。

值得一说的是，美俄是全球军事强国，虽然也在探索外太空，却从没使用过如此粗暴的手段，必须承认，日本真是胆大包天，日本此举无疑给各国提了个醒，探索外太空虽然是件好事，但一定要保护宇宙的安宁，不要使用暴力手段，如果破坏了外太空的平衡，即便发射再多搭载了佛像和曼荼罗画的卫星，也无济于事。

谢选骏指出：日本的上述行径，无疑属于鬼国的侵犯——鬼国侵犯太空与人类朝圣宇宙，完全背道而驰，绝不会有好的下场……就像全面侵华只能走进了核爆纪念。而佛像和曼荼罗画，不过是鬼国的装饰。



【导论6、沙皇的贪欲想要宇宙】


《康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基》报道：

康斯坦丁·埃杜阿尔多维奇·齐奥尔科夫斯基（俄语：Константин Эдуардович Циолковский，1857年9月17日－1935年9月19日）是俄罗斯和苏联的火箭专家和宇航先驱，他一生中大部分时间都是在他在莫斯科南部卡卢加郊外的木屋中度过的。

生平

他出生于莫斯科南部的梁赞州一个中产阶级家庭，他的父亲是波兰人，母亲是俄罗斯人，由于他幼年得过猩红热，听力不好，所以不能升学，在家中学习直到16岁，他在自学期间，每天去莫斯科图书馆读书，后来参加中学教师资格的考试，人们对他的数学才能惊叹不已，他笑着说：“书籍是我的老师！”

后来他成为一位中学数学教员，直到1920年退休。齐奥尔科夫斯基研究了宇宙航行和火箭推动力的许多方面理论，所以被认为是人类宇宙航行之父。1895年，他访问巴黎，受到新建成的艾菲尔铁塔启发，他是第一位提出天梯理论的人。他最著名的作品是1903年出版的《利用反作用力设施探索宇宙空间》，是第一部从理论上论证火箭作用的论文。齐奥尔科夫斯基计算了进入地球轨道的逃逸速度是8千米/秒，利用液氧和液氢做燃料的多级火箭可以达到这个速度。齐奥尔科夫斯基一生出版了500多部关于宇宙航行的著作，包括一些科幻作品。他还设计了火箭控制方位的推进器，多级启动器，空间站和密封仓，以及提供氧气和食品的密封生态循环系统。但遗憾的是他的理论并没有能够在旧俄罗斯变为现实。他的著作影响到整个欧洲和美国的航天事业。

齐奥尔科夫斯基当时也研究过大气中的飞行器，他的计算曾经取得和莱特兄弟同样的结果，但他没有能作出实际样品来。

苏联火箭之父弗里德里希·灿德尔对齐奥尔科夫斯基的著作推崇倍致，1924年在苏联成立了第一个宇航学会，8月23日选举齐奥尔科夫斯基为军事航空学院的第一位教授。苏联于1930年造出OR-1液体燃料推进的火箭，1933年造出OR-2型。1929年，齐奥尔科夫斯基在他的著作《宇宙航行》中提出多级火箭的设想。火箭推进计算的基本公式是以他名字命名的。他还相信哲学家尼古拉·费奥多罗夫提出的向外星殖民的想法，认为这能使人类永久存在下去。现在在卡卢加有一个以他命名的宇航博物馆；月球上有一个以他命名的环形山，有一个小行星（第1590号）也是以他命名的。

名言

“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。”

“人类现在还软弱，但已经改造了地球表面。几百万年以后他们可以改变地球表面、海洋和大气。他们要像控制地球一样控制气候和太阳系。他们会穿越我们的星系，他们会到达其他太阳那里寻找新的能源来代替我们已经老化的太阳。”

谢选骏指出：这人说的是沙皇语言！沙皇盗用了拜占庭帝国的名义，侵占了欧洲和亚洲还不知足，还侵入了美洲——后来虽然知难而退了，但还是想占领中国。它那入侵太空的梦想，终于通过一个聋子叫了出来。


《齐奥尔科夫斯基：人类宇航之父》（2017/09/15 陈安）报道：

摘要：聋子齐奥尔科夫斯基在科研中取得丰功伟绩，可科学生涯并不美满，尝尽了他人无法感受的苦楚。

地球是人类的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮中。”这句名言出自俄国大的科学家、现代宇宙航行学创始人康斯坦丁·埃杜阿尔多维奇·齐奥尔科夫斯基（1857-1935）。早在1880年代，他大胆提出摆脱“摇篮”太空旅行的设想，然后一步步研究实现这一理想的方法。从设计火箭及其启动器、推进器，到设想用液氧和液氢作燃料；从设计提供氧气和食品的密封舱，到考虑建立在太空中停歇的空间站，他都周密构想、创建理论、指出原理、列出方程式、画出设计图、写出论文。后来的事实证明，他的许多理念、公式、计算都是正确的，他的研究成果对人类宇航学有着极为重大的贡献。

齐奥尔科夫斯基还有比太空旅行更雄伟的展望：人类将不断争取新的生存空间，起初是小心翼翼飞出地球大气层，然后探索整个太阳系，从“其他的太阳”那里“寻找新的能源”，以替代我们“已经老化的太阳”。从“新太阳”那里找到新能源，显然为时尚早，可正是有了美国的罗伯特·戈达德（1882-1945）、德国的赫尔曼·奥博特（1894-1989）、苏联的谢尔盖·科罗廖夫（1907-1966）和瓦连京·格鲁施克（1908-1989）、中国的钱学森（1911-2009），有了这些“航天先驱”、“火箭之父”及其创想、研究、发明，人类才在1950年代进入宇航开拓时代：

1957年，苏联第一颗人造地球卫星上天。1961年，苏联发射第一艘载人飞船“东方一号”，加加林成为第一个遨游太空的宇航员。1966年，美国“阿波罗十一号”飞船驾驶长阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的人。1981年，美国发射“哥伦比亚号”航天飞机。1986年，苏联发射“和平号”空间站。1998年，16国国际空间站发射成功。2003年，杨利伟乘“神舟五号”，成为中国第一个进入太空的航天员。

一个“不幸的遭难者”

1934年，使用原始助听器的齐奥尔科夫斯基。

齐奥尔科夫斯基几乎是个聋子。他生在梁赞省齐奥尔科夫斯基小镇，10岁滑雪时感冒，接着是严重的猩红热病，几乎完全失去听觉，14岁时就不再上学，再也没有得到过正规教育。“我的耳朵几乎全聋了，成了邻居小孩们的取笑对象。这个生理缺陷使我跟人疏远，可也使我发奋读书，用冥想来忘却烦恼。”他承认。

父母亲自然为不幸遭难的儿子心疼、着急，感到安慰的是儿子喜爱读书，读得专心和高兴。母亲辅导他两年，不幸因病早逝。当林务官的波兰裔父亲爱好建筑，常带孩子们玩“造房子”，发现老五即齐奥尔科夫斯基最有想象力，心灵手巧，所做的楼房、宫殿模型常常别出心裁。齐奥尔科夫斯基也爱用父亲带回家的木料做玩具，从简单小动物、小木屋一直做到复杂小马车、小火车。他觉得自己总有很多奇思妙想：“我幻想我膂力过人，幻想自己像猫一样，顺着绳子、竿子爬得很高，看得很远。”

耳朵失聪是无法改变的事实，父亲希望这个心灵聪慧的儿子有新学习环境。16岁那年，父亲送他去莫斯科求学，没有一个学校愿意接受一个“聋学生”。结果，父亲就把他留在莫斯科自学。图书馆成了齐奥尔科夫斯基的自习课堂，他常用的一个图书馆正是宗教哲学家、宇宙主义者尼古拉·费奥多罗夫（1829-1903）工作的地方。齐奥尔科夫斯基对费奥多罗夫的“外星殖民”观点很感兴趣，也认为开拓太空将使人类生活完善并永远无虑地生存下去，就自己动手写科幻小说《在地球之外》，描绘想象中的太空奇妙景象，提出“太空移民”想法。加加林后来说，他在太空中所见景色与齐奥尔科夫斯基在小说中所写的极为相似。

齐奥尔科夫斯基在图书馆自学3年多，高等代数、解析几何、物理、化学、力学、天文学都是他的必修科目。他也爱看期刊和小说，法国作家儒勒·凡尔纳（1829-1903）的科幻小说使他喜出望外，除了《海洋三部曲》，他还读过《从地球到月球》《八十天环游地球》《气球上的五星期》。显然，正是这些书让这个孤独的俄国自学生浮想联翩，幻想着人类遨游太空的那一天。他后来回忆道：“对我来说，第一颗太空飞行思想的种子是由儒勒·凡尔纳的科幻小说播下的，它们在我的头脑里形成了明确的方向。” 不过，他当时就觉得，《从地球到月球》里用一尊大炮把太空船发射到月球上去的方法不妥当，产生的加速度会把登月之旅的乘客统统害死。后经研究，他知道炮弹的初速度不能超过第一宇宙速度，根本飞不出地球，也就不再担心有人真会把大炮用作发射器。

主业是中学教师，副业是科学家

当时，齐奥尔科夫斯基借住在一个贫苦洗衣妇的小屋里，父亲每月给他寄15卢布，他省吃俭用，有黑面包和蔬菜即可，用剩下的钱买书和实验用品，结果造成营养不良、身体羸弱。父亲的一个熟人在莫斯科偶然见到他，把疲弱模样告诉了他父亲，父亲心酸难过，便逼他回家。1877年，也即回到老家的第二年，齐奥尔科夫斯基通过乡村中学教师资格考试，去任教前也没有忘记登月之旅，为探讨地球引力作用、了解升空对人体的影响，他制作了一个离心机，把家里的几只鸡当成实验品。

齐奥尔科夫斯基先在离莫斯科70公里的南部小镇波洛科夫斯克中学教算术和几何，并在那里与房东女儿索科洛娃结婚。自1892年开始，他一直在卡卢加省一所中学教物理和数学，直至1920年退休，在业余时间从事太空学研究。他一生是个中学教师，作为科学家，他是业余的，把自家的小木屋底层当实验室（曾遭洪水和火焰侵袭）。他长期孤身一人，默默无闻，直至晚年，研究成果才真正受到重视，他有机会进入国家科学院液体动力研究所，他作为科学家的名声得以显赫。

19世纪的世界尚无飞机，20世纪初才出现美国莱特兄弟发明的第一架“重于空气的飞行器”。正是在尚无飞机的时候，齐奥尔科夫斯基已在设想一种空中交通工具，那种飞行器应是“肢体僵硬却能滑翔的飞鸟”，为能高速飞行，机体应是流线型的。更为奇特的是，在尚无飞机、航空的时候，齐奥尔科夫斯基还想着“航天”，要去太空中遨游。凡尔纳可以任意玄想，可以随时开炮，齐奥尔科夫斯基可不行，究竟该怎样升上天去，怎样飞向浩渺无际的宇宙，一年又一年苦思、计算、设计、实验，他一步一个脚印跋涉在以太空为方向、以月球为目标的漫长路途上。

1883年，受牛顿的作用与反作用原理启发，齐奥尔科夫斯基设想：在一只充满高压气体的桶的一端开一个口，气体通过这个口喷射出来可产生反冲力，将桶推向前去。他在《自由空间》手稿中首次提出利用反作用装置推进太空飞行器的可能性，并画出太空船草图。1885年，他提出建造“金属飞艇”的理论，推动力应是热空气，而不用有爆炸危险的氢气。

1895年，受巴黎埃菲尔铁塔的启发，齐奥尔科夫斯基提出无需火箭发射的“太空升降梯”（也称“天梯”）理论。1896年，他开始从理论上研究星际航行问题，知道“天梯”难于上青天，确定只有火箭才能达到宇航目的，并画出载人宇宙飞船草图，第二年更推导出著名的火箭运动方程式，建立了火箭起飞前的质量与火箭燃料耗尽后的质量之比。

1898年，他完成航天学经典论文《利用反作用装置探索宇宙空间》，在1903年发表。所谓“反作用装置”，即喷气式火箭。他算出火箭在太空中飞行的数学原理，提出液体推进剂的构想，推导出火箭所能达到的最高速度，并设计了长椭圆形的液体动力火箭，用液氧和液氢当燃料。正是在这篇论文中，他最有力地证实了火箭具有完成太空飞行的能力。1911年，他发表《利用反作用装置探索宇宙空间》的下半部分，提出火箭冲出地球引力圈所必需的速度，并描述载人宇宙飞船从发射到进入轨道的全过程，内容涉及飞船起飞时的壮观景象，失重状态对人和生物的影响，不同高度看天空和地球的迷人景色，给人以亲临其境的奇妙感觉。1929年，齐奥尔科夫斯基在《太空火箭列车》一书中提出多级火箭的设想，使火箭获得更高的速度，飞更远的距离。

名字被永远标注在月球上

齐奥尔科夫斯基在科研中取得丰功伟绩，可科学生涯并不美满，尝尽了他人无法感受的苦楚。首先，他基本上是个聋子，由此形成的性格不同于常人，他的科学幻想让别人更无法理解，常被人视为“怪人”和“疯子”。如他滑冰时会打一把伞，为的是用伞来借助风力，可以滑得更快，结果使农民的马受惊，农民对他破口大骂，幸好他是聋子。

他当然是科学家，可在许多人看来，他是个空想家、梦想家。见他靠着树干枯坐地上，大家都觉得他在做“白日梦”，哪知他在苦思如何确定火箭进入地球轨道的“逃逸速度”。他其实很早就是个发明家，造出高空气球、太阳能热水器、星际报警器等，申请专利成功，却无人付钱给他，因为他没有写清楚他家邮址。他也会说大话，对妻子说自己是“伟人”，对学生说自己是“天使”，别人笑他自吹，可事实证明他确实是伟大科学家，是一心想让人类飞上天的“天使”。

齐奥尔科夫斯基时常觉得苦闷、沮丧。沙皇时期，他只是个被人轻视的中学教师，不能与大学和科研机构交流合作，科学实验得不到政府资助，科研成果被长期埋没。1899年，他为一个研究项目向圣彼得堡科学院恳请捐款。今天我们读他当年写给科学院副院长利加乔夫的信函，可察觉其哀求语调：“我不能将我计划的每一个项目及其需要的时间和费用一一列出，但我想1000卢布似已足够。不过，科学院如若愿意捐助，哪怕是最小的数目，我也会感激不尽。请别漠视我的谦卑请求，这项计划并非我一人之事，此念赐予我道德力量，从而能加快我预期的工作进程，在上帝佑助下于1900年秋季完成此项计划。照片、草图和所有科研资料，将在我得出实验结论后寄给您。”科学院给了他470卢布，虽然远少于1000卢布，他可是“感激不尽”了。

他是作家柯罗连科、契诃夫的同时代人，他远离政治，没有像柯罗连科那样因从事反沙皇统治的活动而被流放西伯利亚，也没有像契诃夫那样远访萨哈林岛并写出针对专制暴政的檄书。他毕竟是一个纯粹的科学家，可他的家庭在那个时代也屡遭厄境：女儿柳博芙因参加革命活动被抓捕，两个儿子自杀，一个儿子在俄国内战时期死于营养不良，另一个儿子死于百日咳，做父亲的饱尝了白发人送黑发人的悲恸。

1917年十月革命的成功改变了他的命运，使他的科研工作能深入开展，一篇篇论文陆续问世（一生共撰730余篇），一项项实验踏实进行，一个个成果相继而得。1932年，苏联政府授予他劳动红旗勋章。他不愧为科学界的“劳动模范”，宇宙主义者费奥多罗夫称赞：“齐奥尔科夫斯基的科研成就显然是他扎扎实实工作的成果，即使他的反对者也倍加赞赏。”著名化学家门捷列夫知道齐奥尔科夫斯基的科研成绩后，曾写信鼓励他，也给他忠告。如今，月球背面的一个大型撞击坑被命名为“齐奥尔科夫斯基环形山”，其西北部的小型撞击坑是“门捷列夫链坑”，其东侧则有“加加林环形山”。

齐奥尔科夫斯基后继有人。德国的奥博特曾写信给他说：“您已经点燃了火炬，我们绝不会让它熄灭。让我们尽最大的努力，以实现我们最伟大的梦想。”奥博特后来被誉为“欧洲火箭之父”，其著述《飞往星际空间的火箭》《通向航天之路》被视为宇航界的《圣经》。

苏联杰出的火箭设计工程师科罗廖夫，于1957年设计出世界上第一枚多级火箭，并发射成功，实现了齐奥尔科夫斯基的夙愿。如今，在莫斯科有一座航天纪念碑，也可说是齐奥尔科夫斯基纪念碑，状如一枚火箭，巍然耸立，直插云霄，碑座上有齐奥尔科夫斯基的塑像。他安详地坐在那里，头微仰，目远望，向往着他多么想去而未能去、后人因他而能去的苍茫无垠太空。

谢选骏指出：新老沙皇的社会虽然贪婪，但却过于松散，无法像德国那样的压力锅可以熬出直射伦敦的火箭导弹。但正因为如此，黄俄才会“独尊俄国鬼，避谈V2弹”。



【导论7、太空站就是贼窝】


太空站（space station）又称空间站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单模块空间站和多模块空间站两种。单模块空间站可由航天运载器一次发射入轨，多模块空间站则由航天运载器分批将各模块送入轨道，在太空中将各模块组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施，空间站不具备返回地球的能力。

历史沿革

空间站概念的提出可以追溯到1869年，当时Everett Hale为《大西洋月刊》撰写了一则关于“用砖搭建的月球”的文章。此后，康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和赫尔曼·奥伯特也对空间站进行过设想。1929年Herman Potonik的著作The Problem of Space Travel（《太空旅行的问题》）出版并风靡了30多年。1951年沃纳·冯·布劳恩在矿工周刊中刊登了他带有环状结构的空间站设计。二战期间德国科学家曾研究过使用太阳能的轨道兵器，即所谓的“太阳炮”。按照设想，它将是运行在高度在5100英里（8200千米）的地球轨道的空间站的一部分。

阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后，苏联在与美国登月的太空竞赛中落败，因此转向了其他方向（如空间站）来展示他们的航天实力和开发太空资源。礼炮1号于1971年成功发射升空，它是人类历史上首个空间站。但不幸的是3名航天员于1971年乘礼炮1号上的联盟号飞船返回过程中，由于返回舱上平衡阀异常打开造成返回舱失压，导致3名航天员全部死亡。美国紧随其后在1973年发射了天空实验室号空间站，它携带了一系列的望远镜，科学家在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。苏联在1986年发射了和平号空间站的核心舱，并在接下来的10年间不断运送新的模块在空间组装，1996年建成了由6个模块组成的和平号空间站，该空间站服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。1998年11月国际空间站的第一个模块（曙光号功能货舱）发射升空，随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用，成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月至2017年3月，国际空间站上保持至少3名乘员。

中国在2011年9月29日发射了天宫1号目标飞行器。天宫1号将分别与随后发射的神舟8号、神舟9号、神舟10号飞船交会对接，从而使中国掌握了交会对接技术，为开展中国的空间站建设奠定了基础。

构造与组成

单模块空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体，再加上有不同用途的舱段，如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口，以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。

单模块空间站一般由下列系统组成：

结构与机构系统

电源与供配电系统

温度控制系统

制导、导航与控制系统

推进系统

机械臂系统

测控和通信系统

环境控制与生命保障系统

乘员系统

对接机构系统

仪表与照明系统

数据管理系统

特点

空间站特点是体积比较大、结构复杂，在轨道飞行时间较长，有多种功能，能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之一是经济性。例如，所有的空间站都不具有返回地面的功能而是在太空接纳航天员进行实验，可以使载人飞船成为只运送航天员的工具，从而简化了空间站的结构，既能降低其工程设计难度，又可减少航天费用。另外，空间站在运行时可载人，也可不载人，只要航天员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间，减少许多消费，当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期（数个月或数年）的飞行，故保证了太空科研工作的连续性和深入性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。

发展

空间站可分为以下几代：

第一代空间站：特点：单模块，一个对接口（礼炮1号、礼炮2号、礼炮3号、礼炮4号、礼炮5号）

第二代空间站：特点：单模块，两个对接口（礼炮6号、礼炮7号）

第三代空间站：特点：多模块，积木式结构（和平号空间站）

第四代空间站：特点：多模块，桁架结构和积木式的混合结构（国际空间站）型号

型号

礼炮号系列空间站（Salyut）

礼炮系列空间站由前苏联建造，其中礼炮1号是人类的第一个空间站。这个系列的空间站在1971年到1985年间服役，期间一共发射了礼炮1号至礼炮7号共7个空间站。它们的任务是完成天体物理学、航天医学、航天生物学等方面广泛的科研计划，考察地球自然资源和进行长期失重条件下的技术实验 [1]  。

天空实验室号空间站（Skylab）

天空实验室号是美国的空间站，1973年由两级的土星5号运载火箭发射入轨，同年，先后发射了3艘阿波罗号飞船（即阿波罗号飞船）的指挥-服务舱与其交会对接，每次送去3名航天员。

和平号空间站（Mir）

和平号是前苏联设计建造的空间站，为上述礼炮计划的后继项目。它于1986年发射升空，并在接下来的十年间陆续对接了5个模块，一直被运用到2000年。苏联与美国在这里进行过航天项目的合作，许多不同国家的航天员也曾到访过和平号进行工作。它被废弃后于2001年受控在再入大气层中烧毁。

国际空间站（International Space Station, ISS）

国际空间站是由美国国家航空航天局（NASA）、俄罗斯联邦航天局（RFSA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大太空局（CSA）和欧洲空间局（ESA）等共同建造的空间站项目。它在1998年开始建造，各功能模块在其后被陆续送入轨道装配，2011年2月国际空间站组装工作全部结束。国际空间站是人类拥有过的规模最大的空间站。

天宫1号目标飞行器（Tiangong 1）

天宫1号是中国独立设计建造并发射运用的目标飞行器，它于2011年发射升空。天宫1号与随后发射的神舟8号至10号飞船进行对接，使中国成为掌握交会对接技术的国家。神舟8号已于2011年11月1日发射，并在11月3日和15日两次成功与天宫一号对接。2012年6月18日中午，神舟9号携3名航天员和天宫1号对接成功，航天员成功进入到天宫1号内部。2013年6月13日13时18分，神舟10号携3名航天员再次和天宫1号对接成功，航天员进入到天宫1号内部，共开展为期15天的在轨生活和科研活动。2013年6月20日10时起，中国女航天员王亚平在天宫1号上进行了一次50分钟的太空授课。

天宫2号空间实验室（Tiangong 2）

天宫2号空间实验室是中国第一个空间实验室，其规模比空间站要小，但可做一些为建造空间站服务的关键技术研究项目，如推进剂在轨加注技术。2016年9月15日天宫2号发射成功，经过变轨进入了等待与神舟11号载人飞船交会对接的轨道。10月19日实现了神舟11号与天宫2号的交会对接任务，航天员进入天宫2号内工作和生活，完成了30天的太空驻留任务。预计2017年4月中下旬将发射天舟1号货运飞船，在天宫2号配合下，完成在轨推进剂加注试验。

未来发展计划

中国预计2016年后将推出天宫三号空间实验室，届时将在2020年前推出三座模块化的60吨空间站。项目921-2是中华人民共和国计划建造载人空间的工作名称站。公众被要求提交名称和符号建议，以装饰计划中的中国太空站。

美国公司Bigelow Aerospace正在开发一个私人轨道综合体Bigelow商业空间站。 Bigelow建议使用BA 330可扩展航天器模块以及中央对接节点，推进，太阳能阵列和附加的船员舱来构建空间站。计划在2014年初步推出空间站组件，部分站点早在2015年就可以租用。Bigelow于2010年10月开始公开将第一台Bigelow车站的初始配置 - 两个Sundancer模块和一个BA-330模块参考为Space Complex Alpha。[17]第二个轨道站 - 太空复合体布拉沃 - 计划在2016年开始发射。截至2017年6月，阿富汗太空复合体的发射已经从2020年开始在阿纳特V和Falcon 9号运载火箭发射，从卡纳维拉尔角开始。

2008年4月，俄罗斯航天局提出建造太空太远的轨道建设场地（OPSEK），不能直接从地球发射。国际空间站退役后不会开始建设或完成。该计划已由Anatoly Perminov于2009年6月17日向ISS合作伙伴介绍。

轨道技术商业空间站是俄罗斯公司（Orbital Technologies）的一个项目。 CSS旨在适应不同的功能，例如：

实现基于空间的微重力研究。

提供商业人类航天，太空旅游和国家赞助的人类航天计划的目的地。

作为国际空间站及其船员的备用和紧急避风港。

促进产品开发。

促进卫星维修和维护。

为人类太空飞行任务提供了一个分期的前哨基地，超出了低Earth轨道。

提供独特的遥感平台。

开发和销售车站的业务安排最近由俄罗斯的Orbital Technologies公司澄清，该公司正在与Rocket and Space Technology Corporation Energia（RSC Energia）合作开发车站。

2011年12月，波音公司提出将节点4作为勘探网关平台的核心，在国际空间站上建造，并通过空间拖船重新定位到月球拉格朗日点（EML-1或2）。该平台的目的是在前两次SLS航班之后支持使用可重复使用的月球着陆器的月球着陆任务。它也将绕过需要用于月球任务的L1推进剂仓库。其他硬件将包括气锁，“国际模块”和基于MPLM的栖息地模块。

2012年2月，花花公子与维珍银河联合提出了一个轨道“空间俱乐部”。他们的计划包括餐厅和零重力舞蹈俱乐部。

印度计划升级其ISRO轨道车辆，在计划印度的人类航天计划之后进行会合和对接。

从2015年开始，美国航空航天局正在为“超空间轨道（BEO）空间和转运车辆的下一代空间技术探索伙伴关系（NextSTEP）”开发深空栖息地（DSH）。

谢选骏指出：空间站（space station）又称太空站、航天站——但是，不论它们叫做什么，不论它们属于何方妖怪；但是，只要它们是用来争权夺利的，而不是用来进行以朝圣为目的的活动的，那就是耶稣所说的贼窝了。这样的贼窝只能引起太空战争，就像耶路撒冷的圣殿只能引起宗教战争。



【导论8、艺术人渣糟蹋太空】


《漂浮于太空的艺术品》（BBC 2019年1月4日）报道：

2017年，日本艺术家东信给花束系上巨大的气球，送上内华达沙漠上方10万英尺（约合3万米）高空。

在人类漫长的历史长河里，探索外太空的历史不过短短几十年的时间。但早在我们把卫星送进大气层之前很久，艺术家们就已在想像逃离这个卑微的星球，渴望奔向天空。

军事防御上的支出和科学进步推动了我们的探索，而艺术家继续担当我们探求征服未知世界的重要催化剂，因为在未来到来之前，他们已在想像未来世界的林林种种。正如俗话说的，生活是在模仿艺术。今天，艺术家们也加入到太空竞赛中，把大气层之外的神秘真空想像成下一座美术馆或者画廊空间。

名叫纳胡姆（Nahum）的艺术家拒绝接受人类可以征服太空的观点。他认为，必须把艺术家纳入我们如何探索太空或者人类（即拥有充足资金执行航空航天计划的富裕国家）的对话中，否则就有可能犯下殖民帝国当年犯下的同样错误。谁有权拥有月球或者一颗彗星的表面，谁有权在那里采矿或者贵金属呢？这位艺术家说，一旦离开地球，我们地球文化的基本原则，比如土地所有权和边界等，就可能受到质疑。他告诉BBC文化频道，“如果（艺术家）有不同的技能和理解世界的方式，我们只会丰富这样的对话。”

纳胡姆的作品《存在的轮廓》从美国卡纳维拉尔角发射升空。

自从科学家们首次克服了地心引力的羁绊，挣脱地球大气层以来，艺术家们开始把外太空想像成一个艺术平台。在地球之外的艺术是什么样的？2018年6月29日，经过多年的酝酿，纳胡姆长久以来的梦想终于实现了。他创作的一件独一无二的互动式雕塑搭乘运载物资到国际空间站的SpaceX猎鹰9号火箭进入太空。在地球上，这位艺术家精心策划的表演，让观众能够与国际空间站上的这具雕塑互动，用纳胡姆的话说，就是拉近了地球观众与太空的距离。

太空是艺术场所吗？

纳胡姆说，太空也应该用作一个文化实验室，这就是为什么他的新作品要特别设计成与太空互动的形式。他说，通过与国际空间站上的雕塑互动，地球上的观众会觉得外太空更容易接近。这件作品是关于万事万物之间的联系，不仅是在宇宙范围内，也包括地球；是对我们虽然看不见，但不可避免地构成了我们存在整体的未知事物的解读。他说。“有时候，我觉得太空就像是一块黑色的画布。”

佩格伦（Trevor Paglen）、斯特拉昌（Tavares Strachan）和日本艺术家东信（Makoto Azuma）等艺术家，也都构思了为外太空创作的作品。2018年12月3日，佩格伦与内华达美术馆（Nevada Museum of Art）合作的《轨道反射器》（Orbital Reflector），以及斯特拉昌与洛杉矶县美术馆（Los Angeles County Museum of Art）合作的《伊诺克》（Enoch），在多次失败后，也被送入太空。这两件作品搭乘的是同一个SpaceX火箭。

佩格伦的雕塑作品看起来像是一颗科学卫星，但实际上纯粹是美学和励志之艺术作品。

乍一看，佩格伦的雕塑作品看起来像是一颗科学卫星，但实际上是纯粹的美学和励志之艺术作品。这个项目引发了天文学家的抗议，他们说这个强烈反光的物体，会妨碍科学观察。纳胡姆驳斥了他们的主张。佩格伦的这件作品是最早一批引发谁拥有太空合法权利或者谁拥有地球轨道问题的太空艺术作品之一。为什么科学家拥有太空无限的支配力？为什么艺术家或者其他人不能平等地进入这个新边疆？

斯特拉昌的太空雕塑看起来则更像是那种你会在美术馆里看到的东西，一具小罗伯特·亨利·劳伦斯（Robert Henry Lawrence Jr）的半身像。劳伦斯是第一个入选美国太空计划的非裔美国人，在进行宇航员培训时即死于空难，因而从未有机会实现进入太空的梦想，直到斯特拉昌的作品进入太空。纳胡姆、佩格伦和斯特拉昌的太空雕塑，标志着外太空艺术品的一个里程碑。此时此刻，三位艺术家的三件作品正绕着我们的地球旋转。

这尊小罗伯特·亨利·劳伦斯的半身像正在绕着地球飞行，实现了他生前希望进入太空的梦想。

佩格伦说，他设计这个太空雕塑的目的，是为了鼓励我们这些受困于地球引力的人，带着重新燃起的好奇心仰望天空。纳胡姆说：“我之所以喜欢太空探索，是因为大多数时候，太空探索其实都是关于地球的。”换句话说，太空项目虽然本质上是外星的，但目的是把外太空和地球联系在一起。人类制造的几乎每颗卫星都指向地球。事实上，第一个发射到太空的照相机拍的不是恒星而是地球的照片。纳胡姆说，我们想像一下，未来有一天，我们进入太空遭遇外星人时，我们将只简单地说一句“我来自地球”，只这一句话，所有移民和民族主义的东西就分崩离析了。除了科学（甚至是科幻小说）之外，艺术既能激发人们以新的方式向上仰望天空，也能向内探索我们地球人类的集体意识。

纳胡姆和其他一些艺术家一起去俄罗斯感受地球上最接近零重力状态的体验。

太空艺术50年

纳胡姆来自墨西哥城，目前以柏林为创作基地，近10年来，他一直在探索将太空作为艺术创作的主题和目标。他说，“作为艺术家，我们有责任从事任何主题创作。”为了筹备2015年他在墨西哥城的展览《重力状态》（The Matters of Gravity），纳胡姆和几位艺术家前往俄罗斯，感受地球上最接近零重力状态的体验：抛物线失重飞行。作为宇航员训练和科学研究的一部分，特别设计的飞机进行一系列特定动作的飞行，当进入抛物线飞行时，飞机上可以体验到30秒的失重感觉。纳胡姆等艺术家是第一批在失重环境下进行艺术实验的人。实验结果以音频、视频和雕塑的形式，在墨西哥城艺术宫（Palacio de Bellas Artes）展出。

在2017年，东信用一束盘旋在大气层外缘的鲜花，再现了静物的艺术史标准，拉近了人类与太空的距离。他的作品必然是短暂的，这仿佛是在暗示，茫茫宇宙中，甚至是在我们称之为家的地球上，所有生物和有机物都是脆弱而短暂的本质。所以，艺术家在太空的探索又回到了我们在地球上的生命。

东信的作品抵达太空的方式，显然更DIY。花束不是通过搭载火箭进入太空，而是固定在巨大的气球上，飘上1万英尺的高空。在摄氏零下60度的超低温环境里，花朵开始在外层大气四分五裂，然后像彩屑般飘落地球。摄影记录是这次冒险存在的唯一证据，它捕捉到了地球的尽头和太空开始之间这个灰色区域。这个名为地球外生命体（EXOBIOTANICA）的项目，提供了对太空的一种诗意探索，仿佛是在说，我们唯有携带美丽之物，方可深入未知世界。

不过，太空艺术的历史，还可以继续往前追溯。在两个最著名的航天任务中，两个一模一样的航天器旅行者1号和2号飞出我们太阳系的外缘。两个航天器携带着两个录制了许多艺术表达的黄金唱片。1977年发射之后，旅行者1号和2号朝着未知的宇宙飞去。每一秒时间，两个航天器都成为距离地球最遥远的人造物体。2018年12月，旅行者2号继旅行者1号之后飞离了我们的太阳系，现在距离地球近180亿公里（110亿英里）。旅行者1号则在2012年已离开了太阳系。真正独一无二的是，这个旅行者号航天任务带着地球人类关于美好和人类创造力的讯息飞出太阳系，象征着人类对太空探索不息的奋斗精神。其携带的每张金唱片都包含着地球传递给任何将会遭遇到的外星文明的讯息，其中有地球和人类的影像、音乐以及几十种人类语言的问候。

萨根（Carl Sagan）负责策划这张黄金唱片的内容，这似乎是一个不可能的任务，因为要代表所有的人类文明。他称这张唱片“是地球上最伟大的唱片，是跨越宇宙的海洋，从一个文明孤岛到另一个文明孤岛的礼物”。在之后的40多年里，再也没有比这更伟大的太空艺术作品了。我们对宇宙的探索，无论是以艺术的还是野蛮的方式，最终都是对我们自身灵魂的探索，是对宇宙间相互联系的探索。

谢选骏指出：在我看来，无论是以艺术的还是野蛮的方式，所进行的“对自身灵魂的探索”、“对宇宙间相互联系的探索”，可能都是地球人渣在糟蹋太空。很明显，这些人渣还要美化自己，但充其量不过是些伪装成为艺术品的人渣，因为他们制造的不是艺术，只是太空垃圾。



【导论9、印度魔鬼骚扰太空】


《美国NASA：印度“女神”发力危及国际空间站》（BBC 2019年4月2日）报道：

在美国、俄国与中国之后，印度成为第4个成功进行反卫星武器试验的国家。

美国航天局（NASA）称，印度试验反卫星武器之举是一件“可怕的事情”，可能威胁到国际空间站 (ISS)。

NASA局长吉姆·布里登斯廷说，由于这次试验，太空碎片与国际空间站碰撞的风险在10天内上升了44%。

不过他表示: “目前国际空间站仍然安全。如果我们需要，可以操纵它调整轨道。”

这一代号为“女神力量行动”的反卫星武器试验成功后，印度总理莫迪宣布称，印度已确立了该国作为全球航天超级大国的地位。印度全国各地3月27日将举行相关庆祝活动。

布里登斯廷对NASA员工发表讲话时，严厉批评了对此类反卫星(ASAT)武器的试验。他说，NASA已经发现了400块轨道碎片，并正在追踪直径超过10厘米的60块碎片。他说，其中有24块对国际空间站构成潜在威胁。他批评印度导弹击毁卫星将碎片冲击到国际空间站以上的太空高度。“这种行为与我们需要看到的人类太空飞行的未来是不相容的 。”

印度试射成功后，美国代理国防部长沙纳汉警告说，印度摧毁自己的一颗卫星的反卫星武器的试验可能会在太空造成 “混乱”。但他表示，华盛顿仍在研究印度试验的影响。德里坚称，它在近地空间300公里 (约186英里) 高度的低地球轨道上进行了试验，以免留下可能与国际空间站或卫星碰撞的空间碎片。

印度国防研究与发展组织 (DRDO) 负责人拉迪表示，它特意选择在低层大气层进行的试验，就是因为产生的碎片会很快消失，不会留在太空中。

碎片

太空垃圾碎片尺寸不一，最小的像油漆斑点那么小，最大的是报废的卫星。但一些垃圾虽然尺寸不大，但高速撞击破坏力巨大。

布里登斯廷也表示，从积极角度看，在低层大气层进行的试验产生的碎片最终会落入大气层降解。

中国与印度试验比较

国际空间站运行平均高度大约是345公里。高于印度这次试验卫星轨道高度大约45公里。

12年前，中国2007年1月也进行过反卫星武器的试验，在865公里高空摧毁了一颗废弃的气象卫星，但因此在这一高度的轨道上留下了一个巨大的碎片云。

当时，中国的试验引发了国际关注和担忧。美军目前正在总共追踪约1万块空间碎片，据说，其中近三分之一都是当时中国的试验造成的。

军备控制的倡导者对太空空间日益军事化表示关切。反卫星技术将使印度能够在未来任何冲突中摧毁敌国的卫星，这种试验很可能会加剧印度和中国之间日益激烈的地区竞争。

这一宣布也激怒了印度的反对党, 他们指责莫迪在印度大选前利用这次试验为竞选造势，吸引选票，达到其政党政治目的。印度民众将于4月11日开始在全国选举中投票。

《印度反卫星“女神”发力招致美国批评》（2019年3月28日 BBC）报道：

印度2019年3月导弹摧毁的卫星是2019年1月刚刚发射升空的。

美国代理国防部长沙纳汉警告说，印度摧毁自己的一颗卫星的反卫星武器试验可能会在太空造成 “混乱”。

帕特里克·沙纳汉说，美国仍在研究印度2019年3月份的这次试验。但德里坚称，它在地球低轨道上进行的试验不会留下太空碎片。

继美国、俄国与中国之后，印度成为第四个进行过反卫星试验的国家。

印度总理莫迪在一次出人意料的全国电视讲话中宣布了2019年印度的反卫星试验成功的消息。他说，印度已确立了该国作为全球航天大国的地位。

2019年印度试射后，沙纳汉表示，太空应该是人们有行动自由的地方，人类都生活在太空中，不要把它弄得一塌糊涂。

但这种试验产生的碎片可能危害民用和军用卫星的行动，并可能与空间的其他物体发生碰撞。

不过印度说，它特意在低层大气层，即300公里的高度进行了这次代号为“女神力量行动”的试验（Mission Shakti）， 以确保太空中留下的碎片或其它物质"将在几周内降解并落到地面"。但一些专家对印度的这一说法表示怀疑称，碎片的轨道无法控制。

路透社援引五角大楼一位发言人的话说，美军正在监测印度试验产生的250多块碎片。美国1959年进行了第一次反卫星试验。

美国国家航空航天局（NASA）也警告说，印度试验后有形成太空碎片的风险。NASA局长吉姆·布里登斯廷对美国国会说，“有些人喜欢有意测试反卫星能力，制造轨道碎片场。我们今天仍在处理这个问题。”他说：“因为它们自己制造了碎片场，同样又是这些国家来找我们讨论保护太空环境的问题。”

2012年，当时的印度国防研究与发展组织 (DRDO) 负责人说，虽然印度完全拥有反卫星武器的条件，但它不想通过摧毁卫星来测试该系统，原因是空间碎片有可能受到影响其他卫星。

地缘政治与军备竞赛

军备控制倡导者对空间日益军事化表示关切。反卫星技术将使印度能够在未来可能发生的冲突中摧毁敌国的卫星，这种试验很可能会加剧印度和中国之间日益激烈的地区竞争。

12年前，中国2007年1月也进行过类似的试验，当时引发了国际关注和担忧。当时中国外交部就此表示，中国一贯主张和平利用外太空，反对外太空武器化和军备竞赛。

中国当时的试验是在865公里高空摧毁了一颗废弃的气象卫星，但因此在这一高度的轨道上留下了一个巨大的碎片云。

次年，美军也曾发射导弹摧毁了其一颗失控的间谍卫星。

2018年，中国帮助了邻国巴基斯坦发射了两颗卫星。巴基斯坦也是印度的邻国，两国有着历史和地缘的纠纷。

印度大选

印度外交部将这次试验描述为和平试验，并表示“无意参加外层空间军备竞赛”。但印度导弹击毁卫星的宣布激怒了印度反对党，他们指责莫迪将这一试验视为莫迪为竞选造势。印度将于4月11日开始全国大选投票。

印度选举委员会宣布已收到投诉，将调查莫迪是否违反选举规定。

谢选骏指出：印度魔鬼是多神教的，而不是无神论的——所以印度是假民主的，遮遮掩掩的魔鬼行径；不是反民主的，直截了当的魔鬼行径。



【导论10、只能“上天”不能“入地”的火箭技术】


《中国逐鹿太空 超美意图明显》（2021-05-10 世界日报 ）报道：

“金融时报”(Financial Times)报道，中国企图成为“全方位的超级大国”，积极拓展太空领域，与美国竞争的态势明显，而此“超美”志向究竟意在何处，外界依然雾里看花。

中国在太空领域野心勃勃，如试图创建足以与国际太空站(ISS)抗衡的太空站，创建卫星定位系统，建置最大口径望远镜，也致力于成为继美国之后，第二个让探测车登陆火星的国家；在此之前，中国是2018发射火箭次数最多的国家，2019年成为第一个让探测车登陆月球背面的国家。

中国与美国能够合作的领域已愈来愈少，太空事业更是几乎从一开始就是竞争状态，美国2011年即通过法案，禁止NASA与中国科学界合作，让中国被排除在国际太空站之外。

中国的太空成就是中共执政的合法性来源之一，但伦敦国王学院国防专家希尔伯恩(Mark Hilborne)指出，西方的难点就是“不知道北京当局到底想做什么”，尤其考虑到火箭可军用，也可民用，而中国在这方面不透明，乃至有“军民融合”的倡议等。

智库“战略与国际研究中心”(CSIS)太空领域专家哈里森(Todd Harrison)表示，中国有能力瘫痪美国军用、商用、民用卫星，不论低空、高空，或破坏、误导美国的卫星定位系统GPS等，是美国军方的“真正威胁”。

康乃尔大学学者海恩斯(Lincoln Hines)则说，中国一些载人计划，成本极其高昂，任务极为艰巨，在科学研究上并非有效的办法，因此推高国内声望，塑造软实力形象，可能是比军事扩张更重要的目的。

中国确实在采取行动，试图消弭国际疑虑，例如国家航天局(CNSA)邀请外国科学家研究中国采集的月球样本，接受外国参与中国正在创建的太空站的实验等。

另一方面，中国官媒则在微信传播文章，指中国要打破美、俄在太空的“双头垄断”，待国际太空站退役后，其他国家将别无选择，只能使用中国的太空站作科学实验。

《中共预测火箭落点误差万里 无碍党媒欢庆"真准"》（2021-05-10）报道：

中共的长征5号Ｂ遥二运载火箭不受控坠落地球，连日引发舆论批评。中共官方则一片沉默，直到坠落前一刻才预测残骸再入大气层的时间地点，而且虽然预测落点与最后实际落点相差万里，但中共党媒和网络上依然欢呼“预测真准”，中国“技术先进”。

中共任由20余吨的火箭不受控地坠落地球，国际舆论纷纷批评这不负责任。同时，欧美军方和研究机构连日来连续跟踪火箭轨迹，不断修正对落地时间地点的预测，试图避免可能造成的伤害。而中共官方只是由外交部宣称火箭残骸“对航空活动以及地面造成危害的概率极小”，除此之外，官方及官媒一片沉默。

直到北京时间5月9日上午7时，即火箭坠落约3小时前，中国载人航天工程办公室才发布预测称，长征5B火箭残骸将于上午10时12分左右进入大气层，误差为15分钟，再入区域中心点位于东经28.38°，北纬34.43°，意即位于地中海的希腊克里特岛东方海域。

此前中共飞行器“天宫一号”坠落时，官方每日、每周更新其飞行状态，这次却在长征5B火箭不受控重返的前一刻才首度公告状态，与之形成鲜明对比。

就在中方预测长征5B火箭坠落前，美国也更新预测指，火箭可能在9日10时11分的前后1小时再入大气层，坠落在希腊地中海周边地区。此前美方已多次修正预测，每次都有所不同。

和美方上述预测相比，中方的数据并无太大出入，只是稍微增加了“精确度”。未知两者是否存在关联。

地球大气层厚度仅8-17公里，而且失去动力的火箭进入大气层后，会因为重力作用加速坠落。因此，当时媒体报道，美中均预测火箭残骸将坠落地中海地区。

但是，仅几个小时后，中国载人航天工程办公室发布消息称，5月9日10时24分，长征5号火箭末级残骸已再入大气层，落区位于东经72.47°、北纬2.65°的周边海域。该位置在印度洋上，距离中方之前预测的地中海地点将近5000公里。

火箭残骸最终坠落地点约在马尔代夫西南方近海，距离最近的有人居住岛屿仅约42公里。就在国际舆论表示庆幸的同时，中共官媒和网络上开始炒作中方“预测准确”，“西方敌对势力抹黑徒劳无功”云云。

包括《环球时报》在内的党媒，宣传中方所预测的“上午10时12分前后误差15分钟”，比美方所预测的“10时11分前后误差1小时”还要“精确”，但对中方预测“再入区域为地中海”只字不提，而将其归结为“美方的错误预测”。

党媒还引述专家的话称，因为中方掌握长征5B火箭的精确参数，“对于落点估算有着先天优势”。中国网络上也一片“欢欣鼓舞”，五毛们纷纷宣传“中方预测准确”，“外媒谣言破灭”，“让全世界看到中国科技大秀”云云，仿佛中共早就“成竹在胸”。

而事实上，在火箭残骸落地前，中方已连续多日保持沉默，没有公布任何信息对可能的落点和时间给出警告。专家分析，因为中共任由火箭不受控坠落，因此无法给出准确预测。

党媒还暗示，火箭用完后不受控坠落是“国际通行的做法”。但麻省理工学院空间推进实验室（Space Propulsion Lab）主任洛萨诺（Paulo Lozano）日前对美国之音表示，美国几乎所有的火箭都设计了专门引擎，引导火箭在完成任务后重返地球上指定的无人区域，人们从未听说过美国火箭不受控制地返回地球上不确切的位置。

位于马萨诸塞州坎布里奇（Cambridge）的哈佛-史密森天体物理中心（CfA）的天文学家麦克道尔（Jonathan McDowell）表示，在过去30年里，只有中共任由火箭残骸随意坠落地球。

2020年5月，中共的另一枚长征5B火箭残骸也以不受控制的方式重返地球，一些残骸毁坏了西非象牙海岸的村庄。

谢选骏指出：共产党火箭残骸不受控制地坠落，可能不是故意为之的流氓行为，而是实属无奈的无能之举——因为它们窃取的火箭技术，只有“上天”部分，没有“落地”部分。



（另起一页）

走向太空

Go Go Space


《宇宙朝圣》第五卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Five



【001、“飞马座51b”发现者获得诺奖，本文去年就预言了】


直击诺奖 2019-10-08

编者按：随着本年度诺贝尔物理学奖的揭晓，物理宇宙学成了各大媒体热议的话题。本文作者王爽，早在去年就预言了米歇尔·马约尔和迪埃·奎洛兹会得到诺奖。因为他们首次发现太阳系外围绕类日恒星运转的行星，对物理宇宙学来说，实在意义重大。

在开始今天的银河系之旅前，我们要知道，在天文学史上，飞马座51b是一个具有重大历史意义的景点：它是人类发现的第一颗绕主序星旋转的系外行星，而它的发现也宣告了系外行星探索时代的到来。

其实很早就有人怀疑，在茫茫宇宙中还有许多其他的行星。比如说，早在16世纪，被罗马教廷烧死的意大利哲学家乔丹诺·布鲁诺就猜想，漫天繁星其实就是远处的太阳，也有很多行星在绕它们旋转。此外，大名鼎鼎的牛顿爵士也在他的传世巨著《自然哲学的数学原理》中表达了相同的观点。

然而，寻找系外行星是一件极端困难的事情。原因很简单。行星本身不会发光，只能够反射恒星的光芒；这意味着，行星的绝对亮度其实非常非常微弱。另一方面，即使是最近的那些恒星，它们与地球之间的距离也要以光年计。相距如此遥远的情况下，系外行星肯定会被笼罩在它所环绕的恒星的光芒中；换句话说，系外行星根本无法被地球上的望远镜所看到。

师徒破局

几百年来，人们一直无法找到支持系外行星存在的有力证据。从19世纪开始，不断有人跑出来宣称他们发现了太阳系以外的行星。但事实证明，他们几乎全是自己看花了眼。

一直到20世纪90年代，才有人横空出世，用相当有力的证据证明了系外行星的存在。完成这一壮举的人，是一对来自瑞士的师徒。

其中的老师是米歇尔·马约尔。1971年，马约尔在瑞士的日内瓦大学拿到博士学位。在剑桥大学、欧洲南方台和夏威夷大学工作了几年以后，他又回到了日内瓦大学任教，并在那里一直干到退休。

其中的学生是迪迪埃·奎洛兹。20世纪90年代初，奎洛兹考进了日内瓦大学天文系，然后成了马约尔的博士研究生。博士毕业后，他在剑桥大学卡文迪许实验室找到了永久职位。

新大陆：径向速度法

可能有读者会问了：“这对师徒到底是用什么办法，才捅破这层天文学界花了400多年也没能捅破的窗户纸呢？”答案是我们在游览比邻星b的时候就已经讲过的径向速度法。下面，我就带大家回顾一下这种方法。

如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星，此恒星和此行星就会构成一个彼此绕转的两体系统。你不妨把一颗恒星想象成一个在舞会上落单的人，只能孤零零地站着不动。如果它有了一颗行星，那就是有了一个舞伴，就可以与舞伴一起跳旋转舞了。当然，由于恒星质量远远大于行星质量，恒星旋转的幅度远比行星要小。

由于在彼此旋转，当行星离地球远去时，恒星就会略微地靠近地球；此时，恒星发出的光就会发生轻微的蓝移。反之，当行星向地球飞来时，恒星就会略微地远离地球；此时，恒星发出的光就会发生轻微的红移。这样一来，如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星，这颗恒星的光谱就会出现周期性的蓝移和红移交替的现象。换言之，如果发现一颗恒星的光谱出现了周期性的蓝移和红移交替的现象，就可以断定这颗恒星拥有一颗行星。这种探测系外行星的方法就是径向速度法。

1995年底，马约尔和奎洛兹在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布他们用位于法国普罗旺斯天文台的一台新型光谱仪，测出一颗与太阳相距50光年、名叫飞马座51的恒星的光谱中，存在一个周期为4.2天的蓝移红移交替的现象。由此可以推断出，在离飞马座51仅仅800万千米的地方，有一个和木星差不多大小、公转周期为4.2天的行星。马约尔和奎洛兹把这颗行星称为飞马座51b。它是人类历史上发现的第一颗绕主序星旋转的系外行星。

这个划时代的重大发现，为人类打开了一扇通往新世界的大门。在此后的20多年的时间里，追随着马约尔和奎洛兹的足迹，天文学家们发现了将近4000颗系外行星。著名的《纽约时报》甚至把马约尔和奎洛兹发现系外行星这件事与哥伦布发现美洲大陆相提并论，并称这对师徒为“新世界的发现者”。

后来居上的“程咬金”

这个诺奖级的重大发现，给马约尔带来了数不清的荣誉。不过，奎洛兹就没这么幸运了。长达20年的时间里，他一直被排除在天文学界的各大奖项之外。为什么奎洛兹会如此倒霉呢？因为有一个“程咬金”从半路杀了出来。此人就是美国天文学家杰弗里·马西。

马西本来是一个文科生。他本科就读于加州大学洛杉矶分校，主修文学学士学位。在此期间，他又选修了一个天文学的双学士学位，而这个决定彻底改变了他的人生轨迹。本科毕业后，马西选择了转行，前往加州大学圣克鲁斯分校攻读天文学博士学位。获得博士学位以后，他在卡内基研究院和威尔逊山天文台做了几年博士后，然后在旧金山州立大学找到了终身教职。

20世纪90年代初，马西也开始搜寻系外行星。他没有斗过马约尔、奎洛兹师徒，后者在1995年率先发现飞马座51b。虽然输在了起跑线上，但是马西成功地后来居上。事实上，在人类发现的前100颗系外行星中，有70多颗是马西的研究团队发现的。

为什么马西能在寻找系外行星的竞赛中一骑绝尘呢？因为他率先使用了另外一种探测系外行星的方法，也就是所谓的凌星法。

凌星法的原理非常简单。我们在游览太阳系的时候已经讲过，整个太阳系内的天体基本都处在同一个平面上。同样的道理，整个银河系内的天体也基本都处在同一个平面上。这意味着，如果一颗远方的恒星拥有一颗行星，那么此行星围绕此恒星旋转的平面，就不太可能与我们看这颗恒星的视线方向垂直。这样一来，当这颗行星运动到地球与恒星之间的时候，就会挡住恒星发出的部分光芒，从而使此恒星的视星等在一段时间内出现微小的下降；而当行星运动到其他地方的时候，恒星的视星等又会恢复正常。

由于行星总在以一个固定的周期绕恒星旋转，它在地球和恒星之间穿行的时间将具有周期性，从而使恒星视星等也出现周期性的下降。换句话说，如果我们观测到某颗恒星的视星等总是周期性的下降（随后又恢复正常），就可以断定这颗恒星一定拥有自己的行星。这种探测系外行星的方法就是凌星法。时至今日，凌星法已经超过了径向速度法，成了发现系外行星的头号利器。

凭借着搜寻系外行星效率上的压倒性优势，马西挤掉了奎洛兹，成了与马约尔并驾齐驱的系外行星探索领域的标志性人物。1999年底，马西跳槽到了加州大学伯克利分校（美国排名第一的公立名校）；又过了3年，他就当选为美国科学院院士。此后，他和马约尔拿遍了天文学界的所有大奖，包括2005年的邵逸夫天文学奖。

绯闻缠身，跌下神坛

由于在系外行星探索领域的杰出贡献，马西也一度成为了诺贝尔物理学奖的大热人选。可能有一些读者已经注意到这种说法的诡异之处了：为什么要说是“一度”呢？因为现在的马西，已经从神坛坠入了深渊。

2015年，先后有4位女士向加州大学伯克利分校投诉，说马西曾对她们进行性骚扰。随后，校方对马西展开了一个为期6个月的调查，并于2015年10月公布调查报告。这份调查报告指出，从1995年开始，在长达20年的时间里，马西至少对7位女士进行过性骚扰。此调查报告一经公布，立刻在学术界掀起了轩然大波。加州大学伯克利分校的一大批教职员工随即发表联名信，要求马西立刻从学校滚蛋。

迫于压力，马西于2015年10月7日在网上贴出了一封公开信，宣布对自己的所作所为道歉，并且辞去加州大学伯克利分校的讲席教授职位。此后，马西在学术界销声匿迹。这个系外行星探索领域的先驱，就这样成了后来另一场影响深远的著名社会运动的“先烈”。

马西坠入深渊，为奎洛兹扫除了前进道路上最大的障碍。2017年，他取代了马西，与自己的前导师马约尔一起获得了著名的沃尔夫物理学奖。我在此预言，早晚有一天，这对师徒会戴上诺奖的皇冠。

关于系外行星更详细的内容，可以关注作者今年10月即将出版的新书《宇宙奥德赛：穿越银河系》。

作者：王爽，编辑：忘江湖



【002、“旅行者1号”：一趟永不回头的星际旅行】


2013-09-22　金煜 高美 韩旭阳

9月12日，美国爱荷华大学的唐纳德·格尼特及其同事在《科学》杂志发表报告，证实了“旅行者1号”已经在去年进入了星际空间，成为了人类历史上第一个到达星际空间的人造物。这一消息随后被美国宇航局（NASA）确认并公之于众。

“这是太空飞行史上一座伟大的里程碑，简直可以和人类第一次登月相提并论。”在接受新京报记者采访时，格尼特说。

1977年9月5日，“旅行者1号”发射升空，从此，它沿着离开太阳系的轨迹，一路飞奔而去，永不回头；而在地面上，36年来，却有一支团队一直在注视着它，跟随着它的脚步，向世人展示那浩瀚未知的外太空世界，一代接一代，从黑发到白头……

180年一遇 兄弟俩连访四星

“我们派出了一个旅行家，带着人类的信息，在银河里旅行。”

在最初发射时，人们并未期望“旅行者1号”和它的哥哥“旅行者2号”能够走得如此之远。“最初的目标是到达木星和土星。” 唐纳德·格尼特对新京报记者说。“上世纪70年代初期，人们认识到木星、土星、天王星和海王星的几何位置，可以允许一艘天空飞船以平滑的弧线轨迹一次飞过。不过，由于这些星体以不同的速度绕太阳旋转，上述情况每180年才发生一次。因此要执行这样的一项任务，我们必须在1977年8月底或者9月初发射飞船。”

这项计划被叫做“大旅行”，美国国会批准了这一计划，一共制造了两艘太空探测器，分别叫做旅行者1号和2号。旅行者1号于当年9月5日发射，飞向木星和土星，之后以逃逸轨迹远离太阳而去。旅行者2号要早几个星期发射，在成功造访了这四颗行星——木星、土星、天王星和海王星后，也远离太阳而去。

“旅行者1号”发射那年，目前美国宇航局“旅行者”项目经理苏珊娜·多德才16岁。当时，她压根未想到自己后来会和那艘随着火箭腾空而起的探测器联系在一起。“那个时候，我更多的时间是花在了考驾照上。”在接受新京报记者采访时，苏珊娜说。直到上了大学，她才注意到了这个项目。

大学毕业后，拥有华盛顿惠特曼学院数学学士和加州理工学院机械工程学位的她，得到了很多的工作机会。但她在众多的选择中，苏珊娜毫不犹豫地选择了NASA喷气推进实验室（JPL）下的旅行者项目。“那时候，旅行者正要飞往天王星。没有任何航天器曾经到访过它，而且没有任何航天器打算去到访天王星，这是一生一次的机会！”

加入“旅行者”项目让苏珊娜倍加兴奋。“1986年那会，旅行者号开始接近天王星，那时所有的科学家、媒体都来了，大家都很兴奋。”而苏珊娜即将加入的团队则能够直接看到“旅行者”号发来的图像，这令她更加激动。

“我记得当时接近行星的时候，每天旅行者窗外的行星都大一点，每一天都大一点，很快，行星就充斥了所有的视野，这很令人激动，特别是天王星和海王星，因为从地面上是看不到这么清晰的图像的。”

但此后，在经历过飞掠天王星、海王星的热潮之后，“旅行者号”遭遇了一段“冷遇期”。“跃过行星之后，就没有什么可看了，都是一片漆黑，偶尔看到一点点别的星球的亮光，没有什么特别的东西。”

很长一段时间，“旅行者号”传回的数据几乎没有多少变化，人们开始怀疑，是否还有必要在这个项目上砸那么多的钱。

36年追随 科学家鬓满霜

“我们最大的担忧，其实是资金。”负责跟踪“旅行者号”，进行数据分析的加里·赞克对新京报记者说。他从20多岁开始，便一直参与“旅行者号”的科研工作。

“因为没有人知道旅行者到底要飞多久，才能到达日球层与星际物质的边界。所以，我们担心项目的资金会被砍掉。” 赞克说。

的确，在上世纪90年代到新世纪初那些年，“旅行者号”的预算减少了，团队成员也减少了， 苏珊娜也因为工作调动到了另外一个望远镜项目，她和朋友都担心，项目还会不会继续下去。

“我们有过焦虑担忧的时刻，有过沮丧的时刻，但是我们从没有失去过信心。”赞克说。

赞克的自信后来得到了证明。

在坚持多年之后，“旅行者”不负众望，不断传回激动人心的消息。2004年，“旅行者1号”跨过了“边界激波”（太阳风由于接触到星际介质而开始减速的区域），太阳粒子开始减速，那是“旅行者”第一次进入一个新的区域。到2007年，“旅行者2号”也跨过了“边界激波”。

如今，“旅行者1号”进入星际空间，让这位孤独的太空旅者再次成为国际舆论的焦点，它成为人类在星际空间的第一位使者。而此时的赞克，双鬓早已爬满了白发。他的身份，也由当初一名刚毕业的大学生，升级为美国著名的天体物理学家。

12年新生 星际空间人类使者

21世纪第一个10年间“旅行者号”的新发现，让两架探测器重获新生。

“这个时候，事情发生了改变，无论是科学界还是公众，都又关注起这个利用几十年的旧技术还坚持在太空飞行不息的探测器。”苏珊娜说。

苏珊娜也重新回到了这个开启她职业生涯的团队。“2010年时，‘旅行者号’的项目经理退休了，于是他们问我是不是愿意过来，我说：当然了，于是我就回来了。”重新回归的感觉很好，“就像你原来在一艘船上只是做普通的水手，后来你走了，发展自己的职业，但回来后，做了船长，我觉得我很幸运。”

“旅行者”在太空中探索的36年里，在地球上的它的“伙伴们”也不断发生变化，有人来，有人走，也有人一直在坚持。

“我们团队一共有12个工程师，别的还有各种科学家。”苏珊娜对记者说，“一部分人是像我这样，中间参与进来，进进出出的，有的做了25年之久，有几个工程师做了30年，还有2个人是从头到尾就参与的。” 苏珊娜对这些人心存敬意，“旅行者最大的贡献者是长期呆在这个项目中做工作的科学家和工程师。”

“我们派出了一个旅行家，带着我们的信息，在银河里旅行。” 苏珊娜说，两艘旅行者都携带有“黄金唱片”，这是源于美国著名的天文学家卡尔·萨根的创意。唱片中包含了联合国秘书长和美国总统的问候语，地球上各种生命，以及他们的图片、声音。

“旅行者号”使用的是核能电池。这帮助兄弟俩能在太空中工作36年之久。但它们的电池，也在逐渐耗尽。为省电，从2007年开始，一些仪器被关闭。

在飞过最后一个行星之后，两个“旅行者号”的摄像头都被关掉。“现在已经没有摄像头了。”苏珊娜说，“摄像头是为了拍摄近距离的东西，比如行星，而不是为了拍摄遥远的恒星，所以就没什么可拍的了。我们也希望能够节约用电，把电力用在其他仪器上。另外，也是为了节省内存。”

1977年美国发射“旅行者号”时，技术远没现在这么先进。苏珊娜说，“整个“旅行者1号”的内存，只有68KB，而现在智能手机的内存都是它的24万倍，但我不指望我的手机能用36年。”

目前，“旅行者1号”正以每秒至少16.7公里的速度，飞向浩淼的星际空间。

苏珊娜说，从视觉上来说，现在的“旅行者1号”所在的星际空间和日球层里面并没有太大的区别，都是漆黑的宇宙。但是，从触感上，就大不一样了。“飞行器上的仪器可以感觉到太阳风从哪儿来，有多少带电粒子在旁边，可以测量太阳磁场，可以测量等离子体密度，你可以把来自太阳和来自星际空间的等离子体想象成一种压力，那飞行器就可以感觉到里外不同的压力。”

几年来，关于“旅行者1号”抵达星际空间的消息传过好几次。但最终在上月有了确定的答案。回想起那一刻，苏珊娜依旧掩饰不住语气中的兴奋与自豪。

“当数据发生明显变化时，我们都很兴奋，我们把数据交给专门进行分析的科学家，盼望着他们早早把数据的意义分析出来。当他们说，行了，这回真的到了时，我们感到特别兴奋。我们兴奋地一直在说这个事，但是说好不要透露给媒体，在开发布会之前要保持秘密，但是还是没成功，秘密太难保守了，因为大家实在太兴奋了。”

“‘旅行者1号’现在即将掀开旅程中最新的一页，去探索星际空间。”赞克无比兴奋地对记者说。

这位伴随着“旅行者号”成长起来的物理学家说，人类此前对星际空间的了解，都来自于日球层以内的观察和测量，或是很遥远的观察。而现在，我们将第一次能够在真正的星际空间中观察它们。“这将带给我们前所未有的、独一无二的对于星际介质的了解，从低能量粒子到高能（宇宙射线），磁场，辐射等等。这将是非凡的经历，此生不会再有第二次”！

“旅行者1号”有四个仪器，三个分别测量磁场、低能粒子和宇宙射线，还有一个是通过无线电波振动间接测量等离子体密度。这次地面团队对“旅行者1号”位置的判断就是基于无线电波的振动频率发生的变化。去年3月，太阳曾发生一次大爆发，13个月后才影响了“旅行者1号”无线电波的振动频率，就像拨动小提琴上的弦。

目前，地面团队唯一能控制的是两艘探测器上的旋转天线，可以让它360度旋转，以实现对飞行器周边环境全方位的测量，“其他的我们都控制不了。”不过，即便是这样的控制，也远远超出在地球上的人们的想象，如今，“旅行者1号”距离地球已有180亿公里远，它的信号到达地球需要整整17个小时，且已经微弱到只有十万兆分之一瓦。

“旅行者1号”的核能电池，还能维持它的科学仪器运作13年。

59年相知 老朋友终将言别

地球与太阳之间的距离为一个天文单位，约为1.5亿公里。而现在，“旅行者1号”在距离太阳125个天文单位的地方，而且，还会越来越远。由于电池总有耗尽的一天，告别，将终不可免。

按照计划，到2020年，地面团队将一个个地关闭”旅行者1号”上的科学仪器，到2025年，科学仪器全部关闭，“到那时，我们还可以知道它是否还在健康地飞行，但已经不知道它身边的环境如何了。”苏珊娜说。而到2036年，连讯号传输的电力都将消耗殆尽，“那个时候我们将关闭工程设备，这就意味着信号传输的结束、意味着沟通的结束。”

“每个科学家都希望自己的仪器是最后一个关闭的。”

等到2036年之后，“旅行者1号”将成为一个沉默的信使，载着带有人类讯息的“金唱片”，游荡在宇宙。赞克预测，“失去动力之后，它会绕着我们的银河系运转，可能会转上十亿年甚至更久，因为它和任何能够毁灭它的东西相撞的可能性非常小。所以，它可能是有史以来最长久的人造物。”

赞克说，当切断旅行者的联系后，项目将关闭，大部分参与的人也将退休，“他们已经工作很长时间了，另外的人会去别的岗位，但我相信所有参与的人都会说，‘旅行者’是他们从事的最好的工作，大家就像是一个大家庭一样。”

“真的到切断联系的那一天，我们都会很悲伤，即使不再联系了，我们也会想念它。”谈到20多年后的离别，苏珊娜有点感伤，“‘旅行者’就像一个老友，她的工作是穿越太空，你认识她已经36年了，它有困难的时候你帮助她，她发现新东西的时候你在场，但现在，她已经是老年人了，距离有沟通的生命的终结已经很近了。她是我职业的一大部分，是我个人的一大部分，就像自己家庭成员一样，我希望能够陪伴她到底。”

“旅行者”的地面团队隶属于美国喷射推进实验室，位于加州帕萨迪那。实验室始建于1936年，钱学森当时也参与了这一实验室的创建。尽管被称之为喷射推进实验室，它从来没有进行过推进器或其他类型的喷射发动机的研究工作。作为美国宇航局下属机构，喷射推进实验室主要负责为美国宇航局开发和管理无人太空探测任务。目前有全职科研人员和其他雇员约5000名。

“旅行者1号”的36年之旅

1977年9月5日

从美国卡纳维拉尔角空军基地发射。（1977年8月20日，“旅行者2号”发射。）

1977年12月10日

进入小行星带（火星和木星轨道之间的小行星密集区域）。

1977年12月19日

由于获得意外的引力加速，超过“旅行者2号”。

1978年9月8日

离开小行星带。

1979年1月6日

开始观测木星，最近时距离34.9万公里。（“旅行者2号”抵达的时间为同年4月25日）

1980年8月22日

开始观测土星，最近时距土星最高云层12.4万公里。（“旅行者2号”抵达的时间为次年6月）

1980年12月14日

终止行星探测任务。

1990年2月14日

完成了太阳系“全家福”的最后一张照片。

1998年2月17日

超越比它早发射5年多的探测器“先驱者10号”（2003年1月失去联系）。

2004年12月

进入日鞘（日球层顶和终端震波间的区域，是太阳系边界）。

2007年至2008年

相继关闭三个探测设备。

2012年8月25日

正式进入星际空间。

旅行者2号

1985年11月4日

开始观测天王星。最近距离天王星云层顶部8.1万公里。

1989年6月5日

开始观测海王星。

1989年10月2日

终止行星观测任务，开始朝星际空间航行。

目前

紧随“旅行者1号”，接近太阳系边缘。 



【003、“先驱者11”号有望第三个进入星际空间】


2019-02-07 科技日报

2018年12月，美国国家航空航天局（NASA）的“旅行者2”号（Voyager 2）航天器追随其姊妹“旅行者1”号的步伐，挺进星际空间，实现了这一历史性的壮举。

据美国太空网1月30日报道，目前业已发射的航天器中，只有5艘能迈出如此大的步伐，有实力进入星际空间。除了大名鼎鼎的“旅行者”号姊妹花外，其他3艘分别为“先驱者10”号（Pioneers 10）、“先驱者11”号（Pioneers 11）以及“新视野”号（New Horizons）。那么，哪艘航天器会率先进入星际空间呢？

根据这3艘航天器目前的行进速度、与地球和太阳的距离，如果日光层的变化保持稳定，“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶（日光层像气泡，日球层顶是日光层的边缘），进入星际空间。

太阳系的边界在哪

到达星际空间是一个里程碑，从某种程度上讲，可以被认为离开了太阳系。1990年2月23日，于1973年发射的“先驱者11”号成为第四艘飞越海王星轨道的航天器（1972年发射的“先驱者10”号于1983年做到这一点），当时《纽约时报》称，“先驱者”号航天器飞越海王星轨道，意味着它们离开了太阳系。

然而，参与“旅行者2”号任务的科学家可不这么看。相反，最近的测量结果认为，穿过太阳的日球层顶（太阳风层顶）——日光层的理论边界，是进入星际空间的决定性标志。日光层是由太阳产生的带电粒子组成的“气泡”，科学家用它来标记星际空间的起点。

但日光层非常复杂，其会随着太阳22年的周期变化，随着太阳风而不断变小和变大，并向太阳行进方向的后方伸展。所以，从地球上很难对日光层进行测量。目前，NASA的“星际边界探测器”（IBEX）任务正在努力确定这一“气泡”的边界在何处。

当“旅行者1”号和“旅行者2”号穿过日球层顶时，它们上面搭载的粒子仪器仍正常运行，观测数据表明，它们已经穿越了这一气泡区域。但还有研究人员认为，太阳除了被日光层包围之外，也被奥尔特云（Oort Cloud）所包围，奥尔特星云是一片由冰冻天体组成的区域，据估计，其范围从1000AU（天文单位，等于地球和太阳之间的距离，约1.5亿公里）到10万AU不等，远远超出日球层顶。因此，“旅行者”号航天器不算是完全飞出了太阳系。

“先驱者11”号或捷足先登

除了“旅行者”号外，未来哪艘航天器会捷足先登，进入星际空间呢？

由于日光层不断变化，所以科学家也很难说出“先驱者10”号、“先驱者11”号何时会进入星际空间，只能根据现有数据进行推断。

据NASA的《超越地球：深空探测编年史》书中记载，截至2017年11月5日，“先驱者10”号距离地球约118.824AU，是除“旅行者1”号以外距离地球最远的航天器。然而“先驱者11”号和“旅行者”号正朝着太阳行进的方向前进，“先驱者10”号正朝着太阳的尾侧方向前进。2017年的研究指出，日光层的尾部距离太阳约220AU。由于“先驱者11”号每年的行程约为2.5AU，因此，“先驱者10”号可能要到约2057年才能到达这个不断变化的太阳系边界。

该书还指出，截至2017年11月5日，“先驱者11”号距离地球约97.6AU。与它的双胞胎“先驱者10”号不同，这一航天器的行进方向与“旅行者”号大致相同。“旅行者2”号在距离地球约120AU时进入星际介质。由于“先驱者11”号以每年2.3AU的速度飞行，假设太阳系的边界不改变的话，它应该会在2027年左右进入星际空间。但其实，太阳系边界可能会改变。

至于2006年发射的“新视野”号的情况，它于2019年1月1日飞掠太阳系内的遥远天体“天涯海角”，而且其发射时间远远晚于其他4艘航天器。在飞掠期间，“新视野”号距离太阳43AU。该任务首席调查员艾伦·斯特恩说，该航天器每年行进约3.1AU。再过20年，它很有可能进入星际空间。因此，如果它与“旅行者2”号穿越相同的边界，将在2043年进入星际空间。

综上所述，如果日光层的变化保持稳定（这不太可能），“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶；“新视野”号紧随其后，于2043年完成穿越；而最先发射的“先驱者10”号将在2057年离开日光层。

“新视野”号可能电力不足

斯特恩说，如果“新视野”号能进入星际空间，并在那时仍正常运行（这是有可能的），它将为我们提供有关星际空间的详细信息。“新视野”号所携带的粒子探测器比“旅行者”号上搭载的粒子探测器强大得多。此外，“新视野”号还携带了一个灰尘探测器，可以提供对日光层以外区域的观察。“将尘埃探测器放入星际介质将是非常宝贵的经验。”

不过，斯特恩也指出，电力是“新视野”号要面临的一个大问题。“新视野”号的燃料是不断衰变的二氧化钚，这艘航天器的电力可供其工作到本世纪30年代末，目前其运行状况良好。（记者 刘 霞）



【004、《科学》：太空中从未见过的一种分子在星际尘埃中被发现】


2021-03-19 前瞻网

在恒星之间的空间中，在它们诞生的尘埃中，科学家们发现了太空中从未见过的分子。

在稠密的恒星形成云中发现的东西标志着首次在太空中发现一类被称为多环芳香烃的特定分子，这将有助于最终揭开这些分子如何形成以及在哪里形成的谜底。

“我们一直认为多环芳烃主要是在濒死恒星的大气中形成的。”麻省理工学院天体化学家Brett McGuire说，“在这项研究中，我们在寒冷、黑暗的星云中发现了它们，而恒星甚至还没有开始形成。”

多环芳烃(PAHs)并不罕见。在地球上，它们经常出现，甚至不请自来。它们存在于原油中，原油是由死去的生物(如浮游动物和藻类)经过压缩和过热而形成的;还有煤——由被压缩和过热的死植物形成。

多环芳烃的起源也可以是非生物的——事实上，据我们所知，宇宙中大多数多环芳烃都是非生物起源的。先前的分析表明，在像我们这样的星系中，恒星之间的碳大约有15%是与多环芳烃结合在一起的，其中大部分漂浮在恒星之间的空间中，在星际介质中。

然而，我们所得到的只是一个整体特征，告诉我们多环芳烃存在于哪里，而不是在星际气体中可以找到哪些单独的分子。

“现在，我们第一次有了一个直接的机会来了解它们的化学成分，这将让我们详细研究这个巨大的碳库是如何在形成恒星和行星的过程中发生反应和进化的。”McGuire说。

该研究小组的研究重点是金牛座分子云(TMC-1)，听起来就像它——位于天空中大约430光年远的金牛座区域的一种寒冷的、高密度的分子云。

分子云是新生恒星诞生的地方，当气体中的一个稠密的结，在自身的重力作用下旋转时坍缩，从其周围的星云中卷走更多物质。

然而，研究小组在TMC-1中的发现与模型预测的并不一致。多环芳烃的存在是意料之中的——但丰度比预期的高了数量级。

“我们偶然发现了一组全新的分子，与我们之前能够探测到的任何东西都不一样，这将彻底改变我们对这些分子之间如何相互作用的理解。它有下游的影响。”McGuire说。

“当这些分子足够大，它们是星际尘埃的种子，它们有可能影响小行星、彗星和行星的成分，冰形成的表面，甚至可能反过来影响行星在恒星系统内形成的位置。”

这一发现还表明，分子云的化学成分可能比我们想象的要丰富和复杂得多，这为我们了解宇宙提供了一个新的工具。

哈佛和史密森天体物理中心的天体化学家迈克尔·麦卡锡(Michael McCarthy)说:“关于这些观测、这个发现、这些分子，令人惊讶的是，没有人看过，或者没有人足够认真地看过。这让你想知道，还有什么是我们没去寻找的。”

这项研究发表在《科学》杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组



【005、10分钟详解：中国发现拍电子伏加速器，观察宇宙的新维度】


2021-05-20 科学声音吴京平

最近，我国科学家在《自然》等杂志上发表了一项非常重大的成果。有多重要呢？据说外国同行看到这个成果感叹了一句：“看到这个，我可以死了……”，反正大概就是这么个意思吧。略显夸张，但是分量十足。

这个重大的成果就是网上最近在流传的“拍电子伏特加速器”。有网友对此很感兴趣给我留言，但是我当时有点懵圈。这个“拍”到底啥意思？是不是写错字了？看来，要搞懂这件事儿的来龙去脉，要穿插很多的名词解释。

首先这件事儿的源头来自于国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站（LHAASO），简称叫“拉手”。这个探测器项目位于四川稻城的海子山上，这家伙是一个不折不扣的“隐形冠军”，完全是在我们大众的视野之外，悄悄地拿下了一个世界第一。LHAASO是世界上灵敏度最高的超高能伽马射线探测器，探测器的有效面积达到了一平方公里，配备了1188个μ子探测器。这刚建造了一半，运行了11个月，就发现了一个重大科学成果。

LHAASO探测器在银河系之中发现了多个超高能宇宙线加速器，并且记录到最高1.4拍电子伏特的伽马光子。这话到底啥意思呢？先做名词解释。

首先，电子伏特是能量单位，研究粒子物理的都喜欢用这个单位。粗略地说，就是用1伏特的电压从静止开始来加速一个电子，最后电子获得的能量就是一个电子伏特，这是个非常小的单位，大概是1.6×10^-19焦耳。

拍（peta）是啥意思呢？就是千万亿的意思，也就是10的15次方。1000叫1K，100万叫1M，1000M叫1G，1000G叫1T，1000T叫1Peta，也就是1拍。1拍电子伏特相当于1.6/10000焦耳的能量。看上去并不大，但是你要想想啊，这是一个光子的能量，已经够大的了。

宇宙之中有一些带电的高能粒子在到处游荡，这就是宇宙射线。我们的太阳也会发出太阳风，会喷出带电粒子，其他恒星也是半斤八两，叫做“星风”。还有一些其他的物理机制也会产生高能带电粒子。这些高能带电粒子混杂在一起，我们也分不出到底是怎么产生的。反正宇宙射线90%都是质子，也就是氢元素的原子核。还有9%是氦元素的原子核。1%的电子。这个比例和宇宙之中物质组成的份额是匹配的。

但是，这些乱七八糟的射线在宇宙里游荡，会被各种天体加速，比如黑洞和中子星。这些东西就是天然的加速器，比地球上的加速器要大多了。人类造的玩意儿和宇宙天体相比，真是不值一提，人家拔根毛都比我们的腰粗。人类建造的最大的大型强子对撞机仅仅能达到0.01拍的量级。宇宙射线的能量都不低。

但是宇宙天体都是带着磁场的，我们地球不也有磁场嘛。结果这些高能带电粒子遇到磁场就拐弯，天知道它们路过了几个星球，拐了几个弯儿呢？说不定在宇宙里溜达个千万年也不新鲜，那要拐多少弯儿啊？

所以，我们即便能探测到宇宙射线来自何方，也无法判别它的老家在哪儿，从哪里发出来的。

怎么办呢？好办啊。星际空间并不是彻底空空荡荡什么都没有，多多少少还有一点气体分子。大概也就1立方厘米包含一个氢原子这个量级。宇宙射线大部分都是质子，氢原子核也是质子，基本上就相当于高能的质子对撞，跟大型强子对撞机其实差不多。会撞出很多的π介子和K介子，然后衰变成μ子，μ子最后会变成高能的光子，能量越高，光子的频率也越高，都在伽马射线的波段内。这样就被我们超高灵敏度的LHAASO给探测到了。

这么说吧，大概有一部分宇宙射线刚出门没多远就撞车了，和星际物质粒子发生了碰撞，然后经过一系列的复杂物理过程产生了高能的伽马光子。这些光子可不怎么拐弯儿，正好被我们的探测器捕捉到，光子的来向是很容易判别的，也就相当于发现了辐射源的方向。

一般的物理过程产生1peta量级的粒子是很难的，就好比我们去观察周围人的身高，你会发现特别高的是极少数，特别矮的成年人也是极少数。前边来了一哨人马，各个身高两米开外，难道是篮球队出来集体逛街？那估计肯定是事出有因。

这个道理大家都懂啊。我们的LHAASO探测器偏偏就发现1peta能级附近的伽马光子多得不正常，明显是事出反常必有妖。这些能够把宇宙射线加速到极高能量的天体，就是所谓的“拍电子伏加速器”。

LHAASO现在积累了11个月的观察数据，在银河系里发现了12个强辐射源，也就是12个大号的天然粒子加速器。有一些辐射源是新面孔，过去没见过。但是有些老面孔也让大家吃了一惊，比如说天鹅座恒星形成区，比如说蟹状星云。这里头怎么蟹状星云也来掺和一脚？真是没想到。

如果说仅仅是发现了一些1peta量级的伽马光子。这好像也没有什么新鲜的，为什么这样一个成果会成为重大的成就呢？因为这个发现打开了一个新的领域，一个新的维度。

我们人类只能靠眼睛去观察这个世界，但是我们的眼睛只能看到这个宇宙里很小的一部分可见光。不管是在电磁波频谱上扩展一个波段，还是发现一种新的探测手段，都能让我们大开眼界。我们用X射线看到了人体的骨骼，用B超看到了肚子里的宝宝，用无线电看到了星系中心的黑洞吸积盘，用引力波听到了中子星的合并。每一种探测手段，其实都是打开了一个全新的领域，重要性当然是不言而喻的。

最近天文学界对快速射电暴特别关注，就是因为这是一种我们了解不多的现象。同样，对于拍电子加速器也是一样的。

蟹状星云是一颗新鲜出炉的超新星遗迹。公元1054年，北宋的司天监发现了一颗天关客星。这就是人类明确记录到的一次超新星爆炸。后来，天文学家们在这个位置找到一个蟹状星云，这个星云就是当年那颗超新星爆炸造成的，到现在还在继续膨胀。星云里有一颗活跃的脉冲星，就是当年那次超新星爆炸后剩余的产物。

这是一颗鲜活的超新星，脉冲星就是高速旋转的中子星，转得飞快，磁场极强，粒子被加速到了相对论性速度，起码是光速的几分之一吧，这就是所谓的“脉冲星风”。这家伙也会发射出强大的X射线和伽马射线。天文学家们几乎把它研究了个透，大家对它太熟悉了。

所以蟹状星云的这颗脉冲星几乎成了唯一搞清了辐射机制的标准伽马射线源。但是，当我们的视野扩展到了拍电子伏特这个量级。我们突然发现，似乎我们是小看了蟹状星云中间这个脉冲星，这个家伙居然是一个peta量级的电子加速器。看来有很多事儿，我们未必真的搞明白了。

天鹅座恒星形成区是银河系在北天最亮的一个区域。这里聚集着很多大质量恒星。加起来怎么也有好几万倍太阳质量。越是大的恒星，吹出来的星风越强，速度达到了每秒几千公里。

你想吧，本来大家距离就够近，大家还在互喷，喷的还挺起劲的。气流猛烈撞击，比地球上的大型强子对撞机厉害多了。所以，这个区域有着极其复杂的强激波，强湍流。

大质量天体的寿命普遍都很短，到最后一般都是以超新星爆炸的方式了却残生。本来大家互相喷的就够厉害的，这还来个玩儿自爆的，爆炸的冲击波更加猛烈，所以，这个地方就成了粒子加速的绝佳场所，成了一个peta量级的质子加速器。

所以，LHAASO在这个区域发现了1.4拍电子伏特的最高能量光子，这说明，用“拍电子伏特粒子加速器”这个词可能都不足以形容这个天然粒子加速器的强大。

尽管如此，星际空间的物质实在是太稀薄了，即便是非常明亮的蟹状星云，每立方厘米也只有1300个粒子，还不如月球表面的气体浓度呢。所以，粒子对撞也是小概率事件，大概是在一平方公里的范围内，探测到的超高能的伽马光子也不过是1天1个的水平。这些高能光子进入地球大气还会发生“簇射”，一个高能光子和空气撞击，迸发出一大堆乱七八糟的粒子，这些粒子还会再产生更多乱七八糟的粒子，探测的难度又大大增加了。

所以，我们的LHAASO是建在海拔4410米的稻城海子山上，尽量克服大气吸收的问题。用1平方公里的巨大探测面积来应对粒子稀少的问题。用多种探测手段解决高能伽马光子混在在乱七八糟的粒子之中，不容易辨认的难题。这也是一个国际合作项目，很多国家都出了力，整体技术水平非常高。

现在取得的这些成就，还都是在LHAASO还没全部完成的情况下做出的，将来完全建成以后，不知道还会带给我们什么新的发现。

现在我们的国力强了，既有财力，也有技术实力，也应该在基础科学研究的大科学工程上花点钱了。我常说，只有伟大的国家才愿意投入大笔的资金，用在暂时看不到什么短期效益的基础科学研究项目上。我们当然是伟大的国家。

我相信，我们的脑袋瓜子都是很聪明的，只要愿意花了足够的钱和足够的精力，肯定是会对全人类的科学进步做出重要贡献的，让我们拭目以待吧。



【006、63年前一条苏联狗被送入地球上空，它过得如何？】


2021-04-24 科学放大镜

中科院院士潘建伟说过：“科研的初心就是探求宇宙的规律，我如果能搞懂量子物理那么我就可以立即死，而没有遗憾。”正如儒家所言“朝闻道，夕死可矣。”科研的目的不一定是功利的，但它的进步一定会带来人类整体的进步。

探索太空的意义也是如此。从古至今，人类就没有停下来探索太空的脚步，古有嫦娥奔月，今有杨利伟登入太空，这些科技的进步，都离不开先辈们的努力。当然，这个过程付出的代价是惨痛的。你知道第一个登上太空的是谁吗？是莱卡，但它只是一条狗。

一、莱卡肩负重任

探索太空这件事，前苏联走在了时代的前端。前苏联的航天局最早想将人类送入太空，但是奈何当时科技水平过于落后，将人送入太空的想法太过于冒险，所以前苏联航天局就想到用动物来做这次飞天实验。

于是，他们做了充足的准备工作，从物种的选择到训练再到送入太空这一整个过程，科研学者都付出了巨大的心血。

在前期挑选合适的狗时，科研学者就将范围缩小到所有的雌狗身上，原因是雌性狗在进行排泄时不用将一条腿抬起，便可进行代谢，要知道，在太空，脱离了地球的重力影响，基本站立都是问题，所以雌性狗的稳定性也会更高。

其次就是性格特点，不能太淘气或者太调皮，最好温顺一些，除此之外，最好忍耐力可以强一些，因为后续科学家会针对性的开展一些训练，需要增加对恶劣环境的接受和忍耐的能力。莱卡之前只是一只流浪狗，在经过科学家各方面考核之后，决定让莱卡担负起进入太空的重任。

就这样，莱卡结束了它孤苦无依的流浪生涯，但是却没有生活得很好。为了成功将莱卡送入太空，科研学者做了很多努力，在这个过程中，莱卡也吃了不少苦头。可是它还是挺了过来，最终成为进入太空的第一个生命。

在进行训练的过程中，科学家为了让莱卡适应狭小的飞船环境，不得不终日将莱卡关在狭窄的空间里，希望它早日习惯这种空间生存环境。除此之外，还训练莱卡自己穿脱航天服的能力。

所有准备工作完成之后，在莱卡即将带着苏联人民的期望进入太空之前，科学家还给它配备了用来检测莱卡生命体征的传感器，以及一个小型摄像头，来记录它在太空里的生活。

二、实验失败

可是，就算在实验之前做了足够充分的准备，但是不幸还是发生了。随着震耳欲聋的发射声响，载着莱卡的飞船冲向太空，由于缺乏成熟的技术，火箭和卫星分离时发生了剧烈的震动，导致卫星上的隔热层迅速脱落，舱内的温度急剧上升。

科学家们在卫星上添加隔热层就是担心舱内的温度太高，莱卡无法适应高温，所以隔热层的目的就是维持舱内的温度平衡，以此来确保莱卡的安全。可是随着隔热层的脱落，莱卡被迫忍受剧烈的高温灼烧。

除此之外，地面监测人员发现，莱卡在进入太空的几小时之内就失去了生命，而且监测机器上显示，莱卡最后的心率居然达到了平时的三倍。由于剧烈的恐惧，莱卡在火箭发射不久就开始狂吠。

本来科学家在莱卡吃的食物中加入了致死的药物，计划在莱卡吃最后一餐的时候可以安乐死，但是谁也不曾想到，莱卡还没有吃到食物，就已经失去了生命。而且相关技术人员表示，莱卡在离开前的几小时之内，都遭受着极度的痛苦。

苏联科学家也并非不想把莱卡接回地球，只是当时的科研技术太过于匮乏，无法将莱卡重新运回地球，所以莱卡就这样作为第一个生命进入太空，却没能完好无损的回到地球。

而培养莱卡的技术人员在观察到莱卡失去生命的时候，大家都变得异常沉默，实验室里只有滴滴滴的警告声不断回荡。有遗憾，有懊悔，有不舍，虽然不是人类，可是也是朝夕相处的伙伴，就这样为了国家的科研献出了生命。

随着莱卡生命体征的消失，整个探索太空的实验也不得不宣告失败。

三、社会舆论

在此不久之后，苏联发布了一则假新闻，报道里称莱卡并没有死于痛苦和煎熬，但是纸终究包不住火，苏联人民还是知道了整个事情的来龙去脉。顿时，莱卡之死成为社会关注的重点，人人都在讨论这个悲伤的故事。

有人说，不管怎样，莱卡都是一个生命，这种做法过于残忍；也有人说，莱卡死去也总比一个人类死去值得。舆论声久久不能停歇。

莱卡的一生是悲怆的，但是它的贡献却是巨大的。没有返航系统的卫星注定失败，但是它的生命也因为这次的实验变得更有价值。也许如果没有这次实验，莱卡将永远是一只默默无闻的狗，但是莱卡的命运被完全改写了。

莱卡的名字还有另外一层含义：犬吠着。就像婴儿出生时的第一声啼哭，代表着与世界的第一次接触，它在进入太空中的狂吠声，也代表着人类与太空的第一次碰面。也许这一次的碰面是失败的，但是却是人类科研探索的第一步。

后来，苏联还将莱卡的照片印在邮票上进行发行，发行了数十套。苏联这样做也是为了纪念莱卡，希望全国人民能够纪念这只为了人类的太空梦想而牺牲的狗狗，就这样，越来越多的人知道了莱卡的故事。

至今，太空中都保留着莱卡的尸体，因为太空里没有空气的腐蚀，或许太空将永远保留着它的身体，它的贡献是巨大的，它的牺牲也为之后太空的探索奠定了基础，人类将从这次太空实验中总结经验，在日后的探测中进行一次次的改进。



【007、129光年外一颗超级木星动荡不安！科学家捕捉到前所未有的细节】


近日，据欧洲南方天文台报道，天文学家首次利用光学干涉测量技术对系外行星展开详细探测，以前所未有的细节向我们揭示了一颗系外行星动荡不安的面貌。

这颗系外行星名为飞马座V342e，距离地球约129光年，环绕着恒星飞马座V342运转。飞马座V342e并不宜居，是一颗年轻的超级木星，年龄大约只有3000万年，质量约为木星的5-10倍。由于还剩余不少创生之际残留的能量，飞马座V342e的温度高达1000°C左右。

129光年外一颗超级木星动荡不安！科学家捕捉到前所未有的细节——

在一项新研究中，天文学家利用光学干涉测量技术将欧南台甚大望远镜的四台观测单元联结起来，构建出一个分辨率极高的超级望远镜，用以收集来自飞马座V342e大气的光，并精确地将其母星的光分离开，从而获得详细而准确的光谱信息。

129光年外一颗超级木星动荡不安！科学家捕捉到前所未有的细节——

通过光谱分析，研究人员确定了飞马座V342e的大气成分，并得到一些意外的收获。分析结果表明，飞马座V342e大气中一氧化碳含量远远高于甲烷，这是完全出乎预料的。研究人员认为，这可能是因为飞马座V342e大气中存在高速垂直风，阻碍了一氧化碳与氢反应生成甲烷。

另外，他们还发现飞马座V342e大气中存在含铁和硅酸盐粒子的云层。结合一氧化碳过剩的情况可以推断，飞马座V342e动荡不安，大气中猛烈风暴横行。这为我们勾勒出一幅有趣的图景——气态巨行星在形成之初大气活跃，发生着复杂的物理和化学过程。

这项新发现不仅有助于天文学家进一步了解行星的形成与演化，还验证了一种观测系外行星行之有效的新方法。研究人员已经将他们的成果发布在《天文学与天体物理学》杂志上。

投稿时间：2019-04-01  最后更新：2020-11-24



【008、2019年，搭乘天文列车驶向宇宙更深处】


科技日报 2019-12-23于紫月

头顶的这片星空已经存在了百亿年，与之相比，人类的百年寿命不过弹指一挥间。虽然渺小，我们却从未停止过前进的脚步。一代又一代人，将探索宇宙奥秘的接力棒传递。

2019年，是空间探测厚积薄发的一年。望远镜看得越来越清晰，探测器飞得越来越遥远，宇宙学理论越来越贴近真实。这一年，我们仰望星空，更懂宇宙。现在，让我们来一次“星际穿越”，前往2019年的星空“站台”，一起深入了解一下这熟悉又陌生的宇宙。

第一站：意大利

7国签署SKA天文台公约

观测宇宙，望远镜就是我们的眼睛。

3月12日，平方公里阵列射电望远镜（SKA）项目7个创始成员国——中国、澳大利亚、意大利、荷兰、葡萄牙、南非和英国，在意大利首都罗马正式签署了成立政府间国际组织的SKA天文台公约。

SKA是继国际热核聚变实验堆（ITER）之后中国参与的第二个国际大科学工程。它并非单台望远镜，而是一个望远镜网络，由2500面直径15米的碟形天线以及250组低频和中频孔径阵列组成，因接收总面积约“1平方公里”而得名。

据报道，这项人类历史上规模最大的天文学工程预计将于2021年1月1日开建，2024年左右收获第一批数据，2028年完成一期10%规模的建设。项目的设计寿命为50年。

在过去5年中，来自20个国家的1000多名工程师和科学家共同参与了SKA的设计工作，在不同国家设立了新的研究项目、教育计划和协作机制，以培训新一代科学家和工程师。

第二站：南美

今年唯一日全食在南美上演

月球绕着地球转，地球绕着太阳转，就会有一些特殊时刻，三者正好处于一线。当月球处于太阳和地球之间，地球某些地区的太阳光就会被月球完全挡住，日全食这场天文好戏就开始上演了。

北京时间7月3日凌晨，南太平洋和南美洲南回归线以南地区出现日全食。这次日全食是2019年度唯一的一次日全食，但其日全食带仅宽150公里、长9600公里。该狭长区域只涵盖了智利和阿根廷的部分地区，其余皆是汪洋大海。

这场天文盛世吸引了无数天文爱好者。据国外媒体报道，在日全食最明显的智利科津波省，涌入了约30万人等待这场天文奇观。

据悉，在地球上同一地区看到日全食的几率大约为300年一次，而看到月全食的几率大约为3年一次。也就是说，生活在某一固定地区的人，有生之年能看到多次月全食，但几乎无缘目睹一次日全食。

第三站：月背

嫦娥四号首次获得近距离月背影像图

嫦娥奔月、吴刚伐桂、玉兔捣药……自古以来，人们对月球有着无限的遐想。由于地球强大的引力让月球总是一面朝向地球，所以人类在地球上只能看见月球的“正面”，看不到“背面”。

1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区，并通过鹊桥中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，嫦娥四号月球车玉兔二号在月背留下了人类探测器的第一道印迹。此次任务实现了人类探测器首次月背软着陆、首次月背与地球的中继通信。

12月4日，嫦娥四号和玉兔二号在完成月球第十二月昼的工作后，进入了第十二月夜的休眠状态。着陆区域崎岖不平、大坑套小坑，玉兔二号采取稳步慢速的行驶方式，自成功着陆后已累计行驶345.059米。

为何人们对月球背面如此执着？这不仅仅是好奇心、探索欲的驱使，“月球背面的电磁环境非常干净，在那里开展低频射电探测是全世界天文学家梦寐以求的事情，将填补低频射电观测的空白。”国家空间科学中心副主任、月球与深空探测总体部主任邹永廖说。

科学家认为，在月球背面开展低频射电天文观测，将为研究太阳、行星及太阳系外天体提供可能，也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。

第四站：“龙宫”

“隼鸟2号”实现“龙宫”小行星取样

提起银河系、太阳系，人们首先想到的往往是太阳、八大行星以及太阳系“小伙伴”相邻星系等，无数小行星们常常由于“身材玲珑”而被忽略。实际上，小行星也蕴藏着不少关于星系演化的大秘密。

2月22日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宣布，“隼鸟2号”探测器完成了首次在小行星“龙宫”上着陆取样任务。“隼鸟2号”与“龙宫”的亲密接触时间只有几秒钟，其向“龙宫”发射了一颗“子弹”，溅起小行星表面物质，借机采样。而就在12月3日，“隼鸟2号”已经顺利完成此次探索任务，携着从远方带来的“礼物”，踏上了它的归途。若返航顺利，“隼鸟2号”将在2020年11至12月回到地球的“怀抱”。

“‘龙宫’引力只有地球的十万分之一，且在快速自旋，这对于自主控制完成采样的‘隼鸟2号’是一个极大的挑战。”北京理工大学自动化学院副教授曾祥远表示，执行小行星采样返回任务具有重要意义。小行星演化程度低，保留了太阳系形成初期的原始信息，采回样品或将为揭示太阳系起源、行星演化等提供重要线索。再者，深空自主控制技术、探测器推进技术，以及采样技术等均是人类孜孜以求的高新技术，对带动高科技创新和增强科技实力具有重要引领作用。

值得一提的是，美国小行星贝努探测计划也在稳步进行中。12月12日，美国国家航空航天局（NASA）宣布，探测器“奥西里斯-REx”项目团队已选定小行星贝努上一处名为“夜莺”的地点作为采样点，预计相关样本可以帮助研究人员深入了解这颗小行星的形成历史。按计划，探测器将在2020年8月首次尝试对贝努进行“一触即走”式采样。

第五站：银河系

中国科学家发现银河系外盘翘曲结构

银河系的恒星盘看起来似乎是一个总体上平坦的圆盘，但实际并非如此。

2月5日，正值大年初一，《自然·天文》期刊在线发布了一项重大研究成果，我国天文学家首次通过对恒星的观测向人类展示了银河系外盘惊人的翘曲结构。

论文的联合通讯作者、国家天文台恒星与恒星系统团队首席科学家邓李才表示，理论上，星系盘一直处于不稳定的状态。在外盘处，巨大的星系盘会逐渐向上或向下卷起，整体形成一个接近炸薯片一样的弯曲状态。天文学家称这种形状为星系盘翘曲，这种结构可以在侧向的河外盘星系上直接看到。

事实上，此前的大量观测表明，这种翘曲形状在宇宙中较为常见，大约三分之一的河外盘星系都或多或少展现出翘曲形状。只是由

于人类本身处于银河系的恒星盘上，以往一直“不识庐山真面目”，直到今年才发现。

“银河系盘的翘曲通过恒星观测结果被证实，这首先更新了人们对银河系形状的认识，同时也对外盘起源的研究提供了决定性的观测证据，为我们最终理解像银河系这样的巨大盘星系如何形成和演化提供关键线索。”邓李才说。

第六站：LB-1双星系统

我国发现迄今最大恒星级黑洞

继人类首次获得黑洞图像之后，又一项有关黑洞的重大发现搭上了今年的末班车。

11月28日，《自然》期刊发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的研究成果，他们依托我国自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST），发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞——约70倍太阳质量。为了纪念LAMOST在发现这颗巨大恒星级黑洞上做出的贡献，天文学家给这个包含黑洞的双星系统命名为LB-1。

根据质量的不同，黑洞一般分为恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。其中，恒星级黑洞在宇宙中普遍存在。目前恒星演化理论预言在太阳金属丰度下只能形成最大为25倍太阳质量的黑洞，而这颗新发现的黑洞显然处于现有恒星演化理论的“盲区”，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。

该团队还提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。接下来，利用LAMOST极高的观测效率，天文学家有望发现一大批“深藏不露”的黑洞,开创批量发现黑洞的新纪元。

第七站：室女座星系团

第一张黑洞“照片”面世

自20世纪开始，人们对黑洞的探秘就从未停止过。然而，经过全球200多位科学家数年的努力，直到今年的4月10日，人们才真正看到第一张黑洞“照片”。

该图像揭示了室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞。这个黑洞距离地球十分遥远，有5500万光年，黑洞的质量约为太阳的65亿倍。法国国家科学研究中心对这张照片的评述为：这张图片清楚地显示了一个圆形和黑暗中心区域的环形结构——它是黑洞的阴影，突出了辉煌的背景，这个影子是重力偏离光的组合，充满了关于这些迷人物体性质的信息，并允许研究人员测量黑洞的巨大质量。

位于南极、智利、墨西哥、美国、西班牙的8台亚毫米波射电望远镜，利用甚长基线干涉测量技术（VLBI）构建成一个口径等同于地球直径的超级“虚拟”望远镜，即事件视界望远镜（EHT）。

众所周知，黑洞巨大的引力使得光都逃逸不掉，那么科学家怎样给它拍照？事实上，这张图像是重构出来的，就像平时医院做核磁共振，所看到的片子也是通过测量人体局部图像的不同空间频率成份重构出来的。

获得首张黑洞图像着实不易。中国科学院上海天文台研究员路如森表示，这张黑洞图像所看清的部分，相当于从美国纽约看到巴黎咖啡馆里的客人正在读着的一张报纸上的文字。随着这张来之不易的图像在多国科学家的通力合作下最终完成，黑洞天文学新时代的序幕从此拉开。

第八站：36亿光年外

人类首次确定非重复快速射电暴来源

遥远宇宙中会突然出现短暂而猛烈的无线电波暴发，持续时间极短，通常只有几毫秒，却能释放巨大的能量，这就是快速射电暴。

人类探测到的快速射电暴中，其中大部分是“一次性”的、非重复的，少数是来自同一地点的“重复”快速射电暴。很多学者致力于寻找这些遥远信号的“家乡”，而相比于“重复”快速射电暴，确定“一次性”快速射电暴的来源要难得多。

6月28日，《科学》期刊发表文章表明，一个国际天文学团队首次发现“一次性”快速射电暴FRB 180924的准确来源。研究人员开发出一种新技术，利用快速射电暴抵达“澳大利亚平方公里阵列探路者”射电望远镜不同天线之间的微小时间差，制作了一幅展示“一次性”快速射电暴来源的高清图，确定了FRB 180924来源于36亿光年外1个大小类似于银河系的星系，并且发现它的起始位置位于该星系的边缘地带，距星系中心约1.3万光年。

该研究不仅跨出了非重复射电暴来源定位的第一步，也为解释这种困扰了天文学家十几年的宇宙“神秘电波”提供了关键线索。

第九站：宇宙

NASA公布迄今最详细宇宙图谱

宇宙是什么样子的？哈勃太空望远镜汇总了以往的数据，给宇宙绘制了一副图像。

5月，哈勃太空望远镜项目的科学家公布了最新的宇宙照片——“哈勃遗产场”（HLF），这是迄今最完整最全面的宇宙图谱，由哈勃在16年间拍摄的7500张星空照片拼接而成，包含约265000个星系。

“这幅类似马赛克的图像包含了宇宙中星系生长的完整历史，从‘呱呱坠地的婴儿’到‘长大成人’。”该项目首席研究员、美国加州大学圣克鲁兹分校天文学家加斯·伊林沃斯说。

这张图像上，有些星系甚至距离地球133亿光年，也就是说，其年龄至少为133亿岁，是宇宙大爆炸后5亿年诞生的星系。

科技不断进步，人类探索星空的脚步不会停歇。美国国家航空航天局（NASA）表示，哈勃太空望远镜拍摄的这幅图像的景深有望在10年内被超越。21世纪20年代中期，更强大的“宽视场红外探测望远镜”（WFIRST）将发射升空。如果一切按计划进行，WFIRST拍摄的每张照片的景深都将是哈勃太空望远镜的100倍。届时，新的宇宙“全家福”有望囊括数以千万计的遥远星系。

第十站：回到地球

诺贝尔奖“花落”天体物理

北京时间10月8日，是天体物理的高光时刻。瑞典皇家科学院在这一天宣布，2019年诺贝尔物理学奖“花落”美国科学家詹姆斯·皮布尔斯，以及两位瑞士科学家米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹，以表彰他们在天体物理领域所作出的杰出贡献。

詹姆斯·皮布尔斯是宇宙学的泰山北斗，他对拥有数十亿个星系和星系团的宇宙进行研究，他的宇宙学理论框架已然成为我们理解宇宙历史的基础。凭借着物理宇宙学领域的理论发现，詹姆斯·皮布尔斯获得了900万克朗（约合人民币650万元）奖金的一半。

另一半奖金被两位瑞士科学家分享，他们的贡献在于发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。1995年10月，在法国南部的上普罗旺斯天文台，他们率先宣布，通过定制的高精度仪器发现了一颗与木星相当的气态星球。此后，人类逐渐发现了4000多颗太阳系外行星。



【009、2020年一边新冠军肆虐全球，另一边射电天文学领域硕果累累】


2021-05-11 天文在线

简介：2020年射电天文学方面的成就。

2020这一年在许多方面或许就是非常糟糕可怕的一年，然而，也这一年也并非都是糟糕透顶。

从科学的角度看，射电天文学就取得了许多相当重要的成就。这一点我记忆深刻，尤其是在阿雷西博射电望远镜崩塌之后，我感受更深：2020年这个领域竟然也被“传染”了。不过，天文台却取得了相当多的极酷科学研究成果，如：VLA甚大天线阵天文台，VLBA甚长基线阵列天文台， 以及ALMA阿塔卡马大型毫米波阵列天文台。

美国国家射电天文台NRAO，是美国国家自然科学基金会筹资助的组织，此组织统筹世界级实验室的资源。今年NRAO还邀请我与他们共同创作一个系列视频，专门介绍2020年他们已经取的重要成就。去年，我就与ALMA的研究团队合作为他们进行创作，今年他们让我将工作领域扩展到也包括其他天文台的成就。所以，我出此文，并为这套由六集短视频组成的系列节目写旁白，讲述前一年那些最引人注目的成就。视频本身的制作由NRAO完成，他们一如既往并出色地将视频编组在一起、以展现我的文字讲述。能再次与他们合作令我感到骄傲，这也是我的荣誉。

下面就是视频展示，以及我的一些批注，大部分批注都直接链接到相应的故事文字脚本，这些脚本在故事编好之后陆续发表。视频很短，每一集不超过2分钟。2020年终将过去，我认为我们还是要好好地开始新的2021年，并投入从2020年创建出的新研究领域。

在数亿公里之外测量褐矮星的风速

或者你认为在35光年以外测量一个褐矮星的天文风速是不可能的，但是借助于史匹哲太空望远镜（SST）VLA天文台完成了此项任务，他们使用了一个许多天文工作者梦寐以求的绝妙技术手段。

补充图片1：左侧是褐矮星，右侧是木星。艺术家对褐矮星的描述：其磁场与大气顶部被观察到具有不同的波段，从而确定风速。

矮星云将它们的超大黑洞踢走

所有大星云在其中心都有一些超级黑洞，这就证明了小星云也有黑洞。但是令人惊讶的是：这些黑洞并不总是在星云的中心。那么是哪一种力量可以将一个重量很大的怪物从星云中踢出？

补充图片2 ：艺术家对矮星云的描述: 它的形状被扭曲，更像是由于以往与另一星云相互作用而造成，一个大黑洞落在矮星云的边缘。黑洞落入形成自旋盘的那些物质，并产生向外的喷射流。

一个三星系统塑造了它自身形成的尘埃与气体

GW 猎户座是位于1,300光年之外的一个三星系统，它还很年轻，还在被尘埃气态盘所包围，而这些尘埃气态盘也是这个系统的组成部分。大部分类似这种盘一般相当平缓，但是这个尘埃气态盘却不是这样。ALMA天文台与VLA天文台已经揭秘：这些星体已经使尘埃盘弯曲、变形为奇异的结构。

射电天文学发现了一个土星质量大小的行星轨道，一颗星体螺旋移动穿越银河——

最近发现大部分行星在经过其主星体时发光变暗，但是也发现有些行星由于受到行星引力的影响，其轨道拖拉着主星前后往返。

VLBA天文台使用一种称作电波天文学的技术对星体TVLM513-46546进行了相当精准的观察，结果发现：这颗星体以螺旋方式在空中行进，进而说明有一个行星在这个轨道上。

补充图片4：演示星体围绕它与行星的中心而运动，这种方式引起此星体在太空穿越时“摇摆”

木星的一颗卫星lo，由于受到其巨大行星的夸张引力吸引而变薄并被拉伸，这颗卫星是太阳系中火山活动最活跃的星体。这些火山发射出二氧化硫，而二氧化硫在此卫星表面形成的一层很薄的大气层。问题也接踵而至：这些二氧化硫是来自火山喷射、还是来自卫星表面由于太阳光辐射而溶化的二氧化硫？ALMA天文台给出了答案：

补充图片5：ALMA天文台的卫星lo的合成图像，第一次演示二氧化硫的卷流（黄色）从火山中升起。背景星球是木星

NRAO的报告，以及我同事杰夫.斯皮来于2020年10月撰写的相关新闻

心宿二很大，相当相当地大

心宿二是一颗红色超巨星，是同类星体中最大的星体之一。它比太阳还要重，可以快速消耗核燃料并膨胀、从而形成如此巨大的星体。它到底有多大呢？在ALMA天文台与VLA天文台的天文工作者找出了答案，从而证明它的确是超级巨大。

补充图片6：心宿二大气层的艺术演示照片

有关此话题，我曾经于2020年的6月在博客上给出更详细的讲述、并提供了相关很酷的图片；当然，NRAO通过努力对这一事实做出了出色的讲解。

NRAO的总部位于佛吉尼亚州的夏洛特斯维尔，理论上说沿着弗吉尼亚大学外的大街就可以到达，我就是在这所大学获得的博士学位。我曾经参加过位于这个总部的若干座谈会，非常享受我与那里的天文工作者的讨论。能与这些工作人员以严谨的科学方式交流并一起工作，参与类似这样的扩展项目就是一种绝对的怀旧欢欣。再此， 我衷心感谢每一位相关工作者，也希望2021年能带给我们更多的奇妙与神奇，从宇宙到地球，也通过你的直觉跨越行星。



【010、NASA 發現距地球 100 光年的宜居行星「TOI 700 d」！太空移民日子近了？】


Daniel Hsu 2020年1月9日

隨著地球即將毀滅（？）人類便開始積極尋找適合居住的其他行星，而 NASA 在日前 2020 年 1 月 4 日至 8 日於夏威夷舉行的「美國天文學會 American Astronomical Society」會議中宣布發現了一顆和地球大小相近的可適居行星「TOI 700 d」，而且距離地球僅 100 光年！這個消息一出來獲得了熱烈的討論，這代表我們真的可以進行太空移民了嗎？事情沒有那麼簡單，就讓我們來深度了解一下！

1. 光年是什麼意思？100 光年我們到得了？

「光年 light-year」的嚴格定義是「『光』在『真空狀態下』傳播一個『地球年』時間所走的距離」，簡單來說，所謂的「100 光年」是就算我們使用人類目前已知最快的速度「光速」移動，最少也要 100 年才能抵達的距離！

而就目前人類記錄中速度最快的飛行器－－2004 年 11 月 16 日 NASA 的紀錄是時速 1 萬 1260 公里，在能完整保持在這個速度的狀態下，要飛越一光年的距離最少也需要用 9 萬 5800 年，那麼 100 光年……？

「光年」的嚴格定義是「『光』在『真空狀態下』傳播一個『地球年』時間所走的距離。」

2. 「TOI」是什麼意思？

美國太空總署 NASA 最早的發射的行星搜索天文望遠鏡是在 2009 年 3 月發射的「克卜勒太空望遠鏡 Kepler」，而在運行 9 年 7 個月又 23 天、發現了超過 2700 顆疑似可居的行星後，於 2018 年正式退役，並由同年發射的「凌日系外行星巡天衛星」（Transiting Exoplanet Survey Satellite，簡稱 TESS）接手探索任務。

而「TOI」則是「Tess Object of Interest」的縮寫，簡單來說就是 TESS 計畫下發現星球的代稱，「TOI 700」是恆星，而圍繞著它的則有為 TOI 700 b、TOI 700 c 與 TOI 700 d 三個行星，而其中只 TOI 700 d 疑似適合人類居住。

2018 年「凌日系外行星巡天衛星」（Transiting Exoplanet Survey Satellite，簡稱 TESS）發射升空。

3. 為什麼大家那麼關注 TOI 700 d？難到沒有別的宜居星球？

其實大家那麼關注的 TOI 700 d 的原因除了是我們「又」發現了一顆宜居星球外，它的宣傳點是 TESS 計畫執行後發現的「第一顆」宜居星球，更重要的還是 NASA 目前發現的離地球最近的宜居星球。然而它的發現被媒體宣傳為「離人類移民外太空又進一步的創舉」其實太過，我前面就有提到光是 NASA 的克卜勒計畫就發現過超過 2700 顆疑似可居的行星，但是這些疑似可居行星還會再進一步篩選出「確認不可居」、「未確認」、「計畫候選」、「確認可居」，其實「OI」結尾的「Object of Interest」也只是「計畫候選」。

此外，目前發現比較著名的可居星球其實大約有 50 個，距離地球最近的一個確認可居行星其實是由歐洲太空總署（European Space Agency，縮寫 ESA）在 2011 年發現的 「格利澤667Cc」，距離地球只有 23.6 光年，其實更近！而在 TOI 700 d 之前，NASA 所發現離地球最近的確認可居行星為「克卜勒22b」，距離地球 619.4 光年。

4. 可居星球的篩選機制有哪些標準？

目前全球的航太機構用來評斷是否適居的標準有 ESI、SPH、HZD、HZC、HZA、pClass、hClass 等七個指標，簡單來說必須綜合考慮該行星的體積大小、密度、重力、溫度、濕度、大氣、輻射，以及該行星與它所附屬的恆星的大小、引力、溫度、以及未來 1000 萬年的穩定性（不然就像如果哪天太陽突然爆炸或是坍縮成黑洞都是很可怕的……）

然而這些還都只是基本科學意義上的篩選，不管未來人類否有辦法克服距離的困難，不管找到了克服光速移動的困難、或是找到可以時空彈跳的蟲洞（科幻片是吧）、或是藉由冷凍技術進行長時間移民（《異型》系列了啊！）、又或者是真正抵達外太空殖民星球的並不是最一開始上太空船的人（而是他們在太空所生下的後代）……等等，其實如果真的有其他適合生物的星球存在，也不敢保證哪裡不會沒有其他的生命體，但人類真的能理所當然的強佔外行星？更別提又有多少假設太空殖民成功的科幻片都告訴了我們人類在「星際資源」搶奪的戰爭？只能說人類真的太可怕了，想想其實待在哪都不安全啊……



【011、NASA“新视野”号飞掠迄今最远天体】


2019-01-02 新京报

2018年12月21日从NASA方面得到的艺术家插图，描绘了“新视野”号飞掠“天涯海角”小行星的场景。图/视觉中国

据NASA官网，当地时间1月1日，美国国家航空航天局（NASA）“新视野”号探测器将飞掠柯伊伯带的小行星2014MU69，这将是航天器探索史上的最远天体。科学家对这个昵称为“天涯海角”的小行星知之甚少，届时“新视野”号将近距离飞掠此天体，揭开它的神秘面纱。

为什么选择“天涯海角”？

据美国科技杂志《连线》，早在2014年，天文学家利用哈勃太空望远镜成功地发现了一些新的柯伊伯带天体，其中就包括2014MU69（在取得它的足够轨道资料后由小行星中心编号），并将这个小行星列为“新视野”号飞掠冥王星后的下一个探测目标。“天涯海角”这个昵称来自于一场全球征集活动，任务团队在34000个候选名称中选中了这个词，因为2014MU69对地面望远镜而言太过于暗淡，科学家无法观测到具体情况，“天涯海角”则寓意着未知的世界。

对于NASA如何选中了“天涯海角”这个小行星，BBC分析称，科学家想要探测比冥王星更远的天体，“天涯海角”则恰好处于“新视野”号能力可到达的范围内。

中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光表示，“新视野”号之所以选择“天涯海角”作为探测目标，重要原因是探测器的能量限制。“新视野”号的主任务是探测冥王星，探测冥王星的时候是飞掠而不是环绕，但其实进入它的轨道环绕是最最理想的方式，为什么做不到？就是因为能量限制，如果要让探测器制动刹车，消耗的能量太大。当“新视野”号飞掠过冥王星后，调整自己轨道能力已经极弱了，因此只能在它有限的可调整范围内选择一个路径相对较近的小行星，所以并不是完全主动去选择“天涯海角”，而是没有多少可选择的余地。

“天涯海角”具体什么形状？

“‘天涯海角’什么形状？由什么构成？是否有大气？无人知晓。”“新视野”号首席研究员艾伦·斯特恩说道。NASA介绍，根据现有的探测资料，“天涯海角”距离地球约65亿公里，距离冥王星约16亿公里，它形成于柯伊伯带的冰冻区，温度极低，这样的环境更加完好地保留其形成之初的原始状态。“新视野”号任务团队通过太空望远镜观测“天涯海角”的飞影，认为其形状有可能是相互环绕的两个物体，也可能是两个物体相连，如哑铃状。而它的直径大约只有30公里，比冥王星的体积小得多。

在过去几个月里，NASA研究人员通过“新视野”号对“天涯海角”进行持续拍摄，他们发现无法检测到这颗小行星的任何光变曲线，即不知道它是否在自转或相对于恒星进行移动。“新视野”号首席研究员艾伦·斯特表示：“在确定它不是球体的情况下，自转时应该能检测到光变曲线，但是我们并没有发现，这真的是一个谜。”据《纽约时报》，美国西南研究院的天文学家马克·布伊博士分析，有两种情况导致这一情况，一种是“新视野”号的路线和“天涯海角”的自转轴重合，另一种情况是“天涯海角”可能被一团尘埃所包围，这些尘埃掩盖了它的光曲线。他说，“这是我们所研究过太阳系中最古老的遗迹”。

“新视野”号此次探测目标是什么？

NASA方面称，“新视野”号1月1日将以52000公里时间速飞掠“天涯海角”，届时探测器与这一小行星的距离将只有3500公里，比2015年飞掠冥王星时的距离近了三分之二以上。

“新视野”号探测器装配了Ralph影像及红外线成像仪等科学仪器。当其飞掠“天涯海角”时，这些设备将用于拍摄天体的彩色及黑白图像、绘制结构和地形、搜索天体表面的气体和成分、测量温度等。《连线》称，因为探测器与天体距离很近，可以拍摄到非常细致的高分辨率图像，清晰度将是冥王星图像的两倍。“天涯海角”的影像资料将会成为截至目前所有小行星照片中最详尽的。不过，科学家们还无法确信“新视野”是否能带回清晰的照片，因为“天涯海角”的自转速度可能很快，照片可能会模糊。

NASA官网上的“新视野”号任务计划显示，当探测器飞掠“天涯海角”，地面需要等待大约6小时才能接收到它的信号。随后的20个月内，“新视野”号将陆续向地面传回搜集到的数据和拍摄的照片。

据《纽约时报》，负责“新视野”号拍摄任务的科学家哈罗德·韦弗博士说，当“新视野”号观察“天涯海角”时，实际上也是在观测四十多亿年前行星生成与太阳系结构形成的时刻。探测器收集的数据将有助于了解早期太阳系的物理和化学环境，也能帮助科学家们了解太阳系外其他的行星系统。

■ 释疑

科学家为什么要对柯伊伯带进行探索？

“新视野”号之前探测的冥王星以及此次将飞掠的“天涯海角”都是柯伊伯带的小行星。柯伊伯带位于海王星轨道之外的太阳系尽头，这一区域存在着数量庞大的星体。科学家为什么要对柯伊伯带进行探索呢？

杨宇光解释，在柯伊伯带，富含甲烷、水、水冰的天体比较多，总体而言质量都比较小。柯伊伯带形成于太阳系早期，它保留了太阳系早期很多痕迹。而且柯伊伯带天体基本都处在冰冻区，接收到的太阳光很弱，处于非常冰冷的状态，不像一些彗星进入太阳系内部轨道，离太阳比较近的时候表面物质就会蒸发。像“天涯海角”这样的天体可能就和几十亿年前太阳系形成时候的状态没有太大的差别，对了解整个太阳系是非常有用的。

不过，对柯伊伯带的遥远天体进行探测的任务还较少。杨宇光表示，目前深空探测不是以去往更远天体探测为重点的，因为限制比较多，工程难度也比较高。目前的几个大的探测器都是借助木星的引力加速，而木星绕太阳转的周期超过11年，所以后续探测需要等待窗口期。而且外太阳系探索要求探测器的规模非常大，所以实现起来也比较困难。现在探测的重点还是火星、月球这些天体。

“新视野”号的轨迹

●2006年1月19日

“新视野”号发射，飞船直接进入了地球和太阳的逃逸轨道，是人类有史以来以最快发射速度离开地球的高速飞行器，也是第一艘飞越和研究冥王星及其卫星的空间探测器。

●2007年2月28日

“新视野”号飞掠木星，向地球传输了关于木星大气和磁层的全部信息以及有关木星卫星的数据。同时，探测器借助木星引力进行加速，使飞船飞行速度提升到1.45万公里每小时，飞向遥远的冥王星。

●2015年7月15日

“新视野”号飞掠冥王星，最近时与冥王星相距12500公里，它是第一艘飞越和研究冥王星的空间探测器。任务中，“新视野”号向地球发送了大量的冥王星及其矮行星系统的照片。

●2019年1月1日

“新视野”号飞掠“天涯海角”。NASA估计，飞越过后，“新视野”号需要用超过十年的时间才能穿越柯伊伯带，进入星际空间。期间，“新视野”号团队将会寻找下一个探测目标。（记者 陈沁涵）



【012、NASA捕捉到这张蟹状星云最新图像，宽度达10光年！】


2018-03-21

美国国度航空航天局的哈勃太空望远镜正处于拍摄悠远恒星和星系的世界图像的前沿。这是宏大的太空望远镜拍摄的最令人蔚为大观的照片。

美国国度航空航天局刚刚发布了一幅令人屏息的照片，它是由其标志性的太空望远镜捕获到的悠远的蟹状星云。

这张令人惊叹的照片实践上是由三张不同的太空望远镜拍摄的照片分解的——哈勃、钱德拉和斯皮策太空望远镜。

哈勃望远镜经过捕获图像中可见的深紫色色彩，对分解物做出了奉献。

斯皮策和钱德拉拍摄了这些充溢生机的粉白色照片，拍摄了x光波段的蓝光和白色局部。

星云是许多光年宽的星际尘埃和气体，漫无目的地在太空中游荡。

蟹状星云被以为是一场宏大的超新星爆炸的残留物——一颗短命恒星的死亡，记载在1054年。

在气体云的中心是脉冲星，或许是旋转的白矮星。

NASA估量蟹状星云大约有10光年宽。美国航天局表示：“在螃蟹的状况下，一些国度的察看者报告了1054年在金牛座方向上呈现的‘新星’。”

从那当前的几个世纪里，人们对螃蟹有了很多理解。

明天，地理学家们晓得蟹状星云是由一颗疾速旋转的、高磁化的中子星——脉冲星(脉冲星)驱动的，这颗恒星是在一颗宏大的恒星耗尽核燃料并坍缩时构成的。

“疾速旋转和强磁场的结合发生了激烈的电磁场，发生物质和反物质从脉冲星的南北两极挪动，并在赤道方向发生激烈的风。”

美国国度航空航天局(NASA)强调了新拍摄的照片是树立在从太空总署的望远镜取得的蟹状星云信息的根底上。

蟹状星云是钱德拉太空望远镜在1999年捕捉的首批天体之一。

明天，钱德拉望远镜是美国宇航局的几个观测可见宇宙的太空望远镜之一。

其中最次要的是哈勃太空望远镜，它自1990年进入轨道以来曾经观测了130多万次。

多年来，哈勃的惊人任务效果招致了15000多篇迷信论文的宣布。

该望远镜以惊人的速度绕地球运转，时速到达17000英里，到目前爲止曾经在地球上运转了40亿英里。

但是，在2019年的春天，哈勃、钱德拉和其他正在运转的望远镜将被詹姆斯·韦伯太空望远镜抢去。

一旦开端运作，韦伯将成爲盘绕地球运转的最大的太空望远镜。

美国国度航空航天局表示：“韦伯将成爲将来10年的次要地理台，爲全世界数以千计的地理学家效劳。”

“它将研讨我们宇宙历史上的每一个阶段，从大爆炸后的第一个发光的发光，到可以支持像地球这样的行星上的生命的太阳系的构成，到我们太阳系的退化。”

该望远镜曾被称爲下一代太空望远镜，但在2002年被重新命名，以留念1992年逝世的前美国宇航局局长詹姆斯·韦伯。

《宇宙奇观——蟹状星云

人民资讯 2021-03-15

1054年，中国的天文学家记载了一颗意料之外的星星，他们称之为“客星”。它看起来像是突然出现在天空中的某处，并且在长达一个月的时间里，人们都可以在白天看到这颗星星。之后，它渐渐暗淡，大约两年后彻底消失。宋代的司天监们忠实地记载了这段观测记录：“至和元年五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”（《宋会要》）

1758年，法国天文学家梅西耶通过望远镜在金牛座的牛角尖（天关星）附近，发现了一个小小的云雾状白斑，他把这个星云记载下来，这就是M1。1845年，英国天文学家罗斯伯爵花费10年艰辛劳动和3万英镑巨资，建成了一架口径1.8米的反射望远镜，并连续多年对M1进行观测，还给它取名“蟹状星云”。1920年代，哈勃发现星空里的这只“螃蟹”正在长大。根据其膨胀速度可以推断出蟹状星云应该来自于900年前的一次超新星爆发——1054年天关客星。

宋代的天文官员并不知道发生了什么事情，而千年后的我们知道这是一次超新星爆炸。现代天文学家们还找到了那次超新星爆炸事件的遗迹——位于金牛座的蟹状星云。

那么超新星爆炸是怎么一回事呢？

超新星爆炸开始于红超巨星的中心形成的致密铁核。由于无法抵抗引力的作用，该核心会在不到一秒的时间内以接近1/4光速的速度迅速坍缩，而这一过程会同时向外以几乎相同的速度发出冲击波，将恒星的外壳撕裂并爆炸开来。爆炸的力量使得一些原子撞入别的原子中，形成了比铁还要重的元素。超新星将此前由核聚变产生的元素以及在爆炸中产生的元素统统送入星际空间，这使得分子云中的元素变得更加丰富，之后这些元素便会成为新形成的恒星和行星的一部分。

蟹状星云与地球的距离是6500光年，也就是说，那次超新星实际上爆发于7400多年前，那时的地球生命对这一震彻寰宇的恒星爆炸不会有任何觉察。超新星的光芒长途跋涉了6500光年的空间，才出现在宋代人的眼里。

那么我们为什么要研究蟹状星云呢？因为它给我们展示了大质量恒星的演化图景。从1054年天关客星到蟹状星云，再到它中央的脉冲星，超新星爆发及其结局有了一个完美的样品，清晰而可信。2016年7月，NASA发布哈勃太空望远镜拍摄的一张蟹状星云中心的照片，涟漪的中央就是那颗每秒旋转30圈的中子星，那是蟹状星云急速跳动的心脏。在它的推动下，蟹状星云发出了10万倍于太阳的辐射。

如今蟹状星云的气体仍在以每小时1500千米的速度从爆炸处向外扩散。作为巨大恒星的垂死挣扎，一次超新星爆炸绽放出的光芒相当于100亿个太阳，释放出的能量比它一生中所释放的所有能量加起来还要多。



【013、NASA公布绝美“项链星云”影像 蕴藏“星中星”秘密】


2021年05月12日 综合外媒报道

美国国家航空航天局(NASA) 4月底公布哈伯望远镜拍摄到的“项链星云”(Necklace Nebula)最新影像，形容它就像“宇宙级的钻石项链”。据报道，项链星云于2005年首度被发现，是人类新发现的星云。

它距离地球1.5万光年，位于天箭座(Sagitta)，当中包含了一个像太阳一样的恒星在它生命结束时脱落后留下的发光残骸。星云由一个明亮圆环组成，上面点缀着密集明亮的气体结，就像项链上的钻石。

项链星云之所以能形成这一独特形状，天文学家解释道，是因为中心恒星不仅是个双星，还是个星中星。

大约1万年前，这2颗恒星相距不过几百万公里，其中一颗恒星热核燃料燃尽，开始膨胀，直到成为红巨星(Red Giants)，它吞掉自己的伴星——另一个恒星。

不过这颗被生吞的伴星并没有彻底被毁灭，因为自身相对较大的密度和强大的惯性，得以在红巨星体内继续运行，增加了这个膨胀巨星的旋转速度，直到它的大部分向外旋转进入太空。

这个逃逸的碎片环形成了项链星云，其中特别密集的气体团块形成了环周围明亮的“钻石”。

项链星云在2011年发布的哈伯影像中曾出现过，但是在本次新的影像是通过先进的处理技术创建的，使得这个有趣的天体有了一个新且改进过的视角。

这张合成影像包含了第三代广域照相机的几次曝光，经过假借彩色处理技术等后期处理而成。



【014、NASA过去十年和未来9个最值得可科普的时刻——旅行者号进入星际空间的旅程】


TuNan

1977年，两艘宇宙飞船离开地球，探索外行星。在21世纪的第一个十年，旅行者1号和旅行者2号的首期任务结束了，他们成为第一批进入星际空间①的航天器，从而创造了历史。

旅行者1号飞行模拟图，图片来源：NASA/JPL-Caltech

“旅行者2号”和“旅行者1号”相距仅16天发射，其设计目的是利用罕见的外层行星对中的优势，这种对齐仅每176年才发生一次。他们将继续将数据发送回地球，从而形成我们对太阳系和星际空间结构的理解。

旅行者1号从地球上发射后的轨迹，它在1981年于土星的位置与黄道分道扬镳，转往蛇夫座方向前进至今。图片来源：旅行者1号wikipedia

两艘旅行者号探测器，都是以三块放射性同位素热电机作为动力来源。这些发电机目前已经大大超出了起先的设计寿命，旅行者号航天器预计将继续运行到2020年代，直到其动力燃料用尽。

但飞船在设计上使其仍然有足够的电力令航天器能够继续与地球联系，钚核电池能够保证旅行者号上搭载的科学仪器继续工作至2025年。2036年，讯号传输的电力将消耗殆尽。一旦电池耗尽，“旅行者1号”仍将继续向银河系中心前进，但不会再向地球发回数据。

他们的飞行轨道将他们带到了我们太阳系外层行星上，在那里他们捕获了前所未有的图像。他们还能够从木星和土星那里利用“引力弹弓效用”窃取一点动力，这帮助他们走上了通往星际空间的道路。

通过这种“ 重力辅助 ”使航天器在不消耗任何燃料的情况下提高了速度。尽管这两个航天器都注定将要飞往星际空间，但是它们的运行轨迹却略有不同。

1977年8月20“旅行者2号”首先进行发射，紧接着旅行者2号于1979年访问木星，1981年访问土星之后，并在1986年与天王星相遇获得了天王星的引力加速。

在离开太阳系之前，它的最后一次行星访问是在1989年的海王星，海王星的重力将探测器向南方向朝星际空间推动。自从在海王星的主要任务结束以来，旅行者2号一直在使用其车载仪器继续感知周围的环境，并将数据传达回地球上的科学家。

2018年11月5日，旅行者2号成为历史上仅第二个离开日球层（太阳产生的粒子和磁场的保护性气泡）的航天器。旅行者2号距离地球约110亿英里（180亿公里），远远超出了冥王星的轨道，进入了星际空间或恒星之间的区域。

在旅行者2号发射16天之后，1977年9月5日，“旅行者1号”发射，1979年利用木星引力加速，发现了木星大气层中的巨大气体漩涡。1980年与土星的卫星泰坦（Titan）进行了的近距离接触，1981年于土星的位置借助土星的引力加速助推将其推向了太阳系黄道平面的上方，并朝星际空间飞出。

由旅行者1号拍摄的著名照片“淡蓝色的点” 图片——1990年2月14日，“旅行者1号”为节省能源关闭相机前回望地球，在距离地球60亿公里外的地方拍摄了这张照片。照片中那个不到1像素的亮点就是我们居住的地球，是我们爱的每一个人生活的地方。

旅行者1号成为第一个进入星际空间的人造物体——2012年8月25日，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船。旅行者1号原先的主要目标，是探测木星与土星及其卫星与土星环。现在任务已变为探测太阳风顶，以及对太阳风进行粒子测量。

旅行者1号目前在沿双曲线轨道飞行，并已经达到了第三宇宙速度②。这意味着它的轨道再也不能引导航天器飞返太阳系。

2013年，NASA副局长约翰·格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）说：“旅行者已经勇敢地走到了前所未有的高度，这标志着科学史上最重大的技术成就之一，并为人类的科学梦想和努力增添了新篇章。也许未来的一些深空探险家会赶上我们的第一个星际特使旅行者号，并思考这种无畏的航天器如何帮助他们实现旅程。”

旅行者号项目科学家，加州理工学院物理学教授埃德·斯通说：“旅行者号探测器向我们展示了我们的太阳如何与填充银河系恒星之间大部分空间的物质相互作用。”

“如果没有旅行者2号提供的新数据，我们将不知道旅行者1号所看到的是整个太阳圈的特征，还是只是特定于它穿过的位置和时间。”这对我们在未来研究太阳系和星际空间结构提供了巨大的帮助。正如上面讲到的——也许未来的一些深空探险家会赶上我们的第一个星际特使旅行者号，并思考这种无畏的航天器如何帮助他们实现旅程。

注①星际空间是我们太阳不受太阳风影响的区域， 星际空间由太阳风来定义，来自太阳连绵不绝的带电粒子创造了稀薄的大气圈（称为太阳圈），深入太空中数十亿英里。

②第三宇宙速度（third cosmic velocity)，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。

③本文所有图片来自“jpl.nasa.gov”，并在图片下方标明出处，仅作公益传播使用，侵权必删。

这里提供，科学的穿越星际指南！

《飞了185亿公里，旅行者号发现真空物质越来越多，究竟怎么了？》徐德文科学频道：

太空很空，比地球上我们能够制造的真空还空得多，但它并不是绝对的空，总还是有一些粒子存在，我们发射的探测器能够测出太空的物质密度。

美国宇航局（NASA）上世纪70年代发射的两艘航天器旅行者1号和2号都已飞出了太阳系的日球层顶，进入了星际空间。你想的可能是，星际空间应该更空旷，物质密度应该低于太阳系内部，然而这两艘飞船最新发回的数据却让人大跌眼镜，越往星际空间深处飞，它们测得的物质密度反而越来越大，这究竟是怎么回事呢？科学家们暂时还无法准确解释。

旅行者1号和2号都是在1977年发射的，经过35年和41年的长途跋涉后，它们分别在2012年和2018年穿过了日球层顶——太阳风和星际介质交汇的地方，正式进入了星际空间。

在太阳系里，太阳风的质子和电子密度平均为3-10个/立方厘米，离太阳越远，其密度就越低。而根据此前的计算，银河系中星际介质的平均电子密度约为0.037个/立方厘米，日球层顶以外的等离子体密度约为0.002个电子/立方厘米。可以作为对比的是，一个50公斤的人，身体里每立方厘米大约有200万亿亿个粒子，人类制造的保温瓶，所谓的真空里面仍然有1万亿到100万亿个粒子。

两艘旅行者号飞船穿越日球层顶时，其等离子体波科学仪器都探测到了等离子体的电子密度，旅行者1号在183亿公里处探测到0.055个电子/立方厘米，旅行者2号在179亿公里处探测到0.039个电子/立方厘米，两者数值基本一致。

但在星际空间中继续飞行了29亿公里后，旅行者1号发来了令人吃惊的数据，星际介质的密度增加到了0.13个电子/立方厘米；而旅行者2号仅仅多飞了6亿公里，到达185亿公里处，就发现介质密度增加到了0.12个电子/立方厘米。

这究竟是怎么回事呢？科学家们百思不得其解，虽然比起地球表面1立方厘米空气中就有10万亿个电子来，这个密度似乎不足挂齿，但在星际空间这却是一个非常重要的问题，尤其是还不知道这是什么原因导致的情况下。

研究人员认为一种可能性是，当星际磁场线覆盖在日球层顶时，磁场线会变得更强，可能会形成一种电磁离子回旋不稳定性，耗尽覆盖区域的等离子体，而旅行者2号也确实在穿越日球层顶时探测到了比预期更强的磁场。

另一种可能则是，星际风吹来的物质在到达日球层顶时会减速，从而导致某种交通堵塞，这可能在新视野号上已经探测到了，它在2018年捕捉到了日球层顶中中性氢积聚产生的微弱紫外线信号。

科学家们认为，也有可能是这两种机制都同时发挥了作用，未来旅行者号传回更多的数据，或许有助于搞清楚这个问题。

是不是完全无法想象？我们自认真空的保温瓶，粒子数竟然达到了每立方厘米上万亿颗；我们认为的完全真空，银河系的星际空间，每立方厘米仍然有0.1个粒子，相当于我们身体大小的空间里，就有数千个粒子；尤其不可思议的是，人类四十多年前制造的探测器，飞到如此遥远的地方竟然还能用，还能探测出比保温瓶真空稀薄十万亿倍以上真空中的粒子数目，科学家们还能从中发现细微的差别，并努力寻找原因以彻底了解宇宙的奥秘，人类文明的发展，可能早就已经超出绝大多数人的认知视界以外了。如果我们不能伸长脖子努力眺望这个视界，也许很快就会被科学淘汰。

这项研究发表在8月25日《天体物理学杂志快报》上。

参考：The Astrophysical Journal Letters：Observations of a Radial Density Gradient in the Very Local Interstellar Medium by Voyager 2



【015、NASA科学家又有了新发现】


2021-04-20 评论

天文学家首次使用美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）第一次探测到了天王星的X射线，这一结果可能有助于科学家了解太阳系中这个神秘的冰巨行星（ ice giant planet），并帮助天文学家更好地理解太空中越来越多的奇异物体，例如正在壮大的黑洞等，它们是如何发射X射线的。

太阳系共九大行星，天王星是太阳的第七颗行星，在它的赤道周围有两套环，天王星的直径是地球直径的四倍，它在侧面旋转，使其不同于太阳系中的所有其它行星。

据美国国家航空航天局报道，由于旅行者2号*（Voyager 2 ）是有史以来唯一造访天王星的航天器，因此天文学家目前只能依靠距离地球更近的望远镜（例如钱德拉和哈勃太空望远镜，而非旅行者2号）来了解这个几乎完全由氢和氦组成的遥远而寒冷的星球。

研究人员于2002年在天王星上使用钱德拉观测进行观测，发现可以清楚地检测到X射线，并且在多年后的2017年的再次观测中获得15处中可能会出现X射线的耀斑。

本文图片显示了2002年天王星的钱德拉X射线图像（粉红色）与2004年另一项研究中获得的凯克（Keck-I）望远镜的光学图像迭加的结果，在2002年的钱德拉观测中，后者显示的行星的方向与原先的方向大致相同。

是什么导致天王星发出X射线的？天文学家给出的答案是“太阳”。

天文学家已经观察到木星和土星都会散射太阳散发出的X射线光，这与地球大气层散射太阳光的方式相似。虽然对天王星最新研究的作者最初预期，检测到的大多数X射线也可能来自（太阳光X射线光的）散射，但至少还存在另外一种X射线源，如果进一步的观察证实了研究人员的这一猜测，可能会对了解神秘的天王星有所帮助。

还有一种可能性是天王星的环自身就会产生X射线，土星的环就是这种情况。天王星在其附近的太空环境中被带电的粒子包围，例如电子和质子，如果这些高能粒子与天王星的环相互碰撞，则可能导致环在X射线中发光。

另一种可能性是，至少有部分X射线来自天王星上的极光，这种现象以前曾在该行星上以其它波长观测到过。

在地球上，我们可以看到天空中被称作“极光”的绚丽多彩的光芒，这种光通常在高能粒子与大气层的相互作用时产生，X射线在地球的极光中发出，是由高能电子沿着行星的磁力线传播到它的极点并被大气层减速后产生的。

木星也有极光，木星上极光的X射线有两个来源：电子沿着磁场线行进，以及带正电的原子和分子在木星的极区散射，但科学家们对是何种原因导致天王星上产生极光却缺乏认知，钱德拉的观察结果可能有助于揭开这一谜团。

天文学家对通过X射线观察天王星表现出了极大的兴趣，因为它的自旋轴和磁场方向与其它行星相比异常。

太阳系的其它行星的旋转轴和磁场轴几乎垂直于其轨道平面，而天王星的旋转轴几乎平行于它围绕太阳的路径。此外，当天王星向它自身的侧面倾斜时，其磁场也会倾斜出不同的强度，并偏离行星的中央，这导致它的极光变得异常复杂和多变。

如果可以确定来自天王星的X射线源，就可以帮助天文学家更好地理解太空中越来越多的奇异物体（例如正在壮大的黑洞和中子星）它们是如何发射X射线的。

对该项研究结果进行撰著的作者分别为来自美国、英国、法国以及中国的天文学家，论文发表于最新一期的《地球物理研究杂志（Journal of Geophysical Research）》上，并可通过在线阅读。

*编者按：旅行者2号是一艘于1977年8月20日发射的美国国家航空航天局（NASA）无人星际太空船，截至2020年依然正常运作，是有史以来运作时间最久的太空探测器，它是第一艘造访天王星和海王星的太空船。



【016、NASA探索外星生命：不需要氧气】


2021-02-12 

NASA处于地外生命搜索的第一梯队，太阳系内和系外均有生命调查的项目，科学家的搜索方向为液态水可能存在的地方。但来自麻省理工学院的研究人员萨拉西格和威廉贝恩等人认为寻找外星生命时应该考虑所有的可能性。

外星人

比如我们应该在观测系外行星光谱时寻找氧气之外的气体成分，甲烷也是一种生命示踪气体，生物过程也可以产生甲烷，因此我们应该在系外行星的调查中分析更多可能来自生物过程的气体，这样才有望发现外星生命。

到目前为止，科学家已经发现了超过1800颗系外行星，其中的大部分与太阳系内的行星截然不同，太阳系内常见的类地行星在太阳系外似乎并不太多，这可能与我们的观测方法有关。

外星人

系外行星中介于地球与海王星之间的行星类型较多一些，还有诸如木星这样体积更大的气态行星。系外行星的多样性也决定了外星生命可能与地球生命完全不同，它们栖息的世界或许不需要岩质环境，呼吸的空气也不需要氮气和氧气。

根据这个理论，麻省理工的科学家主张先找出生命示踪气体，对系外行星候选者的光谱进行分析，预测各行星上气体分子稳定情况等。萨拉西格认为这是一个非常有挑战性的项目，可能需要几年的时间才能对数百上千颗系外行星进行分析，不过科学家已经使用欧洲南方天文台的甚大望远镜等平台对系外行星的大气进行调查。

2017年至2018年还有太阳系外行星调查卫星(TESS)和詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)也会加入探索行列。此外，还有巨型麦哲伦望远镜、欧洲极大望远镜等，这些望远镜的直径都达到24米至39米。如果我们在系外行星上发现不寻常的气体，或许能够说明地外生命的存在。

外星人

图中显示的开普勒-186f的想象图，科学家认为我们在观测开普勒-186f这样的系外行星时，应当考虑各种可能的生命示踪气体，其中可能存在与地球环境不同的气体。本项研究发表在《科学进展》期刊上。



【017、NASA望远镜升空6月发现25000颗小行星】


2010年07月21日 新浪科技

WISE飞船拍摄的梅西耶83星系，一般也称为南天风车星系——美国宇航局的宽视场红外巡天探测器(WISE)升空6个月来，已经发现了超过25000颗新的小行星。在这一最新太空望远镜迄今已经发现的这些小行星之中，有95个属于近地小天体。这意味着其轨道距离地球不超过3000万英里(约合4800万公里)。

截止本周，WISE探测器已经完成了覆盖全天的巡天并产生超过100万张图像，拍摄目标包罗万象，从小行星到遥远的星系。WISE同样擅长对遥远轨道彗星的观测，迄今已经发现了超过10个此类天体。

WISE飞船的红外观测能力使其对两类天体的观测拥有得天独厚的优势，这就是褐矮星和超亮红外星系(ULIRGs)。褐矮星是一类“失败的”恒星，其质量大于行星，但由于达不到产生核聚变所需质量下限而无法点燃成为恒星，红外波段设备对于此类低温天体非常敏感；超亮红外星系则是一类在红外波段亮度比常规可见光波段大100~1000倍的特殊星系。

拍摄获得照片中的一部分经过处理之后，合成了金牛座昴星团的最新图像。这一星团一般也叫“七仙女星”，静静分布在一片星际尘埃云之中。这一张合成图像占据7平方度的天空区域，相当于35个满月，显示出该望远镜在宽视野观测方面的优势。在红外波段，昴星团区域显现出膨胀中的尘埃云，并且还揭示出这一天区许多更小更暗的天体。

WISE探测器的首批探测数据预计将于明年5月间向天文学界发布，数据涵盖大约80%的天空区域。探测器花费了6个月的时间完成了对整个天空的扫描覆盖，这也相当于地球绕太阳公转周期的一半。

在接下来的3个月内，探测器将再次对一半的天空进行观测。这将进一步使飞船的探测数据精确化，并发现更多隐藏的小行星、恒星和星系。两次观测获得数据的对比分析还可以帮助科学家发现在此期间太空中天体发生的变化。

“WISE正在填补红外波段观测的空白，从近距的小行星到遥远的类星体，都是如此。”来自喷气推进实验室(JPL)的彼得·埃森哈特(Peter Eisenhardt)说。他是WISE项目科学家。“但我想最令人兴奋的应该是发现我们从未想过可以存在的天体吧。”(晨风)



【018、NASA五大探测器近况如何？飞多远了？】


三体引力波

仰望星空，神游宇宙，尽管我们的肉身从未离开过地球，但毕竟这是我们好奇的权利。

尽管人类从未飞出过地月轨道，但人类派出的信使，却到访过30多个太阳系天体。

这当中最著名的要数——NASA派出的5位信使：旅行者1、2号，先驱者者11、12号，新视野号。

下面来看看：这些宇宙漫游者的传奇之旅，近况如何，目前都在何处？

最远的漫游者——旅行者1号（Voyager 1）

发射时间：1977年9月5日，截至2018年5月26日，共飞行40年8个月21天

耗资：1970年代时值2.5亿美元

旅行使命：探测木星、土星及其卫星的探测器

创造纪录：飞离地球最远的人造飞行器，第一个正在飞出太阳系的探测器，第一个连续探测木星、土星及其卫星的探测器，人类第一个恒星际航天器。

最新消息：截至2018年1月2日，距离太阳141AU（141个地日距离）。距离我们地球210亿公里，相当于140倍地球到太阳的距离。

至今仍与地球深空网络保持数据联系，直到2025年为止。

目前飞行速度为17公里/秒，是现有飞行器中速度最快的。

未来之旅：预计300年后飞出柯伊伯带，到达奥尔特云，再过30000年后才能彻底飞出太阳系。

预计40000年后，旅行者1号在距格利泽445恒星，1.6光年远的地方飞过。

第二远的漫游者——先驱者10号（又叫先锋者10号，Pioneer 10）

发射时间：1972年3月3日

耗资：1970年代时值1.5亿美元

旅行使命：研究小行星带、木星的周围环境、太阳风、宇宙射线，以及太阳系最远能够到达的地方。

创造纪录：第一个穿过小行星带的探测器，第一个造访木星的探测器，第一个飞离八大行星的人造飞行器，第一个携带人类问候外星人信息的探测器，一度是飞离地球最远的探测器（1998年2月17日前）。

最新消息：2003年1月23日，因电力中断，从此失联，当时距离地球80AU，120亿公里。

NASA预测：2016年1月1日，先驱者10号距离地球114AU，飞行速度为12公里/秒，每年飞行距离2.54AU，目前距离地球120AU，正朝着金牛座方向飞去。

最三远的漫游者——旅行者2号（Voyager 2）

发射时间：1977年8月20日，比旅行者1号早发射两周时间，截至2018年5月6日共飞行40年9个月6天。

耗资：1970年代时值8.95亿美元

旅行使命：探测木星、土星、天王星、海王星

创造纪录：第一个探访天王星、海王星的探测器，唯一连续造访四大气态行星（木、土、天、海）的探测器，第一个发现木星大红斑是个反气旋风暴，第一个发现地球之外的活火山（木卫一）。

最新消息：截至2018年3月17日，距离太阳116AU（116个地日距离），距离我们地球115AU，相当于115倍地球到太阳的距离。

目前仍与地球深空网络保持数据联系，直到2025年为止。

目前飞行速度为15.4公里/秒。

未来之旅：预计2019年或2020年，飞到旅行者1号曾在2012年抵达的距离。跟旅行者1号一样，旅行者2号也没有飞向特定的恒星。

预计296000年后，旅行者2号在距天狼星，4.3光年远的地方飞过。

最四远的漫游者——先驱者11号（Pioneer 11）

发射时间：1973年4月6日，比先驱者10号晚发射一年。

耗资：1970年代时值1.5亿美元

旅行使命：探测土星及土星环，探测木星

创造纪录：第一个研究土星、土星环的探测器

最新消息：1995年11月24日最后一次数据接收。

NASA预测：先驱者11号目前飞行速度为11.4公里/秒，距离地球99AU，相当于99倍地球到太阳之间的距离，正朝着盾牌座方向飞去。

最五远的漫游者——新视野号（又称新地平线号，New Horizons）

发射时间：2006年1月19日

耗资：2006年时值5.5亿美元

旅行使命：探测小行星带、木星、冥王星、冥卫一、柯伊伯带

创造纪录：第一个造访冥王星的探测器（2015年），第一个直接发射到太阳逃逸轨道的探测器，有史以来发射速度最快的航天器（16.26公里/秒），尽管太阳神号探测器曾一度高达70公里/秒，却是借助于太阳引力。

最新消息：目前飞行速度为14.5公里/秒，比旅行者1号慢了2公里/秒。距离地球40AU，相当于40倍地球到太阳之间的距离，正在穿越柯伊伯带。

未来之旅：2019年1月1日将距离地球43.4AU，2038年距离太阳100AU，朝着射手座方向飞去。

现在来看看：五大信使所处位置——

距离我们由远及近分别为：

旅行者1号——141AU

先驱者10号——120AU

旅行者2号——116AU

先驱者11号——99AU

新视野号——40AU

速度从快至慢依次为：

旅行者1号——17公里/秒

旅行者2号——15.4公里/秒

新视野号——14.5公里/秒

先驱者10号——12公里/秒

先驱者11号——11.4公里/秒

尽管我们并不认为：这五个探测器属于智慧体，但从某种程度来说，却是人类探索宇宙的智慧载体。

这五个探测器正在背向太阳，远离人类的庇护，承载着人类好奇心和探索欲，飞向广袤而未知的宇宙深空……

正如T.S.艾略特所说：只有那些甘愿冒险、不断前行的先驱者，才清楚知道自己能走多远。

发布于 2018-05-26



【019、NASA研究：太空人回地球后生理变化多复原，但有后遗症好不了】


科普领域达人

随着人类太空技术的发展，无论是空间站的搭建及未来人类登陆其他星球计划，都需要宇航员的参与。科学家想知道太空飞行对人体纠结存在什么样的影响。

据每日邮报报道，美国太空总署（NASA）发表在《科学》期刊的一项“双胞胎研究”表明，人类若长期逗留在太空，会导致人体基因出现变化，但9成的变异，会在返回地面6个月内回复正常，只有极小部分例外。

据悉，实验对象是50岁的太空人史考特-凯利（Scott Kelly），他连续在太空站待340天，从2015年3月27日一直到2016年3月1日。他在旅程前后都受到监测，并透过补给太空船，将在太空站的血液、尿液及粪便样本送回地球检测，并以史考特的同卵双胞胎哥哥马克-凯利（Mark Kelly）在地球的生理纪录作对照基准。

约翰霍普金斯大学Andy Feinberg博士说：“特别的是，因为他们是双胞胎，遗传密码基本上一样。”

透过研究发现，史考特-凯利在执行太空任务期间，颈动脉和视网膜增厚、体重减轻、肠道微生物有变化、认知能力降低、DNA损伤、基因表达出现变化，以及染色体末端的端粒拉长。

此外两人也分别在航行前中后进行认知系列测试，并发现史考特认知速度及准确度表现，在太空航行后衰退。不过他回到地球后，90％的基因都恢复到正常水准，只有一些小变化仍存在，包括少部分端粒比太空飞行前还短。

史考特-凯利：“回程比上太空学习适应糟得多。最初几天，我觉得自己患了流感。有很长一段时间，我都觉得疲劳。”

端粒是染色体末端的DNA重复序列，可防止细胞老化、生病，当它变短，代表人体老化。研究人员也发现，史考特的认知能力在回到地球后有所下降。

这是目前研究太空飞行对人体生理影响所做的最全面实验。它确认长时间太空旅行促使人体产生压力，进而改变基因、导致免疫系统过度运作或损害记忆推理能力。

不过目前还不清楚这些压力是否会对人体健康有任何长期影响，但可为对将来的人类太空旅行（火星任务）提供重要参考。



【020、NASA在系外“热土星”上发现大量水 为土星水量3倍】


新浪科技2018年3月3日

就像探员通过指纹识别罪犯一样，科学家使用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃和斯皮策太空望远镜，在大约700光年之外的一颗炎热系外行星大气中，发现了水的“指纹”。实际上，这颗被称为WASP-39b的行星水量很多，是土星水量的3倍。

据NASA官网1日报道，虽然这颗系外行星质量与土星相当，但在许多其他方面有很大不同。比如，它白天温度为776.6摄氏度，夜间也几乎同样热，因此被科研人员亲切地称为“热土星”。

研究人员表示，太阳系没有这样的行星，但这个发现可以提供对系外行星的新见解。它如此独特，让天文学家了解到来自其他世界的复杂性，而最新观测结果初步证实了这种复杂特征。

天文学家详细分析了这颗“热土星”的大气。他们用新技术捕获了最完整的大气谱，通过将行星大气中的星光过滤解析为不同色彩，团队发现了明确的水汽证据。

尽管研究人员预测他们会看到水，但对其水量仍然感到惊讶。因为它的水比我们著名的土星邻居多得多，所以它的形成方式必然不同——这颗行星实际上远离恒星，在那里，它被大量冰块物质袭击。

巴尔的摩太空望远镜科学研究所首席研究员汉娜·维克福德和团队分析了“热土星”的大气成分。她说：“系外行星的形成比我们想象的更复杂，这太棒了！”

未来，詹姆斯·韦伯太空望远镜将获得更加完整的系外行星谱，还能提供其大气中碳的信息，借此，科学家可以了解其在哪里形成以及如何形成。



【021、SpaceX：商业机构首次载人航天任务的10大关注点】


BBC新闻网科学事务编辑 2020年5月27日

载人龙飞船将会成为第一架由私人企业送人上太空的飞船。

伊隆·马斯克（Elon Musk）的公司SpaceX即将发射它的太空船载人龙（Crew Dragon），并首次载人上天。在这里，我们解答关于此次任务被普遍提出的一些问题。

为什么由私人企业来将NASA的太空人送上天？

21世纪初以来，美国太空总署（NASA）就一直有计划找其他机构接手将太空人员运往国际空间站（ISS）的任务。在哥伦比亚号航天飞机于2003年返回地球期间发生爆炸之后，太空总署就着重研发能够抵达月球的替代飞船。

要有足够费用承担这个项目，必要的一步就是在运送人员和设备前往国际空间站的任务上与私人企业合作。2014年，作为创业家的伊隆·马斯克拥有的公司SpaceX和航天巨头波音（Boeing）宣告成为赢家，与NASA立下载人航天合约。SpaceX首先发射它的航天飞机。载人龙飞船将于周三（5月27日）由搭载猎鹰9号火箭（Falcon 9）从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空。

SpaceX是什么公司？

SpaceX是一个美国公司，用猎鹰9号（Falcon 9）和重型猎鹰（Falcon Heavy）火箭提供商业和政府官方的航天发射服务。伊隆·马斯克于2002年创立了该公司，目标是降低太空运输的成本，令人类到火星居住成为可能。

SpaceX是第一家将推进器火箭带返地球变成常规操作的私人企业，这样他们就可以将火箭进行再利用而不是直接抛弃。该公司已经在定期运送货物至国际空间站，现在计划开始运送宇航员。马斯克的公司还在研发建造更大的载人“星际飞船（Starship）”——这可能将开启火星定居的第一步。

载人龙飞船在此次任务中将会乘坐四名人员。

伊隆·马斯克是谁？

出生于南非的伊隆·马斯克将线上支付服务PayPal出售给eBay，赚得超过1.6亿美元。他渴望看到人类成为真正的太空穿梭文明，这成为他创办SpaceX背后的动力。他也参与创办了其他一系列公司，比如电动汽车生产企业特斯拉（Tesla）。

他还构想一个叫超级高铁（Hyperloop）的项目，这是一个让自动分离舱在一系列管道中运行的高速运输系统。他充满色彩的个性和生活方式还启发了演员小罗伯特·唐尼（Robert Downey Jr）对漫威角色托尼·斯塔克（Tony Stark）的演绎。马斯克身上不缺少争议：他的推特（Twitter）帖文引发过官司，也令他被迫不再担任特斯拉公司的主席（不过他仍然担任首席执行官伊隆·马斯克启发了演员小罗伯特·唐尼（Robert Downey Jr）对“钢铁侠”的演绎。

这次发射为什么重要？

自从太空总署的航天飞机在2011年退役之后，NASA就一直在向俄罗斯支付数以千万美元计的费用，用联盟号（Soyuz）飞船将他们的宇航员送上太空。载人龙从佛罗里达州升空，标志着九年来第一次有太空人从美国本土升空。这被认为是对保持美国在载人航天方面的优势地位至关重要。这也将是第一次由私人企业载人上太空。

载人龙是什么？

载人龙是周三将宇航员送上太空的飞船。它是此前运货物上外太空轨道的龙系列飞船的一个演变。载人龙的设计是最多可载七人，不过太空总署这一次任务将会运载四人，余下空间用于存放供应物资。

飞船带有的推进器令它能够在太空中进行移动，并且能够在太空站停靠和进行自主连接。与此前的载人飞船设计不同的是，现在的船舱内是以触摸式控制台取代了按键。

载人龙飞在去年进行过轨道测试，当时并没有载人。

上太空的人是谁？

鲍勃·班肯（Bob Behnken）和道格·赫利（Doug Hurley）是太空总署的宇航员。他们在2000年被遴选出来，各自已经乘坐航天飞机上过两次太空。他们属于NASA太空人团队当中最有经验的人员，二人均受过试飞人员训练——这是使用新太空船过程当中至关重要的一步。赫利总共在太空中逗留过28天零11小时，班肯则有29天零12小时，其中包括37小时的太空漫步时长。二人的配偶亦同为宇航员。

鲍勃·班肯和道格·赫利在5月20日抵达佛罗里达州，为升空任务做准备。

太空人这次会做什么？

载人的太空船必须经过一套程序，确保他们能够安全地运作。此次发射是本质上就是这样一套程序的最后一步。进入太空轨道之后，班肯和赫利将会测试载人龙的环境控制系统、显示与控制系统以及推进器。

他们将会在靠近空间站的过程中监察自主停泊系统，并成为国际空间站的团队成员。在空间站，他们将会继续对载人龙进行测试，以及完成空间站的其他相关任务。到返回地球时，载人龙将会用降落伞落入大西洋。船舱和团队将会由一艘叫领航员进发号（Go Navigator）的轮船寻回。

任务简介

如果发射过程出了问题怎么办？

载人龙有一个内建的弃船系统，为的是在紧急情况下挽救人员的性命。假如在升空阶段出现问题，比如火箭引擎熄火，载人龙就会点燃船舱引擎，将船舱和人员推离火箭。船舱之后会在降落伞的帮助下安全降落。SpaceX已经在2020年1月19日成功对飞行期间的弃船系统进行过测试。

太空服

班肯和赫利将要穿着的太空服设计看起来与此前有很大的区别。与航天飞机时代那种南瓜色的宽大太空衣和圆形头盔不同，SpaceX的太空衣是线条紧凑的一件套白色太空服，以及用3D打印制造的平滑头盔。每一件都是为特定的太空人量身订做。

如果说它们看起来仿佛是出自科幻电影，很可能是因为它们的外观设计是来自好莱坞服装设计师何塞·费尔南德斯（Jose Fernadez）。他参加过“蝙蝠侠”、“X战警”和“雷神（Thor）”系列电影的设计工作。不过，太空服还是必须要实用；它的设计是要在船舱内失压和没有空气的情况下保住太空人的性命。

新的太空服很有未来感，不过同样很讲求实用性。

下一步是什么？

如果这次的载人龙飞船示范2号（Crew Dragon Demo-2）任务成功的话，SpaceX将会继续与国际太空站进行六次实体运作任务，这是他们与NASA的26亿美元合同所要求的。波音价值42亿美元的合同也有类似的协定，要用该公司的CST-100星际航线（CST-100 Starliner）飞船将人运上国际空间站。



【022、SpaceX“载人龙飞船”成功避开可能撞上来的碎片】


据外媒报道，SpaceX载人龙飞船（Crew Dragon）上的宇航员在前往国际空间站（ISS）的途中成功避开了跟一块太空碎片的碰撞。据NASA发言人Leah Cheshire描述，这些碎片的性质尚不清楚，SpaceX任务控制中心要求机组人员穿上宇航服，为可能出现的异常做好准备。

美国东部时间13点27分左右，SpaceX的任务控制中心通知宇航员，他们必须为可能的“会合”做好准备。据悉，“会合”指的是飞船跟一块太空碎片的碰撞。SpaceX乘务资源工程师Sara Gillis负责乘务人员前往空间站期间跟他们的沟通，她通知乘务人员重新穿上宇航服、合上防护帽。在此之前，按照原计划，宇航员们在美国东部时间14：00脱下衣服准备睡觉。

这一要求是一项预防措施，因为SpaceX不计划在该事件期间操纵载人龙飞船。虽然飞船的设计是完全自主的，但宇航员也可以手动控制飞船。NASA宇航员Robert Behnken和Douglas Hurley去年在ISS执行Dragon DM-2任务时就有测试了手动控制能力。

13点42分，宇航员们穿上宇航服、放下面罩并把自己固定在了座位上。SpaceX要求他们穿上宇航服以便在紧急情况下给宇航服加压。

而就在大约20秒前，Gillis通知机组人员，该物体跟龙飞船的距离比最初预期的要远。然而，她仍建议大家穿上衣服、放下他们的面罩。

不久之后，飞船通过了最接近时间（TCA），成功避免了碰撞。

据悉，载人龙飞船预计将在美国东部时间2：10到达ISS附近，并在5：10跟空间站对接。宇航员将在约两小时后进入空间站，由于碎片的存在，他们的睡眠时间将提前11分钟。除了Kimbrough和McArthur，欧洲航天局（ESA）宇航员Thomas Pesquet和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇航员Akihiko Hoshide也正在前往轨道空间实验室的路上。



【023、冰冻胚胎助人类实现殖民宇宙梦想】


2011/08/26 网易探索

导读：美国的一家政府机构目前正计划把人类送到距离地球最近的可居住行星上，从而实现人类对外星球的殖民统治。

核心提示：美国的一家政府机构目前正计划把人类送到距离地球最近的可居住行星上，从而实现人类对外星球的殖民统治，不过这项被称为“百年星河”的工程规模巨大，可能要经过数代宇航员的不间断努力才能完成。

地球附近的邻居：距离地球数光年的半人马座阿尔法星有可能将成为人类的殖民星球。

旅行者1号：地球上最快的太空飞船，但即使是它也需要用上万年的时间才能到达半人马座阿尔法星。

根据英国《每日邮报》的报道，美国的一家政府机构目前正计划把人类送到距离地球最近的可居住行星上，从而实现人类对外星球的殖民统治，不过这项被称为“百年星河”的工程规模巨大，可能要经过数代宇航员的不间断努力才能完成。

美国国防部高级研究计划局（以下简称“Darpa”）曾经为互联网的诞生奠定了基础，如今，该机构将会针对太空中生命存在的形式进行规定，包括遵守哪些法律和秩序、人类究竟该以深度睡眠还是冰冻胚胎的形式前往太空等等。今年9月，Darpa将在美国佛罗里达州召开的会议上提出对太阳系以外的星球进行探索和殖民统治的初步计划。

Darpa成立于“冷战时期”的1958年，它的主要任务是降低苏联在太空竞赛中的领先地位，同时还要为军方研发一些新技术，它还曾经研制了能够取代协和式飞机的超音速飞机。48岁的里贾纳·杜根（Regina Dugan）是Darpa公司的现任总裁，他将主持本次在奥兰多召开的为期3天的会议，并对能够满足该计划各种需求的组织授予30万英镑的“种子奖”。

地球最近的邻居是半人马座的阿尔法星——距地球4.35光年，而人类最快的太空交通工具是“旅行者1号”，时速为3.8万英里，如果搭乘它需要7万年才能到达阿尔法星，所以在如何成功地将人类运送至该行星的计划上，科学家们还将面临很多亟待解决的问题。

此次太空旅行所牵扯到的社会影响和道德问题是不容忽视的，科学家必须对送往太空的人选进行慎重考虑。据悉，可能会派遣一批人来在太空中建立一个新的地球村。至于是否把地球上的法律法规带到该村中，以及是否允许这些探索者创造他们自己的秩序法则，也是一个值得商榷的问题。一位前美国宇航局的科学家告诉记者：“我们到底想要这些探索者代表现有的人类呢？还是经过自身的适应而成为外太空的新人类呢？我想他们要遵守的第一条法则将会是美国宇航局的‘太空无性交（no-sex-in-space）’条款！”



【024、并非所有理论都能解释黑洞M87*】


2021-05-21 宇宙解码

正如德国天文学家卡尔·施瓦茨希尔德（Karl Schwarzschild）首次指出的那样，黑洞由于其非凡的质量集中而使时空弯曲到极致，并加热了附近的物质，使其开始发光。

新西兰物理学家罗伊·克尔（Roy Kerr）表明，旋转可以改变黑洞的大小和周围环境的几何形状。黑洞的“边缘”被称为事件视界，即质量集中周围的边界，超过该边界，光和物质将无法逃逸，并使黑洞不可见。理论上预言，黑洞可以用一些特性来描述：质量、自旋和各种可能的电荷。

法兰克福歌德大学理论物理研究所的物理学家Prashant Kocherlakota博士和卢西亚诺·雷佐拉（Luciano Rezzolla）教授现在首次研究了不同的理论如何与银河系Messier 87中心黑洞M87 *的观测数据相吻合。M87 *的图像是由国际事件地平线望远镜（EHT）合作于2019年拍摄的，是2015年测量引力波后首次发现黑洞实际存在的实验证据。

这些研究的结果：来自M87 *的数据与基于爱因斯坦的理论非常吻合，并且在一定程度上与基于弦理论非常吻合。Prashant Kocherlakota博士解释说：“借助EHT合作记录的数据，我们现在可以用黑洞图像测试不同的物理理论。目前，当描述M87 *的阴影尺寸时，我们不能拒绝这些理论，但是我们的计算限制了这些黑洞模型的有效范围。”

卢西亚诺·雷佐拉（Luciano Rezzolla）教授说：“黑洞思想对我们理论物理学家而言，是关注和灵感的源泉。尽管科学界对黑洞的某些认识（例如事件视界或奇点）存在分歧，我们似乎总是渴望在其他理论中找到新的黑洞解决方案。因此，获得像我们这样的结果是非常重要的，它决定了什么是合理的，什么是不合理的。这是重要的第一步，随着新的观察结果的提出，我们的限制将得到改善。”

在“事件地平线望远镜”合作中，来自世界各地的望远镜相互连接，形成了一个虚拟的巨型望远镜，其盘形物与地球本身一样大。这台望远镜的精确度非常高，这样精度可以满足从柏林的一家街头咖啡店里读到纽约的报纸。



【025、不能用了？NASA已3次尝试修复哈勃太空望远镜，但均以失败告终】


2021年06月24日 球报

据美国商业内幕网站22日报道，美国国家航空航天局（NASA）正在努力挽救哈勃太空望远镜，上周它因其配套的计算机出现故障而停止工作。

哈勃望远镜于1990年发射升空，之后这个太空望远镜曾拍摄过恒星的诞生和死亡；发现了冥王星周围的“新月”；追踪过两个穿越太阳系的星际物体；使天文学家能够计算宇宙的年龄和膨胀；还发现了134亿光年以外的星系，从而捕获了宇宙早期的光。

6月13日，哈勃望远镜的有效载荷计算机突然停机。这台建于上世纪80年代的计算机就像哈勃的大脑，控制着与望远镜相关的所有仪器。因此，NASA工程师们急忙分析相关数据，希望找出问题所在。

最初的分析结果显示，问题可能是由一个电脑内存模块问题引起的。6月14日，工程师们试图切换到电脑三个备用内存模块中的另一个，但是启动新模块的命令不起作用。此后，工程师们又两次尝试将当前的模块和备用模块连接起来，结果都失败了。

哈勃望远镜16年来的数据——7500张照片——来捕捉大约26.5万个星系——NASA18日表示，操作小组“将继续进行测试，并收集更多的系统信息，以进一步解决问题”。目前，望远镜的科学仪器处于类似冬眠的“安全模式”。NASA称，这些仪器和望远镜本身的状况都良好。哈勃还有第二台有效载荷计算机，如果最终不能修好出问题的计算机，哈勃望远镜将连接到第二台计算机上。

这并非是哈勃望远镜第一次出现故障。今年3月，望远镜的计算机曾出现软件错误，但不到一周，NASA就解决了相关问题。

哈勃是第一个位于地球大气层之上的天文望远镜。宇航员曾五次为其修复或更换旧零件。通过这样更换或升级，哈勃望远镜增加了不少新能力。

今年11月，NASA计划发射一个更精密的太空望远镜。这个新的太空望远镜被称为詹姆斯·韦伯太空望远镜，其视野大约是哈勃望远镜的15倍。



【026、大国加强太空角逐 地缘政治进入外层空间】


2020年5月8日BBC

中国成功发射了长征五号B型火箭，测试了新型飞船原型和货物返回太空舱，向建立太空站迈出重要的一步——

5月5日中国成功发射了长征五号B型火箭，测试了新型飞船原型和货物返回太空舱。报道说这是中国向建立太空站以及最终在月球建立基地迈出重要的一步。

同一天美国媒体报道说，特朗普政府正计划联合“志同道合”的国家制定规范月球采矿的太空法律框架。俄罗斯报道指美国的做法违反了冷战时期签订的外层空间条约。

《卫报》报道说，中国成为太空大国的雄心促使其他国家的太空机构重新对月球产生兴趣。美国，印度，日本和俄罗斯都在制定各自的月球探索计划。

在美国强调要建立太空行为的国际准则的同时，美国及盟国也一直关注太空防务威胁。美国智库专家建议用冷战时期军事和外交两手，遏制新出现的太空挑战。

中国发射的嫦娥4号探测器是第一个在月球背面软着陆的探测器

中国的太空崛起

周二（5月5日）中国发射了长征5号B运载火箭，进行运送新型载人飞船和柔性充气式返回货舱试验。54米长，起飞重量849吨的长征5B火箭推送可携带6名宇航员的飞船进入太空。中国媒体报道说，中国载人航天计划进入建立太空站的实质阶段。

中国用长征5号系列火箭发射高轨和低轨大型卫星，飞船，载人空间站的太空舱。按照计划，中国将利用新型飞船把宇航员送进2022年前部署的太空站。

中国媒体报道说，今年下半年将用长征5号火箭发射中国第一个火星探测器。在年底前还用长征5号火箭发射嫦娥5号月球探测器，在月球采样并返回地球。

中国在2019年把登月飞船发送到月球背面着陆。目前正在努力在10年后成为美国之后把宇航员送上月球的国家，并且中国还计划在月球建立永久性基地。

在过去20多年，中国迅速扩展了外层空间的存在。自1992年中国开始制定载人航天计划以来，中国成功地进行了十多次重大外空发射，先后把11名航天员送入太空。

美国和北约把俄罗斯和中国的反卫星能力视为在外层空间的主要威胁

规范外层空间

考虑到今后中国会继续增加在外层空间的存在并且发挥更大作用，美国智库专家认为美国必须要制定相应的应对计划，遏制中国的太空影响，同时寻求合作实施外层空间管控。

布鲁金斯学会的安全和战略和外交问题专家罗斯（Frank A. Rose）在4月发表的文章中说，面对中国在外层空间的活动急剧增多，美国要加强同中国在民用太空领域对话，寻找应对轨道碎片，太空交通管理，以及巨型卫星群问题的解决办法。

在中国成功发射长征5号B运载火箭的同一天，路透社报道说，特朗普政府正在起草一个关于规范月球采矿活动的法律蓝本。美国计划同“志同道合”的国家在太空采矿方面达成协议。

消息人士对路透社说，在未来几周美国官员将同加拿大，日本，欧洲国家以及阿联酋讨论规范月球采矿，以及在将来的月球基地周围建立“月球安全区”的问题。

而美国宇航局在国际太空站的重要合作伙伴俄罗斯却没有被列入初期的谈判伙伴名单。消息人士说，因为俄罗斯在地球轨道上操纵卫星对美国间谍卫星有威胁性行为，受到五角大楼的敌视。显然，中国也不在“志同道合”的国家之列。

俄罗斯报道指出，美国的上述做法似乎违反了1967年的外层空间条约，该协议禁止所有国家对地球以外任何天体部分拥有权利。莫斯科多次批评华盛顿，说美国要把太空变成“野蛮西部”，把外太空军事化，图谋在其他行星上取得领土。

在经济实力和航天技术的支持下，中国计划在2050年前建立地球-月球经济区

太空军事竞争

美国国防部认为，中俄都把太空当做现代战争的组成部分。 中国和俄罗斯也一直指责美国挑起新太空军备竞赛。

美国国防情报局去年公布报告，把中国和俄罗斯在太空发展威胁其他国家的能力列为对美国的挑战和威胁。报告认为，中国和俄罗斯都把太空视为现代战争的重要组成部分，把太空反制能力当做降低美国及盟国军事有效性的手段。

俄罗斯和中国外层空间能力提高了他们军队在世界范围的指挥和控制能力，让他们能够监视，跟踪美国和盟国的军事目标。美国国防部的情报机构认为，中俄的空间侦察网能在轨道空间对卫星进行搜索，跟踪，而且都在发展信号干扰和网络空间能力，发展定向能武器和轨道空间的能力，以及发展陆基反卫星导弹。

北约防长去年6月开会通过了一个太空政策文件，具体细节没有公开。布鲁金斯学会的战略专家罗斯4月22日撰文说，去年12月在北约伦敦峰会上，北约领导人强调要面对未来在外层空间的挑战以及维持技术领先的重要性。

罗斯建议北约延续冷战时期对苏联集团的“双轨政策”，即防务和外交两手并用，把军控作为遏制战略的一个组成部分。虽然特朗普政府总体上反对军控，但对在外层空间建立行为规范持开放态度。因此北约则积极加强防务能力的同时，也要用外交手段解决外层空间的威胁，诸如让盟国在制定外太空行为准则方面发声。



【027、反物质火箭 】


通常粒子和反粒子相互接触，两者瞬间湮灭，全部质量转化为光之类的能量，这种反应称为双消灭反应。利用这种反应释放出的能量作为火箭推进剂的火箭就是反物质火箭（anti-matter rocket）。

简介

构成世界的物质可以细分到原子。原子是由较重的原子核和电子构成的以质子和中子组成的原子核位于原子的中心，电子像云一样包围着原子。这些都称为基本粒子，物质世界是由它们组成的物理学上有对称的概念。例如，质子和电子就分别带着同样大小的正电荷和负电荷，这是非常对称的。但是，令科学家困惑不解的问题是：

质子的质量却是电子质量的1800倍，这是不对称的。同时，科学家们在研究原子结构时，又遇到了“负能态空穴”难题，即根据原 子理论计算，出现了能量为负数的结果。这个“负能态空穴”又是如何产生的？

直到1933年美国物理学家安德逊发现了反电子，这个问题才得到初步解决。人们逐渐认识到，在那些基本粒子中，还存在一种完全对称的“反”基本粒子！带负电荷的电子对称存在质量相等的带负电荷的反电子；带正电荷的质子对称存在质量相等的带负电荷的反质子；中子对称存在反中子。但是，这些反粒子只能存在于宇宙射线中，不能在自然界中存在，科学家们通过加速器高能实验的方法，可以人工生成极少量且只能在极短的时间存在的反粒子。

反粒子或反粒子组成的反物质不能存在于我们周围是有道理的。因为通常粒子和反粒子(或通常的物质和反物质)一旦接触，两者就会瞬间消灭，全部质量转化为光之类的能量。这种反应称为双消灭反应，据科学家们推测，宇宙大爆炸时每生成300亿颗反粒子，就会同时产生300亿零1颗正粒子。在大爆炸发生后的百万分之一秒内 ，正反粒子因发生双消灭反应，相互湮灭了，而剩下的就是多出的那一丁点正物质。这小小的剩余(其实总正粒子数仍 异常巨大)演变成现今我们熟知的宇宙。

正反粒子双消灭反应的事实使得著名的爱因斯坦方程式E=mc2完全得到证实。这个反应放出的能量相当于核裂变反应的1000倍。如果把这种巨大的能量用于火箭推进，就可以成为反物质火箭。

新型燃料

现在火箭推进使用的是化学燃料，它能变换成能量的质量不过是总质量的十亿分之一左右。我们知道氢弹的威力一一那是把作为核炸药的氢的0.7% 转化为能量的结果。如果全部氢都转化为能量，一颗同样大小的氢弹的破坏力将是上述情况的140倍！如果使用反物质，就能达到百分之百转换成能量的目的。一毫克反物质(反氢燃料)与通常物质(氢燃料)反应时放出的能量，相当于四 吨液态氧和液态氢燃料。 

科幻小说中，大多数自主型恒星飞船使用反物质做燃料，原因是反物质是最具潜力的燃料。要想把人类送上火星，需要成千上万吨的化学燃料，但是如果以反物质为燃料的话，仅仅几十毫克的反物质（一毫克约为一块方糖重量的千分之一）就能帮助人类实现登上火星的梦想，而且只需要6周时间。以前的反物质太空船设计使用反质子，它们在湮灭时会产生危害性的高能伽马射线，所以可行性不大。新设计将采用正电子，正电子产生的伽马射线能量比反质子低400倍，从而可以避免产生这种极具放射性污染的副作用。

面临挑战

先进理念研究所正对此展开初步研究，不过目前还面临一个技术挑战，那就是生产正电子价格过于昂贵。在太空中，宇宙射线中高速粒子可以通过相互碰撞产生反物质。而在地球上，我们却需要通过粒子加速器来生产反物质，NIAC首席研究员史密斯说，“据粗略估计，以现在的技术来为人类火星之旅生产正电子，每生产10毫克正电子将耗资约2.5亿美元”。另一个挑战就是如何在小型空间内储存足够的正电子。因为它们会吞食正常物质，所以无法把它们装入瓶子，只能存放在电磁场内。科学家们正致力于研究开发克服这些挑战的方法，假如他们的努力实现，也许未来人类真的可以借助科幻小说里描述的能源遨游太空。

“彭宁收集器”是荷兰科学家彭宁于1936年发明的。它的奥秘是利用电磁场而不是普通容器那种坚固的外壁来限制和挤压其内的粒子。这个电磁场使普通电子的运转速度降低到几乎是静止的状态，或者说是“冷静”下来，然后再把反质子送进收器。当反质子通过一大群“冷”电子时，它们也会慢下来。这有些像一个滚木通过一堆静止的乒乓球时会逐渐减慢而停下一样。当然，达到这个水平距实用阶段还差很远很远。目前，最先进的反质子收集器还只能贮存72.1万个反质子，而质子的质量为 1 吉电子伏，即约五亿亿亿万分之一克。设想中的反质子火箭需反质子1毫克，也就,是需要50万亿亿个反质子。所以，即使正在制造的能装10亿反质子的收集器获得成功，这还是一个容量极小的容器。

光速飞行

当乘坐一艘反物质动力火箭飞船，从地球抵达最邻近的毗邻星只需要 6 年时间，这个恒星距离地球 4.2 光年。但是当宇航员乘坐反物质火箭飞船穿越太空时，需要克服一个问题——反物质是一种有限补给的物质。

美国麻省理工学院科技评论 arXiv 网站的博客指出，大型强子对撞机 1 千年时间才能制造出 1 微克反物质。

西储学院附属高级中学的罗南-基恩和肯特州立大学资深研究员张伟明(音译)暂且不考虑反物质的供给问题，最新进行一系列计算测试，计划研制的反物质火箭能够达到最佳化性能。他们在物理学 arXiv 期刊上指出，反物质将是一种潜在的燃料来源，正常情况下，释放 1 公斤湮灭反物质和正物质所释放的能量是燃烧 1 公斤碳氢化合物释放能量的 20 亿倍，或者是 1 公斤核裂变反应堆燃料释放能量的1000多倍。

这项最新计算测试是在软件辅助下更好地理解大型强子对撞机的粒子特征，大型强子对撞机能够碰撞质子和反质子流。该软件可实现比之前更为复杂精密的发动机设计。结果表明可使火箭飞船达到光速的 70%，这比之前研究小组设计火箭飞船所达到的 33%光速有显著的提高。

arXiv 网站的博客解释称，像这样的反物质火箭飞船可以使用磁场偏移带电粒子形成一种 “湮灭” 现象。因此，一个重要的因素是如何有效地用磁场引导这些微粒偏离引擎喷口。当反物质与世界中的 “正物质” 混合接触时，会在瞬间发生爆炸，反物质和正物质变成光子或者介子，产生 “湮灭” 现象。目前，像这样的火箭飞船发动机或将成为现实，未来将进一步拓展反物质燃料应用。对于未来反物质火箭飞船的毗邻星太空之旅，当接近以光速飞行，时空并不会移动得这样快，这种现象叫做相对论效应。这意味着虽然此次太空旅行地球时钟会运行大约 6 年，但看上去仅像 4.3 年。 

三大优势

正电子动力太空船与现在美国的火星登陆计划相比将有几个方面的优势。

优势1：旅途更安全。美国火星登陆计划正提议使用核反应堆为火星太空船提供动力。但是核反应堆相当复杂，在火星之旅中很多潜在的问题可能会导致核反应堆发生故障。而正电子反应堆能像核反应堆一样为太空船提供充足动力，并且其结构相当简单。

优势2：不会产生残留物。采用核燃料作为动力的太空船在其核燃料用完之后所产生的核废料仍具有放射性。如果使用正电子反应堆，在其燃料耗尽之后则不会产生残留物，因此即使残留正电子反应堆偶然进入地球大气层也不会引发安全方面的担忧。

优势3：45天内可达火星。正电子反应堆另一个重要优势就是速度。按照火星登陆计划，太空船和宇航员将在大约180天后飞抵火星。正电子动力太空船可能只需要90天左右就可抵达火星，甚至有可能在45天内完成。

科学问答

反物质？什么是反物质？反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。

正电子，反质子，反中子……什么是正电子，反质子，反中子？正电子是反物质存在的第一个证据，电流中的电子和类似粒子都带有负电荷，而反电子则带有正电荷，因此科学家称它们为“正电子”。1932年，美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子。与之前发现的电子相比，其质量和带电量完全相同，但它带的是正电，而电子带的是负电。因此，这被称为正电子。正电子也就是电子的反粒子。正电子的发现，毫无疑问的引发了科学家们新的探索之旅，而就此，一个反物质的世界如同沉睡千年的地下宫殿逐渐呈现在人们眼前：1955年，反质子在美国的一家实验室中被发现，其后人们又发现了反中子。到上个世纪60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。

终极能量——反物质推动

1928年著名物理学家狄拉克提出了反物质理论，反物质和物质在构成上类似，但是基本粒子带电正好相反。如果反物质和物质相遇，则立刻发生湮灭，转变为能量。这种能量变化遵循爱因斯坦著名的公式E=MC2。这使反物质成为最为高效的能源，仅仅少量的反物质就足以推动飞船跨越若干光年（距离单位，光一年所能完成的路程）。目前我们的主要问题是还不能预见喷射反物质的火箭的出现。NASA的科学家希望在未来30-40年该技术能够出现。另外，反物质在医学扫描领域也有很大的潜力。

《新型反物质燃料火箭飞船可达70%光速太空飞行》（2012年05月16日腾讯科技）报道：

[导读]目前，科学家最新设计一种反物质太空火箭飞船，基于反物质反应作为动力，其速度可达到70%光速，预计按照这一速度，太空飞船抵达地球最邻近的毗邻星需要6年时间。

最新研制的一种火箭飞船基于正物质和反物质混合接触反应产生动力，其速度可达到70%光速。

新型反物质燃料火箭飞船可达70%光速太空飞行

反物质动力火箭飞船飞行速度可达到光速的70%，从地球抵达最邻近的毗邻星(Proxima Centauri)只需要6年时间，这个恒星距离地球4.2光年。

当乘坐一艘反物质动力火箭飞船，从地球抵达最邻近的毗邻星(Proxima Centauri)只需要6年时间，这个恒星距离地球4.2光年。

但是当宇航员乘坐反物质火箭飞船穿越太空时，需要克服一个问题——反物质是一种有限补给的物质。美国麻省理工学院科技评论arXiv网站的博客指出，大型强子对撞机1千年时间才能制造出1微克反物质。

西储学院附属高级中学的罗南-基恩(Ronan Keane)和肯特州立大学资深研究员张伟明(音译)暂且不考虑反物质的供给问题，最新进行一系列计算测试，计划研制的反物质火箭能够达到最佳化性能。

他们在物理学arXiv期刊上指出，反物质将是一种潜在的燃料来源，正常情况下，释放1公斤湮灭反物质和正物质所释放的能量是燃烧1公斤碳氢化合物释放能量的20亿倍，或者是1公斤核裂变反应堆燃料释放能量的1000多倍。

这项最新计算测试是在软件辅助下更好地理解大型强子对撞机的粒子特征，大型强子对撞机能够碰撞质子和反质子流。该软件可实现比之前更为复杂精密的发动机设计。

结果表明可使火箭飞船达到光速的70%，这比之前研究小组设计火箭飞船所达到的33%光速有显著的提高。

arXiv网站的博客解释称，像这样的反物质火箭飞船可以使用磁场偏移带电粒子形成一种“湮灭”现象。因此，一个重要的因素是如何有效地用磁场引导这些微粒偏离引擎喷口。当反物质与世界中的“正物质”混合接触时，会在瞬间发生爆炸，反物质和正物质变成光子或者介子，产生“湮灭”现象。

目前，像这样的火箭飞船发动机或将成为现实，未来将进一步拓展反物质燃料应用。对于未来反物质火箭飞船的毗邻星太空之旅，当接近以光速飞行，时空并不会移动得这样快，这种现象叫做相对论效应。这意味着虽然此次太空旅行地球时钟会运行大约6年，但看上去仅像4.3年。



【028、飞行10亿年，跨越520亿亿公里，旅行者号最终将走向何方？】


2021-04-13 爱追剧的我

遥远的星空之中存在什么，5亿年、50亿年、5万亿年后宇宙是怎样的？这看起来比杞人忧天还不靠谱，人类文明至今不过几千年，按照现在的破坏速度，或许不用几千年人类就会把自己玩死。

不过万物虽都有终结，但还是有一些东西在默默地注视着宇宙，它们不惧时间的流逝，将长存于宇宙。

人类曾经向宇宙发射了两个极为出名的探测器：旅行者1号和旅行者2号。它们已经在宇宙中航行了44年，未来将会持续飞行下去。

2012和2018年旅行者1号和旅行者2号相继通过了太阳风的尽头，进入了寒冷黑暗的星际空间，它们的能量将在2025年耗尽，到那时地球将和它们彻底失去联系。不过它们还会继续飞行下去。

因为宇宙空旷的程度难以想象，它们和其他天体相撞的概率几乎为零，它们最终的命运是什么不得而知。可能会和其他星球相撞，也可能被外星文明捕获。它们存活的时间可能比我们的太阳系还要长久，或许就像流浪瓶一样，在宇宙深处孤独的游荡，直到被“另外一个人”捡起。而那个人就会知道，在宇宙中曾经存在过一个古老的文明，他们能够制造探测器，去探索太阳系以及太阳系之外的宇宙。

现在旅行者一号正在以每年3.5个天文单位的速度向蛇夫座方向飞去；旅行者2号，则是向着射手座方向前进，它的速度稍慢一点，大约以每年3.1个天文单位飞行。根据科学家们预测：

在2万年之后它们会穿过太阳系外围的奥尔特云。这里距离地球有1.5光年的距离，并且首次感受到其他恒星的引力，其强度或许会超过太阳的引力。

大约3.8万年之后，旅行者1号将会靠近一颗名为格力泽445的红矮星。

4万年之后，旅行者2号会到达一颗名为罗斯248的红矮星附近。

30万年后，旅行者2号到达夜空中最亮的星星——天狼星附近。

57万年之后，旅行者1号会到达一颗名为格力泽686的红矮星附近。

在完成这些极为漫长的旅行之后，旅行者1号和旅行者2号会继续穿越银河系。在5亿年之后，旅行者将会和太阳系一起绕银河系旋转一周。其距离地球超过263亿亿公里，27.8光年。

10亿年之后，如果没有意外，它们仍然会在银河系中孤独的航行，距离地球520亿亿公里。

这两艘探测器都携带了一张直径30厘米的铜制镀金唱片，内藏金刚石留声机针，上面带有地球和人类的信息。它们材质稳定，如果没有被外星文明捕获，在宇宙中将存在超过10亿年。也就是说有至少10亿年的时间，地球的坐标会暴露于宇宙之中。根据黑暗森林法则，一旦被外星文明捕获，地球或许会面临危险。

不过到时或许跨越亿万里到来的外星文明会失望。因为按照现在人类对地球的破坏程度，用不了多久地球或许就会变成一颗火球，上面是否还存在生命都是一个问题。

荷兰卡普泰恩天文研究所的博士研究生尼克·奥伯格认为这两张唱片至少在50亿年内能保持的相对完好。到时候仙女座和银河系已经开始合并，两艘探测器是否存在就不得而知了。

50亿年之后，仙女座和银河系的碰撞有五分之一的可能将旅行者号踢出新形成的银河梅达星系。由于星系合并之后，星系尘埃数量可能很少，旅行者号受到的撞击会更少，它们仍然会一直存在下去。

如果是这样，直到宇宙到达终点，这两个来自地球的使者仍然会存在，它们记录着在银河系的边缘，一个叫太阳系的地方，有一群智慧生命曾经制造过宇宙探测器，向茫茫宇宙发出了自己的问候。



【029、飞行了42年之后，旅行者号如何保持继续前行？】


天文在线

旅行者二号在今年发动了轨道修正推进器，用以调控前进方向。它上次使用推进器是在1989年飞过海王星的时候，从那之后它的姿态控制器逐渐老化，必须要发射越来越多的脉冲来保持天线朝向地球，旅行者一号在2018年一月因为同样的原因启动了轨道修正推进器。

图解：旅行者2号以及其主要设备，左上角为磁力计，左下角为等离子体波子系统天线，右侧上方是宇宙线子系统和等离子体科学子系统，右侧下方则为低能带电粒子检测设备。图片来源：喷气推进实验室，加州理工

通过周密的计划和大量的创新，工程师们让旅行者1号和2号持续飞行了42年，是历史上飞行时间最长的航天器。为了让这些先进的机器持续从外太空传回高质量的科学数据，工程师们开始启用新的管理计划，这就需要做出一些关于设备和推进器的艰难决定。

图解：旅行者2号拍到的海王星。 图片来源：SciTechDaily

一个主要的问题是，于1977年发射的旅行者1号和2号，用以维持科学仪器和在太空中保温的能源越来越少了，工程师们必须决定打开哪些仪器关闭哪些仪器以节省能源。这些决定对于旅行者2号更为迫切，因为它比旅行者1号多了一个需要能源的仪器。

经过与科学小组的讨论，任务的管理者们关闭了旅行者2号上宇宙线子系统（CRS）的保温器。宇宙线系统在去年11月旅行者2号飞出日球层（一个由太阳外流电离粒子流形成的保护性区域）的时候起到了关键作用。从那之后，两个旅行者号都发回了关于我们的日球层如何与星际气体流相互作用的数据。

图解：日球层示意图，图中椭圆形为日球层，是太阳风在星际介质中吹出的气泡层，超出冥王星轨道之外。图中深蓝色圆圈表示终端激波区域，从太阳吹出的等离子体太阳风在到达这里后减速。旅行者1号在2012年8月穿越日球层，当时它报告日球层之外等离子体密度突增40倍。日球层标志着太阳系和外界星际空间的一种边界，穿越日球层基本等于离开了太阳系。图片来源：sci-news

旅行者号任务不仅帮人类观测了从未探索过的疆域，而且有助于我们更好地理解太空中的能量和辐射，而这对保护NASA其他的任务和宇航员非常重要。

即使关闭了保温器把它置于零下59摄氏度的寒冷环境中，任务小组的成员现在可以初步确定旅行者2号的宇宙线设备还在继续传回数据，这比42年前测试宇宙线子系统时的温度（零下45度）还要低很多。另外一个设备（紫外线光谱仪）在关闭了保温器以后也依然在继续工作。

“旅行者号的这些仪器如此耐寒真的很不可思议，”来自NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的旅行者号项目管理苏珊娜·多德说道，“我们很自豪它们经受住了时间的考验，飞行器如此长的寿命也说明我们遇到了我们从未想过的情况，我们会继续尝试所有我们能做的，来让旅行者号们继续传回最好的科学数据。”

图解：旅行者1号和2号（右侧底端和顶端）以及先驱者10号和11号（右侧中间和左侧）轨道示意图，数字表示年份，彩色圆环表示太阳系各行星轨道。图片来源：wikipedia

当旅行者2号进入星际空间（恒星之间的空间，日球层之外）之后，其上的五个仪器依然在持续传回数据。除了探测源于太阳或太阳系外高速粒子的宇宙线探测器，还有两个探测器也在运作，一个用以研究等离子体（气体原子被电离的状态，电子可自由移动），另一个是用来研究星际空间稀疏物质团的磁力计（测量磁场）。低能带电粒子探测仪可以在很多方向上收集数据，在研究航天器飞离日球层这个过渡期特别地有用。因为宇宙线系统仅可以查看某些固定的方向，旅行者号科学团队才决定关掉它的保温器。

旅行者1号在2012年8月就进入了星际空间，它的宇宙线系统，等离子体探测器，磁力计和低能带电粒子探测器也还在传回数据。

图解：旅行者1号在地球上看到的轨迹，从1981年开始偏离黄道（黄色曲线）朝蛇夫座方向飞去。图片来源：wikipedia

为何要关闭保温器

1977年分别发射的两个旅行者号现在已经位于太阳110亿英里（180亿公里）之外了，也就无法获得太阳带来的热量。为了让它们持续工作，工程师们必须仔细地控制两个飞行器上的温度。比如，如果给推进器供能的燃料管线被冻住了，而推进器又是维持飞行器朝向所必需的，旅行者号的天线朝向可能就会偏离地球，这样的话工程师们就不再能向飞行器发射指令，也无法接收传回的数据，所以飞行器要带有加热的设计。但是运行保温器和其他设备就需要能量，而能量在两个旅行者号上都越来越少。

两个旅行者号都是由三个放射性同位素热电发电机供能（RTGs），这种发电机利用钚-238同位素的天然衰变产生热量，然后把热量转变成电能。因为发电机中钚的热能下降，导致它们的内部功率随时间下降，两个飞行器产生的电功率每年都会减少4瓦特。这意味着发电机产生的能量比它们42年前发射时减少了40%，限制了飞行器上能运行的系统的数量。新的能源管理计划针对两个飞行器上消失的供能考虑了多种选择，包括在接下来的几年中关闭更多的保温器。

重新加速飞行器

工程师遇到的另一个问题是应对某些变得老旧的推进器，它们发出微小脉冲以微调飞行器朝向。这在2017年就成了一个难题，那时候任务管理员就注意到旅行者1号上的一组推进器需要发射更多的脉冲次数来保持天线朝向地球。为保持飞行器的正确朝向，他们打开了旅行者1号上另外一组37年来从未使用过的推进器。

旅行者2号上的推进器目前也已经开始退化，像1号那样，管理员们决定启用另一组推进器，2号上次使用这些推进器（轨道修正推进器）还是1989年飞过海王星的时候。

图解：星际边界探测器（IBEX），NASA的一颗探测太阳系和星际空间边界的飞行器，2008年10月发射。图片来源：wikipedia

未来还有很长的路要走

工程师的能源管理以及应对老化的计划应该能够保证旅行者1号和2号在接下来的几年内继续收集星际空间的数据，给科学家们带来从未见过的太阳系边界的观测，与NASA的星际边界探测器（IBEX，遥感日球层边界的探测器）相辅相成。利用旅行者号的观测结果，NASA同时也准备了星际绘图和加速探测器（IMAP），预计2024年发射。

加州理工的旅行者项目科学家艾德·斯通说，“两个旅行者探测器正在探索人类从未到访过的地方，所以每天都是充满新发现的一天。旅行者号会持续给我们带来惊喜，让我们对深空更加了解。”

旅行者号飞行器由喷气推进实验室（JPL）制造和运行，它是位于美国帕萨迪纳市的加州理工的一个部门。旅行者任务是NASA太阳物理系统天文台的一部分，由隶属于科学任务部门（位于华盛顿）的太阳物理分部赞助。



【030、冯·布劳恩——太空梦想家与毁灭工程师】


2011年04月25日

1944年9月8日，正当伦敦市民庆幸自己从被谑称为“嗡嗡炸弹”的V-1巡航导弹的骚扰下解脱出来的时候，一种全新的威胁又降临到他们头上：先是来自空中令人毛骨悚然的尖啸，然后是来自城市某个角落的火光与爆炸声。这些被称为V-2的早期弹道导弹来自法国与荷兰沿岸，从1944年9月6日到1945年3月27日，德国共发射了3745枚V-2导弹，其中有1115枚击中英国本土。然而这种飞行速度达到4倍音速的武器实际只不过是一种射程稍长、缺乏精度的普通炮弹，无论对整个战争进程，还是伦敦等英国城市人民的日常生活，仅仅起到了极为有限的影响。

“对我而言，V-2导弹不仅是来自纳粹的致命高科技武器，它也激发了我们的好奇与兴趣。”美国太空研究协会主席、著名英裔数学物理学家弗里曼·戴森说。当V-2导弹不时降临伦敦时，戴森正在英国皇家空军司令部工作，作为一名统计员，他的工作就是分析空袭对德国经济与战斗力的影响。“很明显，对盟军轰炸机造成损失最大的是德国战斗机，然而V-2是非常昂贵复杂的武器，一方面它代表了一个全新的航空技术时代，而另一方面，每制造一枚V-2导弹所耗费的人力和材料，都堪比制造一架现代喷气战斗机，仿佛德国内部有人在故意削弱纳粹的空中抵抗力。”戴森说，“直到战后，维纳·冯·布劳恩——这个虚构阴谋背后的真正主人公，才真正进入了我们的视线。”

曾几何时，这个身高5.8英尺、有着一双近乎无情的蓝眼睛和一个粗壮下巴的德国人就是科幻小说中无所不知的恶魔型知识分子的现实化身。作为上个世纪60至70年代反核文化针对的矛头，这些“国防知识分子”或者“技术统治精英”是激进公众根深蒂固地拒绝相信的丑陋国家机器。在希区柯克拍摄于1946年的电影《美人计》中，就尖锐地讽刺了美国政府为了在冷战军备竞赛中超越苏联，不惜求助于纳粹分子的行为，这显然是在暗喻布劳恩。而斯塔利·库布里克在谈及自己“未来三部曲”中那部核时代黑色预言性质的《奇爱博士》时，也明确表示兰德公司负责人冯·诺伊曼与布劳恩正是彼得·塞勒斯扮演的核战狂人“奇爱博士”的原型。终于，在布劳恩辞世31年后，新一轮太空探索热又将这位“火箭之父”从尘封的档案中请出来，历史学家和公众也开始逐渐公允地抹去曾经涂抹在他身上的浓重的意识形态釉彩。美国国家太空及航空博物馆历史档案部负责人迈克尔·纽菲尔德在近日出版的传记《冯·布劳恩：太空梦想家与毁灭工程师》中，以这样的文字来描述这个矛盾的天才人物：“从16岁开始沉迷于火箭试验开始，他的所有天赋、决心和热情都只为一个目标而存在:让人类进入宇宙。而纳粹政权利用布劳恩来完成自己毁灭人类罪行的程度，远远不及后者利用前者来完成他开拓人类探索边疆理想的程度。”

确实，布劳恩的童年遵循着大多数天才成长的故事模本：这个出生于东普鲁士波森省维尔西斯贵族世家的孩子天生好静，6岁生日时母亲赠送的天文望远镜让他对遥远的星球产生了挥之不去的兴趣。1928年，16岁的布劳恩在阅读了德国火箭研究先驱赫尔曼·奥伯特的《飞往星际空间的火箭》后，就成为德国太空旅行协会最年轻的成员之一。他严谨的天赋让他在先前全无兴趣的数学和物理领域突飞猛进，并最终进入了柏林工业大学学习航空工程，得以协助偶像奥伯特从事液体火箭引擎的研制。

很快，布劳恩就发现，如果要实现他和同僚的梦想，就不得不做一桩“魔鬼的交易”。从20世纪20年代末开始，德国陆军开始热衷于寻求在《凡尔赛条约》约束之外的新式远程武器，火箭当然是一个顺理成章的选择，其主要支持者是陆军炮兵局研究与发展部主任贝克尔。1929年秋，德国陆军已经开始探索喷气推进火箭以及用于运载炸弹的可能性。1932年，布劳恩、克劳斯·里德尔等太空旅行协会中的青年才俊正式入住柏林附近陆军库莫斯道夫炮兵试验场，成为新成立的陆军火箭研究中心的一员。纳粹上台后，希特勒重整军备的方针使得德国火箭研究的经费持续增长，1934年，两枚以马科斯和莫里斯这两个德国卡通捣蛋鬼儿童命名的A1火箭被成功发射到2.2和3.5公里的高空。然而5年后，德国就进入了战争状态，火箭不再是不问政治的科学家们实现梦想的实验品，而是成为摧毁敌人的致命武器：在1942年12月观看了A4火箭的试射后，希特勒亲自下令将其列入量产，并作为针对伦敦的“复仇武器”。

具讽刺意味的是，V-2从诞生之日起，就被赋予了扭转战争颓势这一不可能完成的任务。1943年8月中旬，英国皇家空军轰炸机司令部发动了代号“九头蛇”的行动，出动596架轰炸机，在两天内向位于梅克伦堡州佩内明德的V-2基地投下了1800吨炸弹，迫使整个火箭生产线和实验室都被转移到了位于德国中部城市诺德豪森的地下工厂中。直接负责工厂管理事务的就是曾以其工程学与管理天赋设计建造了奥斯威辛集中营的经济管理总局（WVHA）C处处长、党卫军将军汉斯·卡姆勒，劳动力则由附近的多拉集中营提供。这段日子成了布劳恩日后被历史学家和媒体争议最多的岁月，反对者声称他不仅放任自己制造恐怖的毁灭性武器，也有意无意参与了对集中营囚犯的虐待；支持者则竭力把布劳恩看做是良心未泯的消极反纳粹者，理由是1944年3月，布劳恩本人被盖世太保以企图叛逃英国、暗中破坏工厂生产进度的罪名拘捕，在斯德丁的监狱中被拘押了两周。无论如何，唯一可确定的是，V-2导弹的最终成功没给这个天才工程师带来什么快乐，当第一次V-2导弹袭击伦敦的消息传出后，布劳恩将这一天称为“一生中最黑暗的日子”，并在同僚中公开声称：“我们的火箭表现出色，只是它在一个完全错误的星球上着陆。”

庆幸的是，布劳恩的自我谴责没有困扰他多久，7个月后，V-2的攻击就寿终正寝，而整个佩内明德班子则为了躲避盟军越发迅速的攻势，转移到了巴伐利亚州慕尼黑附近的小镇奥伯阿梅高。1945年5月2日，当一队来自美国第44步兵师的巡逻侦察兵出现在城郊时，指挥官沃尔特·多恩贝格和负责看守的党卫军指挥官穆勒决定违背来自柏林的命令，向盟军投降。布劳恩的弟弟、火箭引擎工程师马格斯被选为谈判代表，原因正如他在日记里所说的那样：“我最年轻，英语最流利，万一美国人过于紧张向我开枪也不要紧，反正我是整个设计团队里最不重要的一个。”根据美国大兵的回忆，这个一脸紧张的青年工程师骑着一辆自行车迎上来，用蹩脚的英文说：“我是马格斯·布劳恩，我的哥哥就是V-2导弹的设计师，我们现在投降了。”

布劳恩和马格斯当然不知道，这些美国人并不是误打误撞来到这里的，在美国陆军拟定的“黑色名单”（所有美国必须抢到的德国科学家和工程师）上，布劳恩名列第一。在这场统称为“回形针”的行动中，共有126名来自佩内明德的火箭研究人员被秘密送到美国本土，安置在得克萨斯州的布利斯堡，布劳恩的头衔变成了美国陆军弹道导弹署发展部主管。在最初几年的和平岁月里，尽管布劳恩本人不停地在电视、广播节目中宣传自己的太空理想，美国公众与政府都对此缺乏兴趣，整个班子唯一的实际贡献就是在墨西哥州怀特沙漠试验场成功修复、发射了几枚缴获的V-2导弹。然而突然爆发的朝鲜战争改变了一切，1950年，布劳恩和整个班子被转移到阿拉巴马州的小镇亨茨维尔的“红石”试验场，开始为美国设计第一代弹道导弹。不过“红石”导弹的成功并没有使布劳恩立刻有机会战胜自己的苏联对手谢尔盖·科罗廖夫，美国海军坚持让自己开发的、并不成熟的“先锋号”火箭充当美国第一颗卫星唯一的动力装置，结果当然是可想而知。1957年10月4日晚，正当“红石”基地的研究人员出席欢迎国防部特使尼尔·迈克尔罗伊的晚宴时，一个来自纽约时报的电话让布劳恩惊悉，苏联的第一颗卫星已经上天。回到餐桌上，布劳恩不失时机地向惊愕的迈克尔·罗伊保证，如果让他出马，则“红石”基地有能力在60天内将美国的第一颗卫星送入太空，所用的自然是“红石”导弹火箭的改进型——丘比特-C型火箭。84天后，发射成功，基地的3300名技术人员和科学家再次见识到了布劳恩天才般的组织协调能力。“我可能完全不能理解引擎动力组主管沃尔特·霍伊塞曼在说什么。”测试中心主管卡尔海因伯格在回忆录中写道，“但是布劳恩博士不仅能，而且还能在短短几个小时内通过转述，让我完全领会，并且清楚需要在哪里做出改进以配合。”

1960年，在布劳恩立志献身于太空航行事业40年后，他终于可以摆脱为了实现自己的理想而被迫将天赋用于研制毁灭工具的两难境地：阿拉巴马州的“红石”导弹基地变成了新成立的美国国家航空航天局（NASA）下属的马绍尔航天飞行中心，由布劳恩出任技术主管——美国人在肯尼迪总统开拓“新边疆”的号召下，把目光转向了月球。1967年，布劳恩为登月活动设计了有史以来最强大的推进器：由5台F1引擎驱动，第一级推力就达750万磅的“土星5号”火箭。1969年7月16日，尼尔·阿姆斯特朗与巴斯·阿尔丁乘坐“阿波罗11号”飞船登月舱抵达了月球表面，控制中心以一句“你脚下的足迹也是布劳恩博士的足迹”的通话，无疑是对他成就的最高肯定。

如果布劳恩的一生在这个时刻终结，那么这肯定是一个圆满的好莱坞式故事。然而事实却往往截然相反，与众多眼光远远超越时代而不被理解的天才一样，正当布劳恩踌躇满志地设想用5枚或更多的“土星5号”火箭将更多设备、宇航员送入太空，以建设月球永久基地和环形太空站作为探索更遥远星球的跳板时，却吃惊地发现公众对于人类征服更遥远星球的欲望减退了。登月目标的达成，加上“阿波罗13号”的失败和美国经济的衰退，使得NASA的研究经费被急剧削减，布劳恩关于研发可多次使用载人航天器的主张虽然最终催生了航天飞机，然而它既不廉价，也不足够安全。“幸好布劳恩本人没有看到‘哥伦比亚号’与‘挑战者号’悲剧发生的时刻。”纽菲尔德说，“否则他的挫折感会更加强烈。”

将人类送进太空，登上月球，究竟是向他实现自身关于人类征服宇宙的梦想跨进了一大步，还是引导我们走入了死胡同？布劳恩本人肯定无法回答，甚至我们今日也难以对此轻易定论。1972年，布劳恩出走NASA，转而担任美国仙童半导体公司副总裁，并创立了今日美国航空航天协会的前身——国家太空学会。也许他已经意识到，人类探索太空的未来将掌握在更加灵活、机动的私人企业手中，如果他的生命能够延长25年，那么他的荣誉很可能再增加一项“个人太空旅行先驱者”的称号。在2003年谷口悟朗执导、改编自幸村成同名漫画的TV动画片《惑星奇航》中，主角之一，也就是一位名为维纳·洛克史密斯的天才博士，他们乘坐的飞船也被命名为“布劳恩号”，整部作品的格调似乎都在印证布劳恩晚年的预言：“大多数人相信地球是颗安全、舒适的星球，然而在大气层内，有风暴、浓雾、大雨和雷霆，而太空中则没有，所有的一切都完全依照精巧、严格的物理法则运行，只要你了解、遵守这些法则，那么这个未知世界也会变得很友善。”



【031、伽利略号木星探测器】


伽利略号木星探测器（Galileo）是1989年从“亚特兰蒂斯”号航天飞机上发射的，是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器。也是美国宇航局发射的最成功的探测器之一。它于1989年升空，1995年12月进入环木星轨道。

它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈，观测结果大大增进了人们对木星和四颗伽利略卫星的了解。1995年12月，伽利略号轨道器释放一枚木星大气探测器，获得了有关木星大气层的第一手探测资料。

1989年8月18日，由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道的“伽利略”号木星探测器，是美国航天局第一个直接专用探测木星的航天器。伽利略木星探测计划始于1978年，最初计划于1982年1月发射，后因经费不足、飞行设计修改和航天飞机发射失败等原因而先后9次变动计划。致使发射一再推迟，研制经费高达13.6亿美元。伽利略”号木星探测计划是由美国和联邦德国联合进行的。

飞船配备着摄像机、近红外勘测分光仪、磁强仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器，用于木星大气层构成、云层结构、温度、磁场等方面的勘测和研究。 “伽利略”号发射后，不停地朝向太阳轨道飞行了两年，于1990年2月通过金星，于1990年12月以时速1.429万千米的速度，首次通过地球轨道，再以时速12.71万千米的速度，于1992年12月第二次通过地球轨道和地—月交会轨道，并对它们都“顺便”进行红外观测。最后以时速14.03万千米的速度，于1995年12月7日到达木星。它的轨道器在释放出探测器后，就成为木星的人造卫星，探测器则下降到木星表面，并及时地向地球连续地发回了各种宝贵的探测数据。使人类对这个距离地球非常遥远的星球第一次有了了解。

结构特点

“伽利略”号探测器呈不规则长形体，是美国迄今最精密的星际飞行器之一，整个发射计划耗资约15亿美元。飞船总重 2550公斤，有一具核动力装置，内装22.7公斤放射性铀-238。由木星轨道器和再入器两部分组成，在到达木星前约150天时，两者分离，轨道器环绕木星运行探测；再入器深入木星大气层考察。

伽利略号探测器的结构图及仪器

轨道器

轨道器是由美国的喷气推进实验室设计、制造和操作的，其总重为2378千克，正常情况下以3.15转/分自旋稳定。其上的主要设备为；推进舱，包括一个机动推力器和一个单一入轨推力器，与推进剂一起共重约1185千克；2台放射性同位素热电偶发电机，可提供0～480瓦的电力；

一个约5米直径的高增益地球通信天线，用S和X波段与地球通信，定向精度为0.1度。轨道器上还装有很多精密的探测仪器，主要包括：CCD摄像机，发回的照片清晰度比“旅行者”探测器的高20～1000倍，可分辨出木星卫星表面30～50米范围的细节；近红外绘图分光计，可探测出氮、磷化氢、水、甲烷、锗等组分；紫外分光计能探测出氮、氢和氧等；光子偏振、辐射计，可以测量偏振光和光强度；磁强计、高能粒子检测仪、等离子体检测仪、等离子体波分系统（测量电场和磁场变化）、尘埃粒子检测仪和重离子计数器等，可用于对木星磁层等的研究。

再入器

再入器是由美国航天局的艾迈斯研究中心负责设计，休斯飞机公司创造的。其外形呈扁锥体，总重约339千克、其中仅防热壳就重达220千克。其上有2台1波段发射机、能以128比特/秒的速率发送测量数据，经轨道器中继到地球。再入器上的探测仪器有：大气结构检测仪，能测量木星大气的温度、压力等；中性质谱仪，可测定木星大气组分；氦分量检测仪，用于测定木星大气中的氦气含量；测云计、纯流量辐射计以及光和射电检测仪等。

大气探测器

大气探测器由制动防热罩和一个球形仪器舱组成。制动防热罩是一个120度锥角的钝头圆锥壳体，表面覆盖着一层很厚的碳烧蚀防热层。这层防热罩的重量占了探测器总重量的50%。球形仪器舱里装备了大气组分探测计、质谱仪、氦气浓度计，测云计，辐射计，高能粒子探测计等多种先进的探测仪器设备，还装备有降落伞系统，无线电发射装置和电源系统。大气探测器的总重量为345千克。 轨道器于1995年7月到达木星轨道前150天，放出大气探测器后，沿着木星椭圆轨道执行探测任务，并绕木星飞行了22个月，拍摄到木星及其卫星的大量清晰的照片；大气探测器则深入木星大气层的深处探测大气层的成分和物理特性。这个探测器以每秒48千米的速度进入狭窄的通道最后进入大气层，它承受了400g的加速度，表面压力高达14个大气压，表面温度高达780摄氏度高温，在它打开降落伞徐徐下降的过程中，展开了各种测量工作。随着高度的下降，大气压力和气温越来越高，最后高达20个大气压，这时，环形探测器被大气压垮，探测工作被迫终止。整个工作历时1小时。

太空之旅

“伽利略”号探测器于1989年升空，1995年12月抵达环木星轨道。它旅行了28亿英里，它的终结日期比原来预计的晚了六年。伽利略号绕木星飞行了34圈，获得了有关木星大气层的第一手探测资料，在1995年将一个探测器放到了木星上。伽利略号的观测进一步加深了人们继旅行者号之后对木星及其卫星系统的了解，例如木卫三有自发的偶极磁场和地下盐水海洋，木卫二上剧烈的板块构造等。

“伽利略”号探测器在2003年9月21日坠毁于木星，以此结束其近14年的太空探索生涯。这将是美国宇航局自1999年的月球勘探者探测器（Lunar Prospector）以来首次控制探测器在地球之外的天体上坠毁。

起飞计划

“伽利略”号探测器走向太空的过程可谓一波三折。最初，NASA计划于1982年1月将它发射升空，后因改变飞行计划，推迟到1986年5月。1986年1月28日，“挑战者”号航天飞机升空爆炸，使“伽利略”号计划再度推迟。此后，由于经费原因，NASA改用推力较小的火箭。正是这一改变，“伽利略”号放弃了原来直飞木星的计划，而采取了独特的飞行路线，借助于金星和地球的重力加速。这样，它到达木星的时间也从原来的2年延长到6年。

1989年10月18日，“伽利略”号木星探测器离开“亚特兰蒂斯”号航天飞机后，首先飞向太阳。此后，按照预定路线，先于1990年2月掠过金星，再于同年12月和1992年12月两次掠过地球，以充分利用它们的引力来加速，然后才正式踏上飞往木星的征途。又经过3年的太空遨游，1995年12月7日，“伽利略”号才终于进入绕木星飞行的轨道。

前往木星

伽利略号的旅程并不幸运。它原本的计划是由太空穿梭机将它和它的推动火箭——半人马座火箭送入地球轨道。然后半人马座火箭将用2年半的时间将伽利略号送抵木星。在80年代初，伽利略号完工的时候由于航天飞机和运载火箭没有准备好。所以推迟了发射时间。当一切准备妥当之后，升空日期便定在了1986年的5月。但在1986年1月的挑战者号穿梭机惨剧发生后，美国政府停止了一切的升空活动，并对安全准则作出了检讨。伽利略号的升空时间被延后至3年之后。新的安全准则也随之增加，包括使用低功率的推进火箭，并禁止在航天飞机的运送仓内放置燃料。这意味着半人马座火箭将取消。为了进入预期的轨道，太空船会先进入金星的轨道，再借助引力来加速，再两度折回地球加速，然后前往木星。这使得原本预定2年半的旅程变成了6年。在等待升空的三年中，伽利略号被多次改造，运送和储藏。有人认为这3年的“旅程”很可能就是升空后诸多问题的原因。

伽利略号利用增加了的旅程，对月球的光面和暗面的地表化学物质作出了比较，而且还对地球南极的臭氧层作出了大气观测。但在最后一次离开地球之前，问题再度出现。伽利略号的主天线——高增益天线被发现不能准确打开。高增益天线作为伽利略号和地球联络的主要工具，它的出错造成了严重的后果。本来伽利略号能每数分钟往地球发回一张照片，故障发生后变成了数周一张。幸而，计算机技术的发展对此作出了弥补。数据能通过压缩再传送，这使得照片的传送时间减少为数小时。

困难重重

在伽利略号略过小行星带时，伽利略号对小行星951和小行星243（Ida）作出精密观测，发现Ida的卫星，并命名为Dactyl。在1994年的彗星撞木星天文奇观中，伽利略号观测了舒梅克·利维九号彗星的碎片撞入木星的过程，地球上的望远镜则要等待木星自转来观测其阴影。

然而，在到达木星的两个月前，另一个问题发生了。伽利略号的磁带记录器发生了故障。磁带记录器的主要任务是，记录伽利略号上各种仪器所探测到的结果，并在适当的时候发回地球。在主天线发生故障之后，磁带记录器的作用就显得非常重要了。为了对磁带记录器作出调整，伽利略号放弃了原本探测木卫一的计划。

伽利略号带有一个探测器，该探测器的任务是冲入木星的大气，并在燃烧殆尽前，尽可能多的发回数据。这是个艰难的任务，与木星大气摩擦将产生高达华氏21000度的高温。在打开降落伞减速之后，探测器将与抵挡高温的挡热板脱离。独自承受木星的风暴，高温和巨大的压力。在1995年12月7日，探测器进入了木星的大气。探测器成功地发回了信号，并在降落了57分钟之后，探测器被木星发出的热力烧毁。但这57分钟大大地增加了我们对木星的大气和气候的了解。

伽利略号对研究木星的卫星也作出了很大的贡献。在伽利略号到达木星之前，人们一共发现了16颗木星的卫星。伽利略号到达后又发现了多个卫星。这个数字已经上升到了63个。

由于受到辐射的破坏，伽利略号的摄影装置于2002年1月17日停止运作。工程师由于能够修复磁带的资料，因此它能在坠毁以前继续传送资料回地球。

从美国“伽利略”号探测器传回的最新的资料表明，在木卫二的表层下可能有海洋。这一新证据再次为科学家们早先根据资料作出的“木卫二上有水”的假设添加了重量级砝码，并引起了生物学家对木卫二上是否存在生命的争论。

木卫二的发现

“伽利略”号探测器在距木卫二上空351公里的地方飞掠而过。令人惊讶的是，木卫二地磁北极点的地理位置在变化，并且移动得很频繁，几乎每5个半小时就移动一定距离。

这个结果让许多科学家困惑：究竟是什么力量驱使木卫二的地磁北极点不断运动呢？“我认为这些发现告诉我们，在木卫二的地表之下有一个液体水层。”空间科学家玛格丽特·基维尔森说。按照科学家的解释，如果在木卫二的地表之下有一个液体传导层———诸如盐水层———那将可以最为完满地解释磁性极点的不断变迁。基维尔森据此表示：“这些新发现对于木卫二上存在海洋的设想非常具有说服力。”

在伽利略号的任务结束后，美国太空总署的下一个探测器名为木星冰月轨道器(Jupiter Icy Moons Orbiter, JIMO)，处于草拟阶段。

寿命延长

探测器原定约2年的使命先后被3次延长。在1995年12月飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它创造的记录有：绕木星运行34周，与木星主要卫星35次相遇，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的三颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。

美国宇航局原打算让“伽利略”号在环木星轨道上运行下去，但探测器有关木卫二上可能存在海洋的发现使专家们改变了想法。“伽利略”号的主要使命不是去外星寻找生命，在设计时探测器没有经过消毒处理。当它燃料即将用尽时，在木星引力的作用下轨道可能发生变化，并可能与木卫二相撞。理论上，探测器与木卫二相撞可能导致地球的微生物在木卫二上立足，这种情况将会影响未来在这颗卫星上寻找本土生命的工作。

美宇航局由此决定，在“伽利略”号燃料未完全用尽、还能控制运行轨道之时，让它葬身于木卫二之外的其他天体上，这个“安葬地”最终定为木星。

坠毁木星

NASA的伽利略号探测飞船美国时间2003年9月21日下午(北京时间9月22日凌晨)结束了在木星的八年使命，它按照预期撞向了这颗最大的行星，而科学家们在地球上热烈庆祝。

在坠毁之日，“伽利略”号将运行到木星背面，然后以大约每小时17万公里的速度坠入木星大气层。“伽利略”号与木星大气摩擦过程中所形成的高温会使该探测器发生剧烈燃烧，并最终坠毁于木星。与“伽利略”号探测计划有关的约1500名各界代表，届时将聚集于美宇航局喷气推进实验室，为这颗探测器“送终”。伽利略计划主持人泰力格女士说：“伽利略号宇宙飞船已经老化，燃料快要用罄，而且不断暴露在辐射下。在宇宙飞船脱离我们的控制之前让它以受到控制的方式了结，这样做是对的。”对于参加建造、发射和照顾伽利略号的人来说，九月廿一日将标志一个时代的结束。

NASA在加州帕萨德纳的喷射推进实验室发言人埃格尔表示，实验室在美国东部时间下午3:40（北京时间今天凌晨3:40）多与飞船失去了联系，比预期的时间早了2小时36分钟，有1000多人围绕伽利略进行工作，他们都来到了实验室庆祝任务结束。

几个疑问

疑问一

“伽利略”带来了外星生命的佳音？

许多人会问，为什么一个木星探测器会引起美国宇航局上千名科学家如此感慨？为什么会引起全世界许多人的瞻目？

这得从“伽利略”号探测器的诞生和它带给人类的伟大发现说起。前后费时30多年，耗资14亿美元的“伽利略”号探测器其貌不扬，大小相当于一辆跑车，所搭载的仪器只有10件，控制它神经中枢的电脑更是只有相当于“苹果II”的性能，而且发射升空不久便发现其主天线和另一个重要仪器失灵。

然而，就是它成了美国宇航局有史以来最伟大的太空探测器：它第一个拍到了月球和彗星在一起运行的照片；它第一个拍到了星际大爆炸的壮观情景。那是1994年，一颗彗星猛烈撞击木星，爆炸产生的威力比全世界的核武器爆炸能量加起来还多数百上千倍。这一情景最让地球感动的是，如果没有木星“无私”把彗星吸引到自己的身边，那么地球上的生命根本无法经受彗星天地大冲撞之重；最为伟大的是，它第一个拍到了木星卫星欧罗巴有海洋的照片！这让地球生命看到了外星生命的希望。

疑问二

为什么要让“伽利略”号烈火焚身？

既然“伽利略”号劳苦功高，而且迄今性能稳定，为什么非得让它撞木星大气层焚身灭迹呢？美国宇航局的答案非常明确：正是它的伟大发现决定了它最终悲壮焚身命运！

美国宇航局太阳系探索部门负责人科伦－哈特曼说。人类进行太空探索最想揭开的一个谜是：“茫茫太空中，地球生命真的孤独吗？”“伽利略”号探测器让人类看到了外星球生命的希望，因为它从木星的卫星“欧罗巴”上发回的照片显示，这颗木星的卫星有一片海洋！在地球上，水意味着生命，因此在地球外的其它星体大气中，如果发现有水的迹象，那么就意味着生命的绿洲！“伽利略”号上的燃料即将用完，一旦没有燃料的话，那么这个宇宙探测器将失控，有可能撞向欧罗巴的海洋中，“伽利略”号上的地球细菌有可能在那片陌生的外星海洋上生存甚至发展起来，从而污染了遥远的欧罗巴海洋，威胁那里可能存在的外星生命！

“伽利略”项目负责人克劳迪娅说，让“伽利略”号探测器烈火焚身是件正确的事，因为欧罗巴的环境太珍贵太值得我们地球人保护了，而且欧罗巴的海洋一定会成为未来人类太空探索最聚焦的星球，因为，那里可能存在有地球生命的伙伴――外星生命！

伽利略号木星探测器

疑问三

“伽利略”最后之旅如何进行？

最让人关心，最引人瞻目的当然是“伽利略”号的最后之旅。那么，“伽利略”号的最后时刻将会是什么样的呢？

“伽利略”号先进入木星上空汹涌的高辐射的“粒子海洋”。 “伽利略”号探测器之前也数度进入这一极度危险的“粒子海洋”，承受探测器原设计四倍以上的辐射，探测器为此付出了巨大的代价――部分仪器损毁，照相机被震碎，探测器内载记忆系统失去。2002年11月，探测器再度进入危险地带，结果承受了相当于一天能杀人1000次的强烈辐射。这次，“伽利略”号探测器进入危险地带后，搭载的系统会进入安全模式，但仍会顽强地向地球传回大量的数据，几个小时后，探测器将会彻底沉默，美国东部时间2003年9月21日下午16时，“伽利略”号将转至木星的背面，紧接着，它将以10万英里的时速撞向木星上空的云层，由此产生的相当于太阳表面2倍的温度和巨大的气压将在几分钟内将探测器化为乌有！

评价

数百名科学家、工程技术人员和他们的家属，聚集在帕萨德纳的美国宇航局喷气推进实验室，遥送“伽利略”号走完最后一段路程。不少人已经在这个项目中工作数十年，探测器的陨落让他们颇为伤感。一位名叫洛佩斯的科学家说：“对一位老朋友说再见，真有点难过。”坠落过程开始后，最后一任项目主管亚历山大女士的眼睛也一度变得湿润。

“伽利略”号虽然是一台无生命的机器，但它从孕育到坠毁过程中经历的种种辉煌和挫折，让科学家们难以割舍。

“伽利略”号探测计划最早于上个世纪70年代初提出，1977年得到宇航局批准，但直到1989年才由“阿特兰蒂斯”号航天飞机送入太空。之后，探测器上的主天线曾出现故障，但地面控制人员最终找到了让它发回探测数据的其他办法。



【032、国际空间站出现泄漏 俄罗斯指有蓄意破坏】


2018年9月6日 BBC

俄罗斯民用太空机构负责人说，停靠在太空站上的飞船上的小孔由钻头造成，可能是"有意"造成的。

周三"联盟号"MS-09飞船的宇航员发现了这个小孔；小孔造成一部分压力流失，宇航员用胶带封住泄漏口。

俄罗斯航天集团总裁罗戈津（DmitryRogozin）说，"（有人）试图钻了好几次。"他还说钻孔的手似乎"不稳"。

他们排除了微陨石损坏的可能性，也不可能是轨道的碎片造成。

宇宙飞船上小洞的照片已经在互联网上广为流传。

目前在国际空间站上有6名宇航员：3名美国人，两名俄罗斯人和一名德国人。

罗戈津说，将由一个委员会来调查，找到肇事者。他还说对于俄罗斯制造"联盟号"飞船的俄罗斯能源火箭与航天公司（RSC Energia）说，这件事关系到他们的荣誉。

"联盟号"飞船载宇航员返回地球飞行中不会使用有洞的那个部分。

航天界一个消息人士对俄罗斯塔斯社说，飞船可能在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场测试的时候受到损坏。

上周飞船上小孔被发现后，处于地球上空400公里轨道上的太空站进入了紧急状态。

飞船在那里经过最初的检查后，问题可能被掩盖。

"有人把事情搞糟，然后害怕，把洞封住"，这位消息人士说，但是当"联盟号"飞船到达国际空间站后，小洞里的填充材料"干枯后脱落"。

罗戈津在电视上评论说，"这是怎么回事：是制造的缺陷还是某种有预谋的行动？……我们正在核实地面因素的解释。但是我们不能排除其他的解释，即在太空的蓄意行为。"

上周飞船上小孔被发现后，处于地球上空400公里轨道上的太空站进入了紧急状态。

当地面控制发现了空间站有泄漏时，空间站里的宇航员正在睡觉。当时控制太空站压力的传感器也向宇航员发出警示。

太空站上的宇航员：前排从左到右是Drew Feustel (美国)，Alexander Gerst (德国)。后排从左到右：Oleg Artemyev (俄罗斯), Ricky Arnold (美国), Sergei Prokopyev (俄罗斯) 和Serena Auón-Chancellor (古巴裔美国人)。

最初德国宇航员格斯特（Alexander Gerst）用手指堵住小孔防止泄漏。随即俄罗斯宇航员阿特米耶夫（Oleg Artemiev）修补了漏洞。

"联盟号"MS-09飞船停靠在太空站的俄罗斯部分，6月8日这艘飞船把3名宇航员送到太空站。

国际太空站项目耗资1500亿美元，共有16个国家参加。目前国际太空站由14个永久模块构成，以每小时超过27000公里的速度，在距离地球表面约400公里的轨道上运行。



【033、国际空间站使用期限只剩六年？】


理查德·霍林汉姆

2018年1月20日

如果把世界上最有成就、经验最丰富的宇航员列一张表的话，天体物理学家迈克尔·福勒（Michael Foale）博士无疑是名单上排名最前的几个人之一。

这位生于英国的NASA宇航员已经参与了6次太空任务，在太空中的总逗留时间超过一年。他曾搭乘美国航天飞机和苏联联盟号飞船（Soyuz）升空，在和平号空间站（Mir）上生活，并担任国际空间站指令长。他完成了四次太空行走，穿着俄罗斯和美国太空服一共执行了23小时舱外活动，其中包括长达8小时，创造了历史的哈勃太空望远镜修复任务。

"我非常非常非常幸运，"他笑着说道，"大多数宇航员都很嫉妒我，这可能就是我不想再上天的原因！"

尤其让福勒名声大噪的是：1997年6月，当他在和平号空间站逗留时，一艘进步号无人货运飞船（Progress）与空间站撞在一起，摧毁了一块太阳能电池板，并损坏了空间站外壳。此时主警报响起，空气开始泄漏，电力供应被切断，空间站出现自旋。福勒和两名俄罗斯队友密切合作，将联盟救生舱整备完毕，并关闭了受损舱室。

福勒把拇指放在窗口测量恒星运动，然后利用物理学原理计算出了空间站的旋转速率，然后地面任务控制人员根据这些信息启动了发动机，最终使空间站恢复稳定。

俄罗斯补给飞船为空间站补充燃料，为空间站坠入太平洋那一天的到来做好准备——成员组在压力下的敏捷思维不仅拯救了和平号空间站，还延长了它的服役寿命。在接下来的几周时间里，福勒和队友合作修复空间站。他们完全恢复了供电和控制系统，并花了几个小时时间擦干内墙表面凝结的水珠。

"飞船和空间站发生碰撞10秒钟以后，我就相信我们没有生命危险，"福勒说。"知道这点后我就坚信我们有机会拯救自己的生命，所以没有恐惧，也没有慌乱。"

"那是我完成过的最佳任务之一，"他说。"我发挥了创造力找到了很多解决问题的方法，这些方法是NASA的经理们想不到的。"

在成功拯救一座空间站20年后，福勒希望拯救另外一个：国际空间站（ISS）。

我第一次采访福勒是1998年11月在俄罗斯拜科努尔（Baikonur）航天发射场，当时国际空间站的第一个舱室"曙光"舱刚刚发射不久。当时他代表NASA宇航员庆祝这一时刻。当时的国际空间站项目面临预算超支和进度延误的压力，还受到政治口角的困扰。

作为美国、俄罗斯、欧洲太空署、日本和加拿大的合作项目，国际空间站自2000年以来就一直有宇航员居住，随后其创造的发现不断让人们认为这一耗资达1,000亿美元的空间站物有所值。

国际空间站已经证实，人类可以长时间在太空中停留并在轨道上完成各种科学实验。它还表明，美国和俄罗斯等在地球上能够紧密合作和相互信任的国家在太空中同样能够开展合作。

"国际空间站是一个饱含合作、友情和价值的项目，"福勒曾于2003年在国际空间站执勤，目前在一个负责监管国际空间站政策和合作的国际委员会中担任委员，该委员会仅有两名宇航员出身的委员。

国际空间站是俄罗斯和其他国家宇航员的太空之家，他们在此可以以上帝视角俯瞰整个地球。

然而，国际空间站的日子已经所剩无几。多国太空机构当初商定的投资期限只到2024年，这意味着在短短6年后，这座有史以来耗资最为庞大的设施将在一艘进步号飞船推动下离开轨道，并在太平洋上空解体焚毁。

倒计时已经开始。

"俄罗斯每年都把国际空间站服务舱的燃料箱加满，从而让它在未来有能力脱离轨道，"福勒说。"这是目前的计划——我认为这个计划很糟，是对珍贵资源的巨大浪费。"

但是由于各国重点项目的迁移，已经没有足够资金维持这座空间站了。在人类首次载人登月50周年纪念日（2019年7月）即将到来之际，特朗普总统要求NASA重返月球。重返月球计划包括建造一座绕月空间站作为抵达月球的门户，然后再建设月面基地。欧洲太空署署长简·维尔纳（Jan Werner）和俄罗斯太空署都对这一宏伟计划表示支持。中国则自行发展登月计划，这无疑会给美国施加一定的政治压力。

尽管上述设想的成本并非高不可攀，但是各国太空机构应该不会在当前载人航天预算之外拥有多余的资金投入这些宏伟计划。NASA的重返月球计划将耗资80亿美元，其中包括14亿美元的空间站运营成本，以及开发SLS（Space Launch System）飞船等航天器所需成本。

除非国会向NASA划拨额外资金，或者其他项目下马（二者的可能性都不大），否则建造绕月轨道空间站或重返月面的计划将占用现有资金。

"这么多项目都在争夺资金，"福勒表示。"他们没办法在去登月或登火星的同时为国际空间站发送乘员、货物、食品和补给。"

从NASA离职后，福勒一直在私营企业工作，负责创新技术的开发。他认为，商业航天企业将参与进来，延续国际空间站的寿命。"商业航天企业能够提出商业计划，让国际空间站的一部分保留在太空中，而不是全部坠入太平洋，"他说。"要想做到这一点，就必须采用创新性手段。"

国际空间站目前已开始支持某些商业活动。一家名为NanoRacks的私营企业为私人客户在空间站的设备架上开展在轨实验。有越来越多的客户在国际空间站上发射小型卫星入轨，这些小型卫星是由SpaceX公司的龙号（Dragon）无人货运飞船送达空间站。俄罗斯航天署开展了太空旅游，还曾表示计划建造一座太空旅馆舱段。

尽管大多数载人航天活动都由政府直接或间接支持（归根结底是纳税人出的钱），但是太空的真正私营化已经是一个必然的趋势。SpaceX的竞争者，亚马逊创始人杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）拥有的蓝色起源公司（Blue Origin）最近再次成功进行了新型火箭的发射试验。在遭受多次挫折后，太空旅游公司维珍银河（Virgin Galactic）正在准备使用其Spaceship 2号飞船进行首次亚轨道发射。

与此同时，福勒也开始四处奔走，力图拯救国际空间站。他计划开设网站获取支持，并不断对各国太空署施加压力，敦促他们继续为国际空间站计划提供资金。

"每位曾经为国际空间站工作过的工程师、经理和各国宇航员都认为，空间站是代表全人类的伟大成就，它应当继续生存下去，"他说。"我仍然在等待NASA告诉我他们打算怎么处置国际空间站。"

福勒担心的是，除非私营企业介入，各国太空署（以及提供资金的政治家们）将在2024年亲手给这一世界最伟大工程成就画上句号，并让世界各国千百万纳税人付出的巨额投资付之东流。

"我年少时的千百个梦想后来都只不过是梦想而已，"福勒说。"小时候，我曾经天真地以为我35岁能登上月球，45岁能登上火星。我不傻，但在政治面前，毫无疑问我很单纯。"



【034、过去10年科学界鲜为人知的七大发现】


2018年7月27日 BBC

人类在进化的过程中可能发生了很多"恶作剧"。

科学正在以迅猛的速度不断进步，BBC制作的《无限猴笼》（The Infinite Monkey Cage）节目盘点了过去10年的七大引人入胜的发现。它们对现在以及未来影响不可忽视。

一，希格斯玻色子（Higgs boson particle）

大型强子对撞机将重启 有望找到暗物质

希格斯玻色子（又称上帝粒子）是2012年科学家在欧洲核子研究中心(CERN)处理大型强子对撞机(Large Hadron Collider)时发现的。物理学家一直以来就认为希格斯玻色子是存在的，但却无法证明其存在。

至于这一发现对我们日常生活的意义还有待研究和观察，但正如天体物理学家奈尔·德葛拉司·泰森（Neil De Grasse Tyson）所讲的那样。在量子物理学刚被发现时，人们并不知道它会对我们的生活产生什么影响，但它成为了"整个信息技术革命的基石"。

二，引力波（gravitational waves)

双中子星合并　人类首次观测到爱因斯坦提出过的引力波

最先预测引力波存在的是爱因斯坦（Einstein），他在100年前的广义相对论中提到引力波。但当时爱因斯坦表示可能将永远不可能直接观测到引力波的存在。

然而，在过去10年科学家已经研制出先进的技术并观测到了引力波。

引力波来自于宇宙间带有强引力场的天文学或宇宙学波波源，例如两大黑洞碰撞所产生的引力波。

英国物理学教授菲杜克（Prof Fay Dowker）说，引力波的发现标志着"引力波天文学的新纪元"。菲杜克教授形容说这就像有了一个新感官一样："好比说我们以前可以看得到，现在我们实际上还可以听得到。"

三，土星的卫星有适合外星人生活的条件

土卫二是我们的近邻。

卡西尼-惠更斯号太空飞船（the Cassini-Huygens space mission）飞行近20年，收集了关于土星的新数据与图像，发现土星的卫星——土卫二（又称为恩赛勒达斯，Enceladus）放射出的气体中含有氢气。这意味着该卫星表面的咸水海洋有适合生命繁殖的适当条件。

时光旅行：梦想成真之路上的"虫洞"和量子

土卫二的面积与英国大小相似。

四，人类祖先曾与其它原始人种杂交

尼安德特人（简称尼人，the Neanderthals）虽然早已灭绝，但2010年遗传学家在绘制尼人的基因组图谱时惊奇地发现：人类祖先在走出非洲后曾与其它原始人种杂交。

比如，英国人中许多人身上都携带尼人的一小部分基因。同时，也有丹尼索瓦人（the Denisovans）以及其它原始人种的痕迹。也就是说，人类在进化的过程中发生了很多"恶作剧"。

五，科学家用尼人的DNA做了一个微型脑

科学家利用基因编辑技术制作了一个尼人的类器官，一个微型脑。该微型脑可以传送电子信号。科学家下一步是想把该微型脑的电子信号与机器人连接起来，想"看看能不能用已经绝迹的尼人的基因来控制机器人的活动。"

六，年轻人生活方式变得更健康

统计数字发现，过去10年人们的生活方式发生了巨大变化，特别是年轻人。研究发现，18-24岁之间的年轻人吸毒、酗酒的少了，少女怀孕率也大大下降了。

七，大气层中二氧化碳浓度发生永久性改变

大气中的二氧化碳浓度越来越高

2013年，在美国夏威夷冒纳罗亚火山观测站测到的大气中的二氧化碳浓度首次达到400ppm。2016年南极的二氧化碳浓度也达到400ppm。

用托尼·瑞安教授（ProfTony Ryan）的话说，1962年他出生时大气中二氧化碳浓度为320ppm，占0.03%，现在则占0.04%。

这一数字可能仍在上升，它会导致气候变化，对今天的人类以及未来的后代都会产生深远的影响。

气候变化将意味着人类必须改变其生活方式。



【035、还记得冥王星吗，这次，NASA派出了冥王号去吃土】


2016-09-10 由 飞翔的绿豆蛙 發表于科学

北京时间9月9日早晨，NASA 将把一个SUV大小的卫星送出地球，前往探测一颗有可能撞击地球的含碳小行星，并于整整七年后，将小行星表面土壤样品带回地球。这项任务名为OSIRIS-REx，翻译过来就是冥王号——但这回不是冥王星那个普鲁托了，奥西里斯是埃及的冥界之王。

冥王号项目是继新视野号（New Horizons）飞越冥王星、朱诺号（Juno）探测木星之后，第三个同一价位级别的太阳系探索项目，整个项目耗资约65亿人民币。而它的任务，当然就是去吃个土——但又远远不仅仅是吃土。

一颗45亿年的时间胶囊（但万一撞错了地方）

宇宙中星球千万亿，凭什么只有地球诞生了生命？这件事情我们到现在也还是不知道。照理说，这肯定和地球刚诞生时的成分脱不开关系——但是，诞生之初的那些石头，在剧烈的早期地球活动之下，早就一点都不剩了。

谢天谢地，地球是太阳系原初尘埃凝聚碰撞合并的产物，而那些尘埃还剩下一点儿在太空中漂着呢。它们，就是太阳系的小行星。这些小行星实在太小，根本就存不下什么热量，地质活动自然也无从谈起，正好保存了太阳系尘埃的初生面貌。

更重要的是，很多科学家都相信，正是这些小天体给地球带来了水和有机物质。它们也许是生命诞生至关重要的一环。

科学家们始终认为，地球上的生命很可能来自于宇宙，特别是彗星和小行星，都有可能在撞击地球时带来水和有机生命。

冥王号飞船计划从美国佛罗里达卡纳维拉尔角空军基地的41号发射塔架升空。绕太阳飞行一年后，它将经过一次地球借力加速，奔向贝努。两年后（2018年8月），冥王号开始接近贝努，抵达贝努附近后，飞船会利用随身携带的仪器，给这颗小行星来个全面检查；根据检查的结果，选择一个最靠谱的点采样。飞船不会着陆，它将伸长机械臂，接近后轻轻的接触小行星表面，全过程只有5秒。这段时间里采样仓会瞬间喷射出氮气把样品卷入采样仓盘中。2021年冥王号将踏上归途，2023年9月回归地球。



【036、还想殖民宇宙？别做梦了，人类永远无法离开太阳系】


怪奇菌2020-07-30

回顾几十万年漫长而又艰辛的演化和发展历程，人类之所以能够站在食物链顶端，取得今天这种辉煌的成就，一方面离不开灵活的肢体末端，而另一方面则得益于不断聪慧的大脑。

在这两个堪比“外挂”的优势下，人类逐渐演化出了关键的语言，并且依靠着语言传承，进而产生了氏族、部落以及国家，文明之火开始在地球熊熊燃起。

经过数千年的探索发展，人类文明终于在18世纪下半叶迎来了变革，机器的轰鸣声引领人类推开了工业社会的大门。

工业社会超高的生产力，虽然给人们提供了便捷而又舒适的生活，但也让人类面临一个严峻的考验——能源。

我们都知道，能源是人类社会赖以生存和飞速发展的物质基础，它决定着整个上层建筑，一旦失去了能源基础，人类文明将停滞不前。

迄今为止，能源的种类虽然多种多样，但是人类主要使用的还是化石能源。而这些化石能源并不是取之不尽的，属于不可再生资源的它们，总有一天会有消耗殆尽的时候。

正如前文所说，能源是人类社会发展的物质基础，一旦失去了这种基础，那么导致的后果想必不用多说，肯定是人类难以承受的。

更为主要的是，无数科学家早已认识到，人类的未来必定在浩瀚的宇宙，但是探索宇宙需要海量的能源作为基础，所以失去了能源就等于失去了未来。

如此严重的问题当然引发了许多科学家的关注，而我们此时可以将这个问题暂且搁置一边，只看“人类的未来在宇宙”这个问题。

放眼整个太阳系，连同地球在内一共八颗行星无数颗卫星，这些行星卫星上蕴含了大量的矿物资源，例如月球就有大量的氦-3，这是人类未来最理想的能源之一。

可别看这些行星卫星上蕴含大量的资源，其实从某种意义上来说，整个太阳系和单个地球没什么区别，这些资源也并不是无穷无尽的。

随着人类发展速度越来越快，对能源等级和数量的需求越来越高，太阳系的能源也总有耗尽的一天，这就意味着想要一劳永逸地解决这个问题，人类必须要走出太阳系。

但让人遗憾的是，走出太阳系可并不像走出家门那么简单，至少在可预见的未来内，人类根本无法走出太阳系。导致这种结果的原因主要有三个，它们分别是距离尺度、能源等级以及人类身体。

首先来看最致命的距离尺度。或许跟宇宙中其他恒星相比，我们的太阳略显“娇小”，但是跟人类相比它大的超乎想象，因为它的实际引力范围可达4光年左右。

可能听惯了宇宙中动辄几千几百甚至上亿光年，4光年似乎显得那么的微不足道，但是只要将这4光年的距离用熟悉的方法转换一下，立刻就能感受到其中让人绝望的一面。

如果此时有一辆时速为120km/h的汽车想离开太阳系，那么它需要在茫茫宇宙中行驶1800万年，才算彻底脱离太阳系。

目前为止，人类在宇宙中最快的飞行器是1974年发射的太阳神1号（Helios-1），它在1980年12月时曾达到过96200米/秒的相对地球速度，而以这个速度飞离太阳系，也需要4000多年的时间。

可以想象一下，在这样的距离尺度下，人类真的能离开太阳系吗？答案必然是否定的。更让人绝望的是，即便历经千难走出了太阳系，距离下一个落脚点还有4.22光年的距离，这又是一道难以逾越的天堑。

所以从理论上来说，在可预见的范围内人类根本无法离开太阳系，让人恐惧的距离尺度，将人类的活动范围死死地限制着。

除了距离这座大山，能源等级也是阻止人类离开太阳系的障碍。对人类发展史有一定了解的朋友应该知道，在近万年的发展过程中，人类一共经历了三次重大的生产力变革，分别是农业变革、工业变革以及现在的信息变革。

这三次生产力变革可能乍看起来互不相干，但是我们对其抽丝剥茧之后不难发现，它们本质上都是对化学能量的利用，也就是仅停留在分子层面上，对于比分子更进一步的原子，了解和利用的都非常的少。

然而，原子层面的能量利用，恰恰是人类离开太阳系的关键，因为原子层面能量的利用上限，是普通的化学能源远远无法媲美的，简单来说就是化学能上限太低。

被誉为“航天之父”的苏联科学家齐奥尔科夫斯基，曾用齐奥尔科夫斯基公式得出一个结论：即便将地球所有的化石能源都利用起来，也不能将一座大山送到宇宙，可见其能量转化率多么的低下。

看到这里可能有些人会有一个疑惑：是不是忽略能源等级和距离，人类就能离开太阳系了呢？答案是否定的，因为人类的身体也是离开的阻碍之一。

正如文章开头所说，几十万年前人类凭借得天独厚的身体优势，奠定了其食物链霸主的地位，但是此时这种身体却成为了探索宇宙的累赘和负担。

因为相比其他野生生物，人类的身体在漫长的演化过程中已经变得太脆弱，受不了热、耐不了寒、不能挤着还不抗辐射，对生活环境的要求真的太高了。

退一万步来说，即便是基本的生存环境满足了，人体还需要进食、需要每天补充大量的维生素，不然没有几天就会产生严重的后果。在这些限制条件下，人类的身体根本不适合在宇宙中进行长时间的星际飞行。

再退一万步来说，即便这些东西同样都满足了，一个人类近乎不可能跨越的鸿沟就出现了，它就是寿命限制。

离开太阳系最快也需要4000多年的时间，而人类最高只有100年左右的寿命，这其中巨大的时间差靠什么弥补呢？靠一代代接力？这显然更不现实，因为这无限拔高了对飞船的要求。

总的来说，在可预见的未来内，人类根本没有任何可能离开太阳系，所以还憧憬着人类未来能殖民宇宙？醒醒吧。



【037、海森堡不确定性原理经典解释被实验推翻】


2012年09月12日  环球科学

海森堡测不准原理的一种常见解释被证伪。

不确定性原理限制了我们对一个量子系统的了解，但结果的不确定性并不完全是测量行为导致的。

和学生们所学的相反，旁观者并不总能感觉到量子不确定性。一项新实验证实，对一个量子系统的测量不一定会导致不确定性。研究推翻了大量关于量子世界为何如此不可知的解释，但可探测的最小尺度的基本极限仍然不变。

海森堡测不准原理是量子力学的一块基石。简单地说，这个原理导致我们对量子世界的探索有一个基本的极限。例如，你越是确定某个粒子的位置，就越不能确定它的动量，反之亦然。这个极限被表述为一个方程，在数学上很容易证明。

海森堡有时把测不准原理称为进行测量的一个难题。他最著名的思想实验是对一个电子拍照。为了拍摄照片，科学家可能要向电子的表面发射一颗光子。这会暴露电子的位置，但光子也会把能量传递给电子，使它发生位移。探测电子的位置会不确定地改变它的速率，而测量行为引发的不确定性足以让这个原理成立。

物理系学生在入门课上仍然在通过学习测量干扰来理解测不准原理，但人们发现这不一定是对的。加拿大多伦多大学的艾弗瑞·斯坦恩博格（AephraimSteinberg）和他的团队对光子进行了测量，发现测量行为引发的不确定性可能小于海森堡测不准原理的要求。不过，我们对光子性质的整体了解中包含的不确定性仍然高于海森堡原理的下限。

巧妙的测量

斯坦恩博格的团队并没有测量光子的位置和动量，而是两个不相干的性质：光子的偏振状态。在这种情况下，在一个面上的偏振本质上是和另一个面上的偏振状态相互联系的，根据海森堡测不准原理，我们对这两种状态的确定了解有一个极限。

研究者“稍微”测量了光子在一个面上的偏振状态，这种测量既不会干扰光子，又足以大致了解它的偏振方向。然后，他们测量了光子在另一个平面上的偏振状态。最后，他们精确测量了光子在第一次测量的平面上的偏振状态，看看它是否受到了第二次测量的干扰。

多次进行实验之后，研究者发现测量一个偏振状态对另一个状态造成的干扰不一定像测不准原理预言那么多。在最有利的情况下，干扰是测不准原理所预言的一半。

斯坦恩博格说：别太激动——测不准原理还是对的。“最后，你还是无法同时准确得知两种量子态。”但实验显示，测量行为不一定是导致结果不确定的原因。他说：“如果系统中本身就包含了很多不确定性，那测量结果的不确定性不一定全部是测量行为导致的。”

最新实验第二次进行了小于不确定极限的测量。今年早些时候，奥地利的维也纳科技大学的一位物理学家长谷川宇治（YujiHasegawa）测量了中子的自旋，结果的不确定性小于假设系统中所有的不确定性都由测量导致的预测结果。

但最新的研究成果最清晰地解释了海森堡原理解释的错误。澳大利亚布里斯班的格里菲斯大学的一位理论物理学家霍华德·维斯曼（HowardWiseman）说：“这是海森堡测量干扰不确定原理的最直接的实验证明。这很可能对教科书的作者们有用，让他们知道简单地把测量和干扰联系起来是错误的。”

不过，要动摇古老的“测量导致不确定”的解释也许很难。甚至在进行实验之后，斯坦恩博格仍然在最近留给学生的一份作业中提出了一个测量如何导致不确定的问题。他说：“直到批改作业的时候，我才意识到我的题目是错的。现在我要小心点了。”（环球科学 戚译引）



【038、机智号，起飞！】


2021年04月20日 环球科学

机智号火星首飞成功的消息传回NASA控制中心，人类飞行器在地球之外实现了首次动力受控飞行。

在耶泽罗陨击坑的平原上，机智号1.2米长的叶片以每分钟2500转的速度飞速旋转，在1%个大气压的稀薄大气中托起自己1.8千克的机身……就在刚刚，机智号火星首飞成功的消息传回NASA控制中心，人类飞行器在地球之外实现了首次动力受控飞行。

撰文｜王昱；审校｜吴非

经历过多次推迟，并在火星上完成了一次软件更新后，在毅力号的注视下，机智号无人直升机完成了它的首次飞行。机智号在3米的高度盘旋了约30秒后降落，加上上升和降落，飞行整体持续39秒左右。尽管在火星飞行困难重重，NASA还是挤出一点重量，在机智号上放了一块莱特兄弟“飞行者一号”的零件，以此纪念本次飞行的重要意义。

1903年，莱特兄弟驾着他们的“飞行者一号”起飞时，不知道他们能否想到一百多年后，人类的飞行器也能在这颗红色星球上“御风而行”。那时甚至还没有“科幻”这一概念，基于当时对火星模糊不清的观测，甚至有人称火星上存在运河。在此后的一个多世纪，人类的认知边界和技术实力呈指数上涨。我们把探测器送上了这颗充满未知的红色星球，而今天，我们终于实现了火星表面的飞行。

生存

此次起飞的机智号其实是一台小型的共轴双旋翼直升机，通过螺旋桨的旋转提供升力，可以精确控制4个旋翼的倾角，2个螺旋桨反向旋转力矩抵消，无需尾桨，整体结构也更适合折叠。

机智号被固定在毅力号的底部，它们一起经受了8分钟内从秒速五公里减速到0的考验，降落到这颗太阳系内和地球最接近的红色星球上。对毅力号来说，在火星降落就是最大的考验。而对附着在其底面的机智号，考验才刚刚开始。机智号首先面对的考验就是火星表面极低的温度。耶泽罗陨击坑中夜晚最低温度为零下90摄氏度，不少电子元件的运行都会受到影响。

拥有核电池的毅力号自然不用担心能源问题，机智号附着在毅力号上时，尚且可以依靠毅力号的能源保温。但机智号毕竟还是要离开毅力号的，在抛掉保护罩，缓慢展开，并将六块锂离子电池充满之后，机智号被放置在火星表面。将机智号放下后，毅力号尽快驶离，让机智号获得太阳能。依靠着它上方的太阳能板和内部的电池，机智号顺利撑过了火星寒冷的夜晚。

我们当然也需要和机智号保持联络，但生存下来就已不易，更别提在它上面安装高功率天线了。而这时，毅力号就充当了中转站的作用。机智号可以在1千米内和毅力号保持通讯，前者的状态信息会被传到火星人造卫星上，信号再以光速飞行16分钟，才能到达地球。

起飞

生存下来后，如何在火星起飞依然是个问题。即使火星是太阳系内和地球最接近的星球，两者之间还是存在巨大差异。对于飞行来说，最明显的区别就是火星表面大气密度只有地球密度的1%。地球上的直升机都存在升限，就算是只有4000米海拔的青藏高原，大多数直升机就已经难以飞行。而火星地表1%大气压的密度，相当于地球上3万米的高空。

由于大气过于稀薄，虽然火星表面重力大约只有地球表面的1/3，机智号仍然需要尽可能减轻自己的重量。为了让机智号能够在火星上飞行，它还必须足够坚固，能够承受高转速对机体结构的考验。为此，机智号的旋翼、支脚都使用碳纤维构成。最终，这个翼展1.2米的直升机质量仅有1.8千克，不少人手上的笔记本电脑都比它重。

和1.8千克重量对应的，是机智号旋翼快得有些不真实的转速。地球上的直升机主旋翼转速一般为每分钟300转左右，而机智号为每分钟2500转。飞行时机智号的峰值功率可达350瓦，核动力的毅力号功率也不过110瓦。在地球上这个转速听起来可能有些不可思议，不过也正是由于火星表面过低的气压，这个转速才成为可能。但转速也只能提升到这个级别了，火星表面240米每秒的声速限制了直升机的翼展和转速，超音速后翼尖会产生剧烈震颤，威胁飞行安全。

另外，目前地球和火星之间的距离在16光分左右，而机智号飞行时间最多不过90秒，因此机智号必须实现全自主飞行，实时调控飞行参数。为此，机智号搭载了高通骁龙Robotics Flight 801平台，其核心正是高通骁龙801芯片，大约是七年前的旗舰手机芯片。而机智号上面还搭载了黑白、彩色两个相机，可以在火星上航拍。第一次飞行拍摄了4张黑白照片和3张彩色照片，受数据传输限制，会在3天后传回地球。

就像在地球上那样，飞行器起飞对天气有严格的要求。机智号会根据毅力号上火星环境动态分析仪（Mars Environmental Dynamics Analyzer，MEDA）的数据，推测火星上的天气情况，在电池电量良好的前提下，选择风力最小时起飞。

未来

这次任务风险巨大，在起飞之前没人能知道它是否能成功，所以这个耗费8500万美元的无人机没有被赋予任何科学目标。它甚至不能算作毅力号的一个科学任务，而是一项实验性的技术验证，可以说是一次豪赌。这次飞行验证了将来火星飞行探测器的可行性，甚至为未来火星宇航员使用无人机打下基础。

机智号的设计飞行计划是，在30个火星日（31个地球日）的实验窗口进行至少一次飞行。但他们实际想达成的远不止如此。在接下来的飞行中，机智号将继续依靠太阳能板充电。第二次飞行将会飞到5米高，平移几米距离，飞行90秒后降落。第三次飞行则会测试机智号的飞行性能极限，最多飞到50米外再返回。第四、第五次飞行则依靠之前飞行获得的数据决定。每次飞行，毅力号都会将它的镜头对准它在机智号，提供更多机智号在火星上的飞行照片。毅力号还会在机智号飞行过程中尝试录音，如果可能的话，甚至会拍一两段视频。

NASA一直以探索者自居，他们一直在思考如何在大众中更好地传播科学知识，让所有人都能参与宇宙探索，毅力号和机智号自然也是他们不会放过的重要机会。毅力号、机智号的装配全程其实一直都在网上直播。毅力号上还附带了一块刻有10932295名网友姓名的硅片，一些我们的读者朋友也参加了这项活动。就连毅力号着陆过程中的降落伞，都埋有彩蛋。到目前为止，毅力号任务已经回传并公开了3万多张照片。

如果将目光望向更长远的未来，机智号的起飞应该算得上人类对外星球探测中，一个不大不小的里程碑。面对今天的机智号，我们难以想象一百年后人类还能达成怎样的成就。但有一点可以肯定，面对未知，人类探索的脚步永远不会停歇。



【039、既非中俄又非美欧 新太空竞赛私钱领风骚？】


BBC 商务记者2017年9月30日

斯普特尼克1号升空象征着太空竞赛的开端。

从1957年前苏联斯普特尼克（Sputnik 1)号卫星上天、1961年宇航员加加林登月开始，人类探索宇宙空间的活动基本上是美俄（前苏联）这对冷战夙敌的太空争霸战，私营部门只是小配角。冷战结束后，太空竞赛也发生了翻天覆地的变化。

我们正在目睹一场革命：科技进步正在改变探索太空的传统模式。出面、出钱的越来越多是私人公司，这些公司推销的是诸如可多次使用火箭和水平发射系统之类成本较低的方案。

投资资金涌入宇航业。2016年，全球太空经济规模达到3290亿美元，其中四分之三来自私营部门。

人造卫星体积越来越小，建造成本越来越低，已经有大约1500枚在天上绕地球轨道运行。

海量的数据和图像从太空源源不断传回地球，经过电脑处理、解读、营销而实现商业价值。

私营部门开发的新型火箭将挑战火箭发射领域的传统格局

曾经，太空探索只有国家政府具备足够的人财物资源去尝试

火箭是连接地球和浩瀚星空的关键。在这个领域，引领潮流的是亿万富豪。

SpaceX，美国科技奇人埃隆·马斯克（特斯拉创办人）用猎鹰9号运载火箭向国际空间站输送给养；亚马逊旗下贝索斯的公司Blue Origin 正在开发新火箭New Shepard和New Glenn。

这两家公司都掌握了垂直着陆的开创性技术，这是可多次使用发射系统研发过程中的一个重要里程碑。

同时，富商理查德·布兰森的维珍集团在开发从空中发射卫星的技术。他的开发太空商业性旅游业务的计划也在继续。

新西兰的火箭试验室（Rocket Lab）也加入了今日太空竞赛，希望改变人类探索太空的方式。

这家公司还在襁褓期，但它是地球上唯一一家拥有自己的发射基地的火箭制造公司；它的发射基地在新西兰北岛的马西亚半岛（Mahia peninsula）。

可重复使用的火箭将极大降低发射人造太空飞行物的成本

火箭的本质可以说跟1957年的史普尼克时代没什么区别，即它必须冲破地球引力把运载的物体送进运行轨道。

但是，公司创办人彼得·贝克（Peter Beck）说，如果因此就断定火箭试验室的产品也不过是又一款新火箭，那就错了。

目前，发射一枚卫星的平均成本约2亿美元，美国去年发射了22枚卫星。

贝克说，一旦他的火箭投入使用，发射成本将锐减，只需要500万美元，而且发射频率可以提高到每周一次。

火箭试验室的商业战略核心是把小型卫星送入近地运行轨道的运载火箭Electron， 主要材质是碳纤维，发动机用3D打印机打印。

传统上生产一台火箭发动机需要几个月，贝克声称他的公司只需要24小时。

今年5月，Electron 火箭首次试射，顺利上天，但稍后因为通讯故障等原因最后没有进入预定运行轨道。

卫星制造商也希望能灵活安排卫星的发射计划。贝克说，火箭试验室正可以满足这种需求。

2017年5月25日，Electron从新西兰Rocket Lab的发射基地升空。

"你现在可以上网，（像买戏票或飞机票时网上订位一样）点击鼠标预定自己想要的发射席位，"他说，而不需要排队等大型火箭发射基地出现合适的机会。

美国旧金山的小型卫星制造商星球试验室（Planet Labs）是火箭试验室的客户之一。星球试验室的卫星是迷你"卫星块"，重4公斤，在离地球表面500公里的轨道运行。传统的商业通讯卫星的运行轨道离地球表面35700公里。

迷你卫星块可以用小型相机获得高清晰度的影像，成本和重量只及大型通讯卫星的零头。

而受益的不光是使用迷你卫星的公司；它们采集、获得、生成的数据由于成本低廉而得以扩散到更广大的受众群体，更多人能获得原来只有一小部分专业人士有渠道获取的信息。

火箭和卫星领域的革命可以称作太空硬件的革命，也是最多上头条的新闻，但最重大、深远的革命发生在伴随硬件革命而来的海量新增数据的现实应用领域。

卫星体积缩小，重量减轻

农场、石油天然气公司和矿务公司已经在使用这些数据。

比如，土壤状况出现问题，农场主可以得到提示，从而为作物歉收提前做好准备；渔民可以事先获知海洋水温情况，据此决定到那片海域捕捞。

根据发回的大量高清影像，人们可以据此跟踪每一颗树的生长情况，也可以据此跟踪植树造林或砍伐森林的情况。

因大量数据的运用而受益匪浅的企业又在推动进一步的创新，形成积极循环。

例如，安萨里X大奖（Ansari X Prize）是为鼓励发明可重复使用的载人空间飞船。

谷歌月球X大奖（Google Lunar X Prize），奖金2000万美元，用以奖励第一个研发出能够移动500米并传输图像的机器人把并把它送上月球的团队。

太空竞赛早已今非昔比。今日航天工业是这样的：低成本卫星，在你指定的时间由价格亲民的火箭送上天，这一切都只需点几下鼠标就能搞定，而不是等候被列入官办机构的航空航天项目。

技术已经发展到可以从卫星上拍到地面上的行人

不过，太空竞争也遇到了挑战，英国宇航专家盖瑞斯·摩根（Gareth Morgan）说。

海量的图像和数据已经超出了原有数据处理系统的承载能力，必须有相应的数据自动处理和分析人工智能系统来承担如此重任。

另外，信息多了是件好事，但带来新的问题：如何确保数据的使用合乎道德、合理合法。别忘了，那些卫星随时都能拍到地球上任何一个人的照片，而这些照片什么人可以看到？

私营公司的卫星倍增，数据大革命越演越烈，势态已经发展到评论人士呼吁展开辩论的程度，辩论的主题就是公共和私营部门在太空的角色定位。

在金融层面，虽然投资的潜在回报可能巨大，风险也一样巨大。

"火箭不是从太空赚钱之道，"牛津大学创新项目负责人迈特·珀金斯（Matt Perkins）说。他曾在萨里卫星公司（Surrey Satellites）当了10年首席行政官。

珀金斯认为，赚钱之道在于产品开发，在于利用那些来自太空的信息。

各种成本的降低催生各种新的商机，而数据的利用领域蕴藏着人们想象不到的可能性。在这个商业新前沿，一切都取决于人们发挥商业优势的创造力。



【040、距离冥王星1.7亿千米！“新视野号”探测到冥王星外的目标】


博科园袁隆平

“新视野号”宇宙飞船正在前往一个遥远太阳系天体的途中，它已经在第一次尝试中，从1亿多英里(1.7亿公里)之外发现了目的地。该航天器于8月16日完成了这一壮举，向地球发回了一系列48幅图像。“新视野”号正准备飞过一个叫做“终极极北”的冰天雪地柯伊伯带小天体。

距离冥王星1.7亿千米！“新视野号”探测到冥王星外的目标：美国国家航空航天局于8月28日公布的这些图像显示，在左边，物体的位置集中在十字准线上，在右边，同样的图像减去了恒星亮度。西南研究所行星科学家、新视野号的首席研究员艾伦·斯特恩(Alan Stern)在NASA的一份声明中说：我们现在看到的终极目标，比以前认为的要远得多，在最后门口，一个惊人的探索正在等待着我们！

在飞船还剩下4个月的旅程中，能够很容易地发现这个物体，说明研究小组对2014年MU69号的确切位置以及它的去向有了很好的把握。这本身就是一个挑战，因为该天体是在四年前被发现的，位于冥王星10亿英里(16亿公里)之外。如果从1亿英里以外的地方发现一小块岩石听起来还不够困难的话，考虑一下同一视场内的恒星的数量——包括在物体右边，右边，左边的图像中。

“新视野号”的科学家们收集了2018年8月16日拍摄的48张不同的照片，以聚焦于飞船的下一个目标——2014年MU69号(左)的位置，还减去了框架内的恒星以聚焦于物体本身(右)。

约翰霍普金斯大学应用物理实验室的新地平线项目科学家哈尔韦弗(Hal Weaver)在声明中说：这真的就像大海捞针，在这些最初的图像中，Ultima只出现在背景恒星的侧面，亮度大约是它的17倍，但随着飞船越来越近，Ultima将变得越来越亮，也更容易看到。而“新视野号”将会继续靠近，直到2019年1月1日，届时它将会离目标最近。



【041、科普：“旅行者2号”星际穿越看到了什么】


2019-11-07 新华网记者张莹

一年前，美国“旅行者2号”探测器飞出日球层，成为继“旅行者1号”之后第二个进入星际空间的人类探测器。

“旅行者2号”从太阳系进入星际空间看到了什么？本周出版的新一期英国《自然·天文学》杂志刊发一组论文，详解“旅行者2号”传回的首批“星际穿越”数据，让人们得以窥见太阳系与星际空间“接壤”之处的神秘图景。

观测到对称的日球层

美国航天局喷气推进实验室在一份公报中介绍，“旅行者2号”搭载了5个科学探测设备。此次发表5篇论文，每篇侧重解释一个探测设备所获数据。

在论文中，研究人员确认，“旅行者2号”于2018年11月5日飞出日球层进入星际空间。此时，该探测器距太阳约180亿公里。信号以光速从该位置传回地球需要超过16小时。

日球层犹如太阳风吹出的巨大“气泡”，太阳系行星都处在“气泡”内。“旅行者1号”2012年飞出日球层时距太阳约183亿公里，这之前科学家并不知道这个“气泡”究竟有多大。

对比两个探测器的“穿越”位置可为研究日球层结构提供线索。参与研究的美国艾奥瓦大学学者比尔·库尔思说，通过对比两个探测器的穿越点可基本看出日球层形状是对称的。

对比数据还揭示了日球层顶的某些特征，比如在不同位置日球层顶厚度不同。日球层顶是日球层最外缘边界，太阳风与星际风在这里达到平衡。科学家认为日球层顶会随太阳活动移动，就好像肺部随着呼吸扩张和收缩一样。

探明太阳系和星际空间的边界

太阳系与星际空间的边界地带充斥着哪些物质？“旅行者2号”也获得一些线索。进入星际空间时，它搭载的高能粒子探测仪检测到日球层粒子数量骤降，同时宇宙射线量剧增并保持在高水平。此前“旅行者1号”发现日球层可以将地球及其他行星受到的宇宙射线辐射减少七成以上。

两个探测器获得的数据均显示，它们完成穿越时周围等离子体密度剧增。等离子体是由正负离子、电子及中性粒子组成的特殊物质形态。科学家此前已知，日球层内的等离子体炽热而稀疏，星际空间内的等离子体冰冷而密实。

参与研究的艾奥瓦大学荣誉教授唐纳德·格尼特说，最新数据表明“那种认为太阳风在深入宇宙空间时逐渐减弱的老观点是不正确的”。等离子体密度剧烈变化意味着，太阳系和星际空间之间有一个明确边界。

“旅行者2号”数据证实，星际空间边界的等离子体温度确实低于日球层内等离子体，但比此前预期略高。数据还显示，“旅行者2号”飞离日球层前等离子体密度也曾略微升高，表明等离子体在日球层内缘和外缘经过了两次压缩，但尚无法解释原因。

“旅行者”项目科学家、美国加州理工学院物理学教授爱德华·斯通说：“‘旅行者’探测器向我们展示了太阳与填充银河系恒星间大部分空间的物质如何相互作用……如果没有‘旅行者2号’传回的新数据，我们就无法知道‘旅行者1号’看到的景象是整个日球层的特征，还是只与它穿越的地点和时间有关。”

发现平行的宇宙磁场

宇宙磁场广泛存在于宇宙每个角落。“旅行者2号”磁场传感器的观测数据印证了“旅行者1号”的一个惊人发现：日球层顶外缘区域磁场方向与日球层顶内部磁场方向是平行的。

科学家最初通过“旅行者1号”发现这个现象时，他们不确定这种有序的磁场排列是外部星际空间的普遍特征还是巧合，最新数据表明太阳系内外磁场方向很可能是一致的。

1977年，美国发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器。不过名称在后的“旅行者2号”反而先发射16天，它最初设计寿命为5年，用于观测木星和土星，但此后继续向太阳系边缘飞行，又观测了天王星和海王星，到现在已运行42年。目前，两个探测器中速度较快的“旅行者1号”距太阳超过220亿公里，较慢的“旅行者2号”距太阳约182亿公里。

美国航天局说，“旅行者”姊妹探测器上携带有关于人类文明的声音、图片和影像，有望在数十亿年后仍然在宇宙中传递人类文明的信息。



【042、科学家发现与众不同的行星系 恒星旋转方向与行星相反】


2021年02月16日 cnBeta.COM科学探索

在行星系中，一般来说，行星和恒星的旋转方向是一致的。以我们自己的太阳系为例。我们的太阳自转的方向与地球和其他行星的轨道几乎完全一致，但有6度的小倾斜。人们曾经认为所有的行星系统都以类似的方式工作，但研究表明，情况并不一定如此。

天文学家已经发现了几颗恒星，它们的自转方式与围绕它们运行的行星不同，但最近的一项研究发现，一颗恒星的旋转方向与它的系统中的两颗行星相反，不是一颗，而是两颗。

K2-290系统共包含三颗恒星，其中有两颗行星围绕其主星K2-290 A运行，有趣的是K2-290 A与围绕它运行的两颗行星相比倾斜124度旋转。也就是说，它的旋转方向是相反的。

来自丹麦奥胡斯大学的Maria Hjorth和Simon Albrecht观察到了这一前所未见的场景，并于周一在《美国国家科学院院刊》杂志上发表了他们的发现。

围绕K2-290 A运行的两颗行星存在于同一平面上，因此解释方向差异变得更加复杂一些。

阿尔布雷希特和他的同事认为，鉴于这个系统有三颗恒星，"来自伴星的引力扭力"很可能是K2-290 A独特旋转的原因。K2-290系统中的其他恒星可能会对旋转和轨道造成破坏。

"K2-290的独特之处在于，已经探测到一颗伴星（K2-290 B），"研究报告中写道，"其特性使其成为原行星盘错位的良好候选星。"



【043、科学家认为，人类有可能是宇宙中最发达的一批文明？】


2021-04-19 指针旅游

在浩瀚无比的宇宙中，存在无数的恒星，这些恒星会长时间的发光发热，当一个恒星走到生命终点时，会制造并喷发出大量的物质，这些物质会和恒星留下的行星状星云一起形成新的恒星系。

我们的太阳系，其实就是另外一个恒星死亡后的产物，包括我们的地球以及地球上的生物，其实都是恒星产生的物质，人类文明其实只是宇宙自然演化的一个巧合，对于整个宇宙来说，地球和人类都太过渺小了。

既然宇宙这么大，其他的恒星系应该也有可能诞生出生命，在宇宙中的某处可能有其他的文明也在默默地探索宇宙，为什么人类一直找不到外星文明呢？

不只是我们好奇，科学家也一直想搞明白这个问题，“费米悖论”就是一个讨论外星文明的悖论，在天文学和物理学界有着很大的影响，简单来说“费米悖论”指出了两个问题。第一个是“尺度问题”，在银河系中大约有2500亿颗恒星，行星的数量多到无法计算，就算一个行星诞生出生命的概率很低，银河系中也应该存在不少文明才对。

第二个问题就是“没有其他文明的迹象”，人类从上个世纪开始一直在积极的探索宇宙，但是人类始终没有在宇宙中发现其他文明存在的迹象，从人类文明的科技发展速度来看，这显然不是一件正常的事情，人类在第一次工业革命后，科技发展的速度可以说是日新月异。

如果宇宙中存在其他文明，那么一些文明可能已经存在了上千年或者上万年，这些文明的科技应该已经发展到了可以星际旅行的地步，那么这些文明的科技活动应该会有很大的动静才对，但是人类一直没有发现文明文明存在的证据，这两个问题形成了“费米悖论”，也就是人类一直找不到外星文明是一件不合理的事情！

“费米悖论”不是一个虚构的奇闻怪谈，而是一个科学家经常讨论的天文学术语，那么我们应该怎么去解释“费米悖论”呢？为什么人类一直找不到外星文明呢？

首先，第一个问题就是“生命的普遍性”，人类一直没有在宇宙中的其他星球上发现生命，难道在宇宙中生命的存在没有我们想象的那么普遍吗？科学家认为，虽然行星上诞生出生命的几率很低，宇宙中的生命行星也不会很少，可观测宇宙900亿光年，恒星和行星的数量无法计算，在这么庞大的数量基数下，肯定很多行星存在生命。

可是，存在生命不等于会发展出文明，地球上的生命已经诞生40多亿年了，也只出现了人类这一种智慧生物，生命的演化是一个从简单到复杂的过程，在这个过程中有很多的因素影响着生物的进化，如果任何一个因素发生变化，人类很可能就不会诞生，仔细算算人类出现只有短短的几百万年，发展出文明不到一万年，由此可见文明的诞生是一件很困难的事情。

银河系中虽然存在大量的恒星，但是科学家提出，只有靠近银河系外围的区域才有可能诞生出生命，靠近银河系中的区域恒星会特别密集，各种宇宙射线和超新星爆发会特别频繁，恒星的演化会摧毁一定范围内的文明，就像是《流浪地球》中的氦闪，逼得地球文明逃离。

综合这些因素以后，我们会发现银河系中的文明可能没有我们想象的那么多，并且很多行星诞生出生命后，不一定可以诞生出文明，因此科学家大胆推测，人类可能是宇宙中最先进的一批文明！

在很多科幻作品中，外星文明的科技一般都高于人类，但是现实情况却是，宇宙中的大部分文明可能没有人类发达！首先，一颗行星诞生出生命的概率很低，诞生出生命后，这些生命可以演化出文明的概率也很低，就算一个行星上演化出了文明，这个文明也可能长时间处于封建时代，无法发展出科技。

我们的宇宙目前还很年前，在宇宙中存在大量的恒星发光发热，所以科学家认为，宇宙中的文明可能都还处于初级阶段，至少在人类观察的范围内不存在特别发达的文明，所以“费米悖论”可能没有我们想的那么可怕，宇宙中也没有那么多对人类心怀不轨的外星人，浩瀚的无边的宇宙正等待着我们探索！



【044、科学家在两颗远古陨石上发现了液态水的痕迹】


日前，科学家们在两颗二十年前坠落在地球上的远古陨石上发现了生命所必需的液态水和有机化合物。

这项研究是基于对盐 (含盐) 晶体的第一次全面分析，科学家们在两颗远古陨石上发现了生命所必需的液态水和有机化合物。

科学家们相信，这两个45亿年前的陨石是来自火星和木星轨道之间的小行星带。这两颗陨石在20年前（1998年）落到地球上，但当时的技术无法检测到氨基酸的存在。

目前，这项研究结果发表在《Science Advances》杂志上，这也与最近几年美国宇航局在Nasa's Dawn太空船收集到的数据相印证。

这些数据均说明在一些相邻的小行星， 特别是谷神星（小行星带中的一颗小行星）， 可能有生命存在的迹象。

一个来自英国公开大学和德克萨斯州的NASA航天中心的国际研究团队，在这两颗远古陨石中发现了氨基酸（构成蛋白质的基础）， 碳氢化合物（氢和碳组成的有机化合物）以及液态水。这些都是支持生命所需的重要成分。

在英国公开大学的首席研究员说：“研究团队收集了从陨石的微小的盐晶体进行氨基酸和有机化合物分析。每块盐晶的厚度大约是两毫米，颜色和蓝宝石的颜色相似，是一个充满有机化合物的小个体， 含有支持生命所需的重要成分。”

此外，研究小组使用拉曼光谱技术，利用光来检测有机物的化学成分以确认水的存在。

“更难以置信的是，两颗陨石的盐晶体都被认为是来自小行星带上最大的小行星—谷神星， 这表明这颗小行星可能是一个适合生命形成的地方。”



【045、科學家發現「金星」疑似存在生命證據？人類到底為何對這顆星球如此執迷？】


Daniel Hsu 2020年9月15日

近期因為科學發現了「金星」疑似存在生命證據，而讓這顆星球再次推上檯面被大家討論！不過早在很久以前，人類就對金星有各種想像，但到底「金星」是一顆怎樣的星球？古代跟現代人類如何看待它？現在的科學家到底又是發現了什麼金星存在生命的「證據」？

1. 金星到底是一顆怎樣的行星？

金星是太陽系中圍繞太陽運動軌道中距離太陽第二近的行星（最近的是水星、地球排第三，其次依序為火星、木星、土星、天王星、海王星），它的大小、質量、體積與地球相似，但是表面是乾燥的荒漠景觀，大氣的組合主要包括二氧化碳和極少量的氮，金星的「雲層」組成是「硫酸」水滴構成的「硫酸雲」，也因為它的大氣與氣候狀態，造成了金星有自然生成的顯著溫室效應，而使得它的星球氣溫比起最接近太陽的水星還高，金星的平均氣溫高達 462 °C，也是整個太陽系中溫度最高的行星。

金星是太陽系中圍繞太陽運動軌道中距離太陽第二近的行星（最近的是水星、地球排第三）

2. 金星可能存在古文明之說？

雖然金星不管是地質或是大氣造成環境的惡劣（即「不適人居」），但是根據許多研究跟證據顯示，金星在過去可能擁有海洋，並且外觀與地球極為相似，但是隨著失控的溫室效應導致溫度上升而全部蒸發掉了。此外，在一些沒有直接證據的偏門研究指出，在金星表面還發現了疑似「城市廢墟」或「金字塔」的存在，也就有了「金星可能存在古文明，甚至曾經是宇宙文明中心」的「傳說」？！

不過不管金星過去到底有沒有存在過文明，但能確定在金星出現「問題」之前，可能已經擁有了幾十億年舒適、穩定的氣候狀態，如同現在的地球一樣，所以如果我們不再好好保護地球，金星的現況很有可能就是地球的未來……

3.「撒旦」跟「基多拉」都是來自金星！

從地球的角度來看，金星是亮度僅次於月球，在夜空中的亮度第二亮的天然天體，而以金星與地球的位置關係來說，在每天的「破曉」前與「日落」前是在地球上能觀測到金星最亮的時候，所以金星在古代有兩個名稱，破曉前的金星叫作「啟明星」、日落前的金星叫作「長庚星」。

不過也是因為金星的特性，在基督教中就把金星視為撒旦、墮天使「路西法 Lucifer」的象徵，「Lucifer」在希伯來語中即是「晨星 Morning Star」的意思，日出前的金星象徵路西法初為天使「帶來光明」的形象，而日落前的金星則代表路西法墮落為魔鬼為世界「迎來黑暗」。

墮天使「路西法」的形象概念可能來自古代人對金星天文特性的過度詮釋（影集《魔鬼神探》劇照。）

不過說到「金星」跟撒旦的連結，就必須講一下《哥吉拉》的宿敵怪獸「基多拉」了！在日本原版的設定中，「基多拉」是來自宇宙的怪獸，牠曾毀滅了「金星上的高度文明」，其實日本原版的設定跟撒旦沒有關係，單純是指涉大家廣為流傳「金星曾有高度文明」的哏而已；不過到了最新好萊塢版《哥吉拉：怪獸之王》中，為了讓每一隻泰坦巨獸都跟人類古神話有連結，所以因為剛好日本原本說「基多拉來自金星」、而且撒旦曾在《聖經》中被形容成「從天而降的大蛇（龍）」、而撒旦本身就是金星，所以理所當然的在這版的電影世界觀設定中，基多拉就成為了古代地球人對撒旦神話想像的原型了……

《哥吉拉：怪獸之王》將來自金星的宇宙怪獸「基多拉」比擬成「路西法」，還在電影中讓牠與「十字架」同框演出！

4. 最重視金星的「古馬雅」文明

雖然基督教在傳統上把金星視為撒旦的象徵，但許多古文明把金星視為美好的代表：首先在古希臘羅馬神話中，金星是「愛神」的化身，金星的英語與拉丁語名稱就是「維納斯 Venus」，更早之前古希臘人認為明亮的金星是愛與美女神的「梳妝鏡」；中國古代因為金星「硫酸雲」造成的混濁外表而稱呼它「太白星」，而「太白星君」則被描述為是個慈祥而富有智謀與口才的老者，在《西遊記》與中國神話故事中常常擔任玉皇大帝的欽差大臣。

普遍流傳的這張金星圖片是 1990 年代初麥哲倫號以「雷達攝影」拍攝出「沒有雲層」的金星。

但絕大部分能拍攝到金星模樣是這樣的，因大量硫酸雲與其大氣而造成的混濁面貌。

不過最重視金星的古代文明就是南美洲的「古馬雅文明」了！古馬雅認為金星是他們信仰核心主神「羽蛇神」的故鄉，按照傳說羽蛇神主宰著「晨星（金星）」、發明書籍、曆法，為人類帶來玉米（糧食）。馬雅文明甚至發明了兩套曆法（前面說了傳說羽蛇神發明了曆法），除了後來廣泛使用的「太陽曆」（根據地球圍繞太陽公轉軌道位置，以及在地球上所呈現出太陽直射點的週期性變化所制定的曆法）外，最早還有以金星的周期活動為標準的「金星曆法」，一般稱「卓爾金 Tzolkin」曆，按照卓爾金曆的設定，一年一共有 260 天，不分「月份」，這 260 天都是獨立的日子，概念如同「天干地支」，10「天干」與 12「地支」搭配有 60 個組合，卓爾金曆的 260 天是由 13 個「日數」與 20 個「日名」搭配來命名 260 個不同組合。

而到後來阿茲特克文明還將太陽曆與卓爾金曆搭配使用，制定出名為「托納爾波瓦利曆 Tonalpohualli（或稱《阿茲特克神聖曆》）」的曆法，其中金星曆法的部分是作為古代中南美洲人傳統信仰制定祭祀活動時辰的重要依據！

中南美洲古神殿的羽蛇神雕刻。

5. 史蒂芬金與「克蘇魯神話」下的金星

既然「金星」早在天文科學普及之前就在各大古文明有那麼重要的地位了，那麼早期的流行文化對這顆星球的想像也是相當豐富！例如恐怖大師史蒂芬金 Stephen King 就曾在他的短篇小說《The Cursed Expedition》中把金星描繪成是一顆「如生物一般『活著』的星球」會吞食太空船。

不過最著名的還是 H. P. 洛夫克拉夫特 H. P. Lovecraft 所創作的「克蘇魯神話」小說世界觀了！前面提到，基督教認為金星路西法是大蛇（龍），馬雅人也認為羽蛇神（有羽翅形象的大蛇）來自金星，所以洛夫克拉夫特就認為這樣的不同文化間卻有共同特點並非巧合，所以他大膽創作：「金星」真的曾有超高智慧的高度文明，而「金星人」是外表如爬蟲一般的「蜥蜴人」，在金星毀滅後，蜥蜴人逃難到地球，為智慧尚未開化的古地球人帶來外星科技，並且被古地球人視為神祇，並且他還用了許多古文明中都有「從天而降的蜥蜴」（即該信仰中有爬蟲外觀的神祇，如許多古埃及神祇、蘇美的「阿努納奇 Anunnaki」、中國神話中半人半蛇形象的伏羲與女媧……）的特點來加以強化這個世界觀概念的佐證。

掌控古文明的蜥蜴人（2009 年美國電影《Land of the Lost》劇照。）

6. 神秘的「金星殖民」計畫！

講完了神話，我們再回到天文學！在冷戰時期，人類太空科學剛起步的時候，由於金星是距離地球最近的行星，以及最前面提到它的大小、質量、體積與地球相似，所以最一開始「太空殖民」計畫最早的鎖定目標就是金星！也因為如此，關於金星的娛樂文化描繪，除了上述的「神話」觀點外，「金星殖民」的題材也很常出現在較偏科學性質的科幻小說中。

不過後來隨著人類發現了金星種種的惡劣生存環境後，人們的注意力便開始集中於月球及火星殖民之上！

7. 金星疑似存在生命的證據是？

而根據最新的研究，由來自世界各底的天文學家團隊透過夏威夷的 JCMT 望遠鏡與智利的 ALMA 電波望遠鏡，發現了金星的大氣中的含有「磷化氫」的存在。但這有什麼重要或特別厲害的地方？而且光憑這點就能證明金星有生命存在？

實際上，這是人類第一次在地球之外的星球上發現磷化氫的存在；而在地球上，磷化氫的產生幾乎是由有機生物分解而來！雖然說根據資料顯示，金星大氣中的磷化氫含量只有「一億分之 2」，但是根據金星的大氣成分與超過攝氏 400 度的高溫，磷化氫應該很快就被破壞殆盡，雖然比例含量極少，但穩定數量比例的磷化氫持續存在，就代表有「某種東西」正在不斷且穩定持續產生它！為此，NASA 美國太空總署署長 Jim Bridenstine 也表示，這個創舉確實影響了把調查金星任務優先順序往前調動的可能性……

金星表面乾燥的荒漠景觀。



【046、可以避免的悲剧：太空船2号坠毁事故】


BBC 2015年8月5日

2001 年空客坠机事件的发生是由于飞机设计允许危险的操作。

飞行员试图对飞机执行一次技术上可行但很危险的操作。由计算机控制的精密飞行系统理应介入，避免事故的发生，但由于某些原因未能介入。飞机的机身因无法承受压力而解体。

以上情景曾在最近的新闻中播出。那是维珍银河公司太空船二号（Virgin Galactic SpaceShip Two）飞行员彼得·西博尔德（Peter Siebold）忆述试验飞船去年在莫哈韦沙漠（Mojave Desert）上空解体时的情景。事故导致副驾驶丧生。坠毁事故被归咎于副驾驶迈克尔·艾尔斯伯里（Michael Alsbury）：在飞船上升时，他过早解锁制动机制。理论上讲，副驾驶无权执行上述操作。

去年的这次事故与十多年前另一次坠机事故极其相似；当时坠毁的是一架满载乘客的飞机。那次坠机事故实际上也是飞行员的操作失误导致的。

2001 年 11 月，美国航空公司AA587航班从约翰·肯尼迪机场起飞后不久即在纽约皇后区坠毁，导致机上全部 260 人及地面上五人丧生。

为了摆脱在它之前不久从肯尼迪机场起飞的一架波音 747飞机造成的颠簸气流，美航587航班副驾驶左右晃动飞机尾舵，这是他在执飞小型军用喷气机时颇为熟悉的操作。这种操作是大型商用飞机所禁止的，但却很容易实施，因为空客 A300-600飞机控制系统的设计使得飞机飞得越快，移动方向舵越容易。

结果就造成飞机尾翼和方向舵被来自两侧的巨大交变应力撕裂脱落，导致飞机失控。

在事故报告中，美国国家运输安全委员会（简称“安全委员会”，NTSB）认为，第一名机师“不必要且过度的”方向舵踏板操作是导致悲剧发生的原因，委员会还对航空公司的培训制度提出批评，但同时也指出，空客飞机的控制系统需要改造。在飞机高速飞行时，飞机的控制系统过于敏感。

上述事故与维珍银河公司此次事故的细节有着惊人的相似。NTSB最近在华盛顿开会，讨论并起草有关本次事故的报告。

2014 年 10 月 31 日，白骑士二号把 Scaled Composites 公司制造的太空船二号放到10 公里高空，以测试其混合推进剂火箭发动机的性能；该发动机以氧化亚氮气体中的尼龙固体颗粒作为燃料。

解体

太空船二号应该在接近 1.5 倍音速飞行时由机组人员解锁双尾桁，使飞船能够在100公里（从这个高度开始是太空）之上的亚轨道顶端机身以某个适当角度旋转，使整个飞船像一只缓慢下落的羽毛球或羽毛毽。这样能避免碳纤维飞机在下降过程中过热。

在如此高速下飞行，空气动力作用可避免尾翼在发动机仍处于点火状态时展开。但由于未知原因，副驾驶艾尔斯伯里在火箭刚刚点火后就解锁了尾翼，当时飞船的飞行速度仅次于音速。

这意味着尾翼已经展开，致使飞机的一部分几乎在以超音速飞行，而另一部分则在制动，巨大的应力造成飞机解体，导致致命后果。

坠机事件引发对维珍银河公司太空船设计的指责——安全委员会表示，“Scaled Composites 公司并未考虑到试飞员会提早解锁尾翼的可能性，或者说，未考虑到这一个单纯的人为错误会导致尾翼展开”，因此，飞机控制系统未能阻止上述操作。完整的事故报告在二至四周后公布。

显然，该公司现在已经认识到这个问题。太空船二号后继者的控制系统目前正在加州莫哈韦沙漠生产。已经过改造的控制系统能阻止飞机过早展开尾桁。

维珍银河及其与 Scaled 合资的公司——太空船公司（TSC）首席执行官乔治·怀特塞兹（George Whitesides）向 BBC Future 表示，他们已经进行了“全面的内部审核评估”，确保不再发生能够被飞机控制系统阻止的飞行员操作失误，避免引发其他人为事故。

“我们还请外部评审组核查证实我们的调查结果，他们也已经证实了，”怀特塞兹说。“我们的第二架太空船将于今年年底推出，它将更安全。”



【047、空客A310的零重力飞行体验】


BBC 2018年3月2日

"5、4、3、2、1…"

没有飞机机长会在起飞前给乘客倒计时，但这并非一架普通的飞机。除机组人员外，这架飞机的所有乘员都是科学家。他们已经通过了包括心脏检查在内的全面体检。这不是为普通乘客服务的航班。

"拉起！30度、40度……"

此时，飞机正在做一项复杂而危险的飞行动作，需要驾驶舱内的三名飞行员通力合作才能完成。飞机从平飞状态迅速拉起，爬升角度不断增大，30度，然后40度。

在这架空客A310的客舱，所有座椅都被拆除，舱内墙壁装设衬垫遮蔽了所有窗户，乘客们不是站着，就是或坐或躺在地上。

有几位科学家戴着附有电极的帽子。另外一位科学家则把双手放在一个怪异的盒子里，好像他有三只手（后文有详细说明）。好几位科学家紧盯着洗衣机大小、上面遍布开关和屏幕的金属控制柜。我则躺在机舱内被网布隔开的一小块地板上。

机上的科学家们将参与多项实验——随着超重越来越强，所有人的身体各部位都受到巨大压力，每个人被牢牢压在座椅上。幸好，我们在几秒钟后就将体验到截然不同的感受。

"…50度，发射。"

爬升角度增加到了50°，魔术开始了。飞机此时进入一条抛物线轨迹，飞机在惯性作用下到达抛物线顶点，此时机舱内的噪声突然减弱，发动机噪声则变得尖锐。爬升过程中，飞机处于1.8G超重状态，我自己的体重则达到了平时的两倍。而抛物线的顶点过后，我感觉体重消失了，我的身体被一股神奇的力量带离机舱地板。这就是失重。

这是美妙而自由的20秒。有些不走运的家伙痛苦地坐在飞机后部，手中紧握呕吐袋。我则在机舱内自由漂浮，这是一种非常美妙的体验。

此时，机上每个人都体验到了微重力，这种感觉和国际空间站（International Space Station, ISS）上的宇航员并无二致。欧洲航天局（European Space Agency, Esa）租用了Novespace公司的零重力飞机，主要用于微重力科学实验，有时候也用于宇航员训练。即便在太空中，宇航员也会受到微小重力的作用，这是由于两个物体之间永远存在万有引力的缘故。因而，微重力这一词汇能够更加准确地描述这种环境，而零重力则是为了吸引眼球的一个不严谨词语。

"我们要在飞机上做12项实验，"登机前，欧洲航天局微重力飞行协调官尼尔·麦尔维尔（Neil Melville）告诉我。"这项实验是为了测试陀螺仪执行器，"他指着一个被网布隔开的，摆满了盒子大小的微小卫星的区域说。"他们用卫星跟踪零重力环境下的球体运动。"

他接着走向另一群科学家，他们正围着一个金属箱坐着。"这项实验是为了研究零重力下，火焰在燃烧室中的扩散规律。"

另一项实验是为了研发一种将在国际空间站上使用的热能泵。麦尔维尔带我走向另一个小组。"这是为了检验弱等效原理——爱因斯坦广义相对论中的一个假设。"

三只手的科学家正在进行"橡胶手错觉"实验。如果在你真正的手旁边放上一只仿真的假手，然后用画笔同时轻刷你的手和假手，一段时候之后大脑就会错误地认为假手是你身体的一部分。在微重力环境下进行这一实验的目的在于检验微重力是否会改变这种感受及相关感觉。

绒毛玩偶

某些实验装置上摆着吉祥物。失重作用下，这些吉祥物在空中漂浮——"整段抛物线飞行只持续1分钟，其中包括20秒的失重，"麦尔维尔说。"但是飞机每次飞行都会做31次抛物线，每3分钟做一次，因此能够提供总计10分钟的微重力实验时间。"

尽管乘客们在登机前都服用了抗晕机药物，但是仍然有几位不走运的科学家出现了晕机呕吐症状。有些人在几次抛物线飞行后就适应了失重环境，而有些人则在第一次抛物线飞行后就出现恶心呕吐症状，一直到持续到飞行结束。飞行前，机长告诉我，飞机上没有卫生间，"你吃了药就不会想去厕所。"

"其实导致晕机的最大原因是精神紧张，"麦尔维尔说。"如果保持心情镇定就不会晕机。"

大多数人认为，在飞行即将结束时，从2G过载恢复的正常状态是最难受的，每次飞行平均会有2人晕机。

大多数科学家都能应对这一特殊工作环境。他们在实验装置上系上吉祥物等玩具，在失重条件下这些玩具就会漂浮起来。地板上的下肢固定带可以帮助乘员在失重条件下操作实验时保持身体直立，防止身体漂向一个危险的方向。"否则，一旦零重力状态结束，你就会砸到实验设备上。"

在总共12项实验中，有6项都属于欧洲航天局的"飞行论文"计划。德国体育大学（German Sport University）和澳大利亚阳光海岸大学（University of the Sunshine Coast）的学生提摩·克莱恩（Timo Klein）参与了研究大脑活动与血液流速之间关系的实验。

克莱恩戴着一个帽子，帽子上的电极可以监控他大脑的活动。与此同时他和另外两名受试者在20秒微重力过程中根据音响信号操作键盘，同时解数学方程。"方程不难，但在时间压力下，它的难度会大大提高，从而考验你的认知能力。"

橡胶手错觉

科学家正在实验微重力是否会影响"橡胶手错觉"——对于宇航员而言，身体和大脑健康一样重要，必须考虑微重力条件下长期与世隔绝对宇航员身心健康的影响。

"长期与世隔绝会导致认知能力下降，但是，微重力环境会让认知能力有所提升，"克莱因说。"我们对背后的机制很感兴趣。微重力环境下大脑运转速度会加快，我们想深入了解其中的联系。"

除了更深入了解宇航员的太空行为外，这一发现还有助于研发阿兹海默症（或老年痴呆症）的治疗方案。

在最后五次抛物线飞行中，我漂浮到了天花板上。这几次抛物线飞行属于无限制飞行。机舱内的网布被拆除，德国火星协会（German Mars Society）计划释放一个大型银色气球，从而测试未来的充气式太空舱释放装置。

这项实验非常有趣。抛物线后半段进入失重状态后，从一个气缸中射出了原本紧紧折叠起来的气球，与此同时，一个形似手风琴，黄金织物做成的扇子自动伸展开启。

垂直尾翼

飞机的垂直尾翼上的Logo是一个在太空中漂浮的人类——这是该计划的首次实验，实验为未来的宇航飞行提供了宝贵的数据。"没人知道这个装置在零重力下是否能正常运作，"协会的塔尼亚·黎曼（Tania Lehmann）表示。"我们原本以为它能从容器中慢慢弹出然后慢慢展开，但实际却是，它弹出后停留了几秒，然后突然展开。"

在未来一两年内，这个充气装置将在大气层内亚轨道火箭上进行更多测试。有朝一日，它将搭载火星探测器抵达火星表面，然后从探测器上释放出来进行科学测量。

这架零重力飞机上的所有科学家都心存高远。这正是飞机蒙皮上的喷绘所展示的精神：从最初的猿猴进化为直立行走的人，最终成为在漂浮于太空中的新人类。



【048、“虫洞”是未来唯一的宇宙旅行方式？】


2021-04-08 奇菌

“虫洞”是很多科幻作品中的常客，它以其超高的便捷性得到了很多人的关注，毕竟没有谁能够抵挡一步横跨千万光年的“诱惑”。

在感叹虫洞的神奇以及宇宙的浩瀚同时，很多人心中难免会出现一个疑惑：人类的未来在星辰大海，那虫洞是人类在星辰大海中遨游的唯一选择吗？换句话说，虫洞会是人类未来宇宙旅行的唯一方式吗？

答案当然是否定的，因为虫洞不可能是遨游宇宙唯一的选择，主要原因是虫洞仅仅是理论中的产物，科学家们至今尚未在宇宙中发现它存在的实质性证据。

此外，就算宇宙中真的有虫洞这种东西，谁也不能保证它就一定能够被用于航行，毕竟人类是迎合宇宙规律建立理论框架，而不是建立框架来约束宇宙规律，所以一切皆有可能。

人类拥有比虫洞更好的选择

其实人类想要实现太空旅行，有太多比虫洞门槛更低的方式了。人类现在已经实现了地月之间的旅行，但要前往更远的地方，就需要对航天器甚至是人类的身体进行一定的升级改造了。

在目前的技术条件下，长时间的太空航行会给宇航员带来严重的健康问题。2020年9月4日，一篇发表在《科学进展》上的论文牵动了所有航天爱好者的心，因为研究发现宇航员长期处于失重环境下时，大脑内部的脑脊液会重新分布，这将直接影响大脑供血，并最终使得大脑功能受损。

大脑受损并不是宇航员们面临的唯一威胁，长时间的失重环境还会对细胞层面造成损伤，使得宇航员的身体素质不断降低。

虽然面临诸多威胁，但好在科学家们已经着手研究，保证宇航员长期生活的空间站和飞船，比如在装备厚厚的外壳抵挡潜移默化伤害身体的宇宙射线，更高级的旋转舱室模拟重力环境等等。

太空旅行对飞船坚固程度的要求远没有想象中那么高

受到一些科幻作品的影响，许多人会认为飞船的坚固程度也阻碍了人类太空旅行，但其实它的影响只限于高速状态下，如果飞船速度适中，那么坚固的影响度其实是很小的。

因为像奥陌陌、鲍里索夫彗星这样极度脆弱的天体，都能够横跨遥远的星际空间，并在数十亿年内没有损毁，人类更坚固、速度更快的航天器，自然也就完全不用担心了。

碳基生命的顽强程度非常可怕

在大多数人的心中，地球碳基生物是非常脆弱的，需要舒适的环境才能生存，但其实很多碳基生物对极端环境的适应力非常恐怖，一些古细菌早已证明碳基生命能够在稳固环境中半永久的存在着，而且它们的消耗还极少。

2020年，科学家们在极度贫瘠的深海中发现了1.1亿年前的细菌群里，它们没有进入休眠状态，而是非常正常的生存着，只是异常缓慢地吸取周围物质维持自身机能。

将它们放进实验室培养后，这个数亿年前的菌落迅速恢复了活力，并且能够以正常速率进行传代。

近些年，科学家们成功实现在从大肠杆菌到耐辐射奇异球菌等微生物的DNA中储存信息，在它们传代速率大幅度降低的情况下，这些人工储存的信息能够保存百万年不会损失。

按照以上事实，用人类现有技术投放一些由石头和金属保护的，没有经过任何人工刻意强化的地球生物去往附近恒星，是没有任何无法克服的技术难点的，这根本就用不着所谓的“虫洞”。

在不久的将来，投射能够在目标天体上制造生物圈，并且改造成适合人类活动的装置，极有可能成为现实。而这也出现了一个值得深思的问题：地球上所有生命都来自一个共同的祖先，这个祖先会不会也是这样来到地球的呢？

宏观低速也能够星际旅行

通过虫洞实现一步百光年的跨越固然让人激动，但并不意味着人类没有虫洞就无法星际旅行。早几十年前就有科学家讨论过用核推进手段将飞行器加速到光速的5%~20%。

2016年，霍金提出的“突破摄星计划”，就讨论只用太阳能将光帆飞行器加速到20%光速，然而派其前往4光年外的比邻星。

这看似不可能的行为其实理论上完全可行，也没有什么技术上的难题，简单的构造就能够充分利用源源不断的太阳能迸发出强大的力量。

除了光帆飞船，还有一种依赖于电场调节的动量与星际介质中电离粒子的动量交换的飞行器——SWIMMER，同样具有巨大的前景。

虽然说SWIMMER成为现实还面临不小的挑战，但其结构更加简洁、单纯，不需要任何无法理解的科学技术，更主要的是它比广泛飞行器更容易减速，这意味着它使用起来拥有更大的便捷性。

总的来说，就算近光速飞行或曲速飞行之类的事情人类在未来无法实现，虫洞也不会是人类未来的唯一选择，因为相比虚无缥缈的虫洞，看得见摸得着的宏观低速飞行，也能够让人类遨游宇宙。



【049、老板，来杯外太空富氘水】


2014-09-28 星际空间

每天，你都会喝水。这些水来自哪里呢？你也许会说，来自饮水机呀。实际上，你喝的这杯水，可能来自……外太空。

水是生命之源。地球上生命的起源和进化都离不开水，因此，水也成为评估一个行星是否存在生命的重要指标。然而，地球上的水又是从何而来呢？最近，美国卡内基研究所和密歇根大学的科学家发现，我们身边的水可能起源于外太空。这项研究成果发表在9月26日的《科学》杂志上。

水在太阳系中并不罕见。除了地球以外，水星、彗星和各大行星的卫星上，都有水冰的存在。月球、火星和陨石中的矿物也暗示着水的存在。特别是彗星和陨石，它们就像“时间胶囊”，封存了大量来自太阳系早期的秘密。

太阳刚形成的时候，被原行星盘所包围，也被称为“太阳星云”，从中诞生了行星。那么，如何判断今天的水和冰，是来自于太阳诞生前的母星际分子云，还是太阳星云自己的化学反应呢？

科学家把目光聚焦在氢和它的重同位素氘。同位素是同一种元素的不同原子，它们拥有数量相同的质子和数量不同的中子。由于质量不同，同位素在化学反应中表现出来的特性也不同。因此，氢和氘在水中的比例，可以反应出它们形成时的环境。

例如，星际水冰的氘氢比很高，因为它形成时的温度非常低。于是，科学家构建了一个原行星盘模型，去掉了所有氘元素。这个虚拟的小太阳系必须在几百万年的时间中，从零开始生产自己的富氘水冰。科学家想据此了解，在这种极端情况下，太阳系的氘氢比是否能达到陨石样本、海水和彗星中所发现的水平。结果，他们发现，这不可能。因此，科学家认为，至少有一部分水，是来自于太阳诞生之前的星际空间。和某矿泉水一样，太阳也可能是大自然的搬运工哦。

这说明，我们身边的水，也许有一部分比太阳还古老。这也意味着，在新生恒星的原行星盘中，可能存在着丰富的星际水冰。文章看完了，老板，给来杯外太空富氘水呗，这名字一听就倍儿纯净呢。



【050、冷战时期未能实现的太空项目】


BBC 2016年3月18日

“自由号”计划增加一个机库，可以在里面修理宇宙飞船——每个航天爱好者都会畅想未来的太空探索计划能将我们带往何处。我现在就在设想这样一番场景：地球周围围绕着许多耀眼的太空酒店，飞往月球已经成为常规线路，而首批定居者将会移民到尘土飞扬的火星平原。

然而，尽管理查德·布兰森(Richard Branson)付出了很大努力，但航天事业的未来前景似乎仍然难以捉摸。好在前几周还有一个身着大猩猩制服的人在空间站里追赶一名英国宇航员，所以，情况还算不错。

过去40年间，人类在地球轨道之外的进步一直都很缓慢，整个航天历史上有着成百上千个被废弃的项目和概念。然而，倘若冷战时期的某些项目能够得以推进，或许可以诞生一些截然不同的太空探索方式。

核动力火箭

在美国国家航空航天局(NASA)马歇尔太空飞行中心，有一个用灰色混凝土搭建的小型户外展示区，那里摆放着NASA有史以来最不同寻常的引擎。这台引擎的名字叫NERVA，外形像漏斗一样，固定在又长又细的航天飞机固体火箭推进器旁边的框架上，目的为了将宇航员送上火星。

20世纪60年代开发的NERVA(Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application，火箭飞行器用核动力引擎)包含一个圆柱形铀核裂变反应堆，用来加热液态氢。这些气体之后通过火箭喷管喷出，产生强大的推力。

NASA的第一个火星任务衍生自维纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)的计划，准备在1979年实施。他们将首先用常规火箭将航天员送上轨道，然后再启动NERVA，将其送往火星。

约有20台核动力引擎成功通过了测试，结果表明，这将成为星际旅行中一种颇具前景的技术。马歇尔太空飞行中心展示的这台引擎原本是其中功率最大的一台，但该项目于1973年取消，所以没有人真正使用过这台引擎。

很多火箭工程师仍然认为，核动力推进器有着光明的未来。然而，在装满爆炸性气体的火箭上启动一个含有高放射性铀的反应堆，无疑会引发很多反对的声音。

武装宇宙飞船

苏联计划为“联合号”宇宙飞船装备武器，以便打击美国的卫星——最恐怖的宇宙飞船是苏联在20世纪60年代设计的一个项目，试图对“联合号”(Soyuz)宇宙飞船进行军事化改造。这个项目希望开发一艘载人宇宙飞船，以便监视敌区并破坏敌人的卫星。

他们的计划是在太空中部署载人武装宇宙飞船，使之具备袭击其他宇宙飞船的能力，而且可以发射导弹将其炸成碎片。该项目的主要打击目标是美国的间谍卫星以及所有装备了武器的美国宇宙飞船。

航天员可以使用瞄准器定位和攻击宇宙飞船。为了确保“联合号”不会在开火时遭受后坐力，或者发生无法控制的旋转，武器被固定在一个独立的低阻力平台上。

尽管这项技术已经完成了开发，而宇航员也接受了相应的训练，但俄罗斯最终还是取消了这个军事项目，转而支持一个民用空间站项目。随着更加复杂的间谍卫星逐步涌现，也注定了不再需要通过人类来拍摄照片。

Big G

20世纪60年代中期的“双子座”(Gemini)项目肩负了一些有史以来最大胆的使命。这个项目会将两名宇航员塞进跟小型家用轿车前座大小相仿的驾驶舱内，从而创造了航天史上的一系列“第一”：第一次有美国人完成太空行走、第一次长期太空飞行、第一次轨道交会和对接、第一次在航天飞机上配备燃料电池和可编程电脑。

由于表现极佳，因此它的制造商麦道公司(McDonnell Douglas)又为这个小型航天飞机制定了更加宏伟的使命，决定扩大它的尺寸，以便容纳9名航天员。这个项目被称作“Big G”，并在宣传册中自诩为“太空卡车”。

Big G的目的是为规划中的军事空间站运送人员和物资，它共有两个隔间，位于前方的是与常规的“双子座”相同的双人驾驶舱，另外还在后面设计了一个尺寸更大的载人舱。麦道公司为该项目制定了详细的计划，并且建造了全尺寸实体模型，向NASA官员展示它的运行方式。

随着空间站计划的搁置，NASA也最终放弃了Big G，转而在1971年开发航天飞机。不过，通过大尺寸的载人舱在地球和轨道空间之间往返运输航天员的理念现在又再度流行开来。这一次，NASA资助的方案是由波音和SpaceX设计的。

“自由号”空间站

里根总统于1984年签署的空间站与最终诞生于政治残骸的国际空间站有着很大区别。“自由号”最初远不只是一个轨道实验室。

它不仅会配备实验室，还将提供设施齐全的医务室和娱乐设施。或许最令人惊讶的在于，“自由号”还计划增加一个机库，可以在里面修理卫星和宇宙飞船，然后再将其重新放飞到宇宙空间。

简而言之，与现在那个由圆柱体拼装而成的空间站相比，“自由号”跟科幻小说里的空间站更为接近。不幸的是，“自由号”的成本太高，难以实现，而且随着冷战的结束，它也变得没有必要了。



【051、離開地球的人類會變怎樣？新研究：長期太空旅行會永久改變大腦】


Emma stein 2020年04 月15日天文Telegram 

長時間暴露於微重力環境下對人體健康的影響逐漸水落石出，人類看似終得扎根地球。一篇新研究表明，長期在外太空飛行會永久改變大腦體積並導致腦垂腺變形，科學家需想辦法預防此現象發生，只能說人類離開地球到外遊蕩還有很多事前準備要做。

人類順應著地球大氣、重力等環境條件緩慢進化至今，從裡到外都是地球的形狀，如今翅膀硬了更想著離開地球去外星球闖蕩，只要有人致力於將人類送上外太空，科學界便會一直探索太空飛行如何影響人類生心理。

過去已有研究利用雙胞胎來探討外太空微重力環境如何影響身體構造、甚至基因表達；並且科學家也已知太空飛行可能會以奇怪方式改變人類大腦，比如一些太空人在執行太空任務後發生視力問題，醫學評估表明他們的視神經腫脹，有些人的眼睛出現視網膜出血與結構變化，可能損害視力。

有科學家懷疑這可能由顱內壓力所引起，美國休士頓大學放射學家 Larry Kramer 領導的團隊最近發表新研究，便發現了微重力環境會增加顱內壓的證據。

研究人員針對 11 名太空人（10 名男性、1 名女性）在太空任務執行前後執行 MRI 掃描，圖像顯示在長時間暴露於微重力環境後，太空人的大腦明顯腫脹，且包圍大腦與脊髓的腦脊髓液體積增大。

▲ 前後對照發現太空人大腦內部變化。（Source：RSNA）

此外，團隊也發現大腦腦垂腺（pituitary gland）隨著微重力作用而改變，高度、形狀皆變化，這些都是頭部壓力增加的跡象；更讓人驚訝的是這些變化並非暫時性現象，從太空返回地球一年後，研究人員發現問題仍然存在，說明微重力對大腦的改造工程可能是永久性結果。

不過科學家對於大腦在微重力環境下為何會膨脹有很多種說法，Larry Kramer 認為，少了地球重力後，體內循環液體會均勻向上流向頭部並遠離腳，如果能釐清這個奇怪效應，也許以後就能多一個預防對策。

新論文發表在《Radiology》期刊。

ASTRONAUT STUDY SUGGESTS SPACEFLIGHT PERMANENTLY ALTERS THE HUMAN BRAIN

Long-term spaceflight could permanently increase astronaut brain volume, study says

Long-duration space travel alters astronaut brain volume

Space travel can seriously change your brain

（首圖來源：pixabay）

NASA 找雙胞胎做實驗，發現太空人生理變化多復原

中央社 2019 年 04 月 12 日

美國國家航空暨太空總署進行「雙胞胎」實驗，讓雙胞胎兄弟分別待在太空及地球一年，再觀察 2 人生理變化，這標誌性研究結果 11 日出爐，得以進一步洞悉長途太空航行危險性。

法新社報導，《科學》期刊（Science）刊登美國太空總署（NASA）的「雙胞胎研究」，以前美國太空人馬克凱利（Mark Kelly）為基準，觀察在國際太空站（ISS）待一年，對他雙胞胎兄弟史考特凱利（Scott Kelly）的細胞分子、認知及生理上的影響。

史丹佛大學史奈德博士（Michael Snyder）表示：「人一旦待在太空，就會造成數千個基因及分子改變。而這一切改變幾乎都會在 6 個月內恢復正常。」他說：「知道回來後，事情基本上會恢復原狀令人安心。」

太空總署人類研究計畫（Human Research Program）主任巴洛斯基（Bill Paloski）表示，這項研究會協助了解，耗時 2 到 3 年的火星之旅等星際任務所要面臨的挑戰。

50 歲的資深太空人史考特連續在太空站待 340 天，從 2015 年 3 月 27 日一直到 2016 年 3 月 1 日。他在旅程前後都受到監測，並透過補給太空船，將在太空站的血液、尿液及糞便樣本送回地球。

約翰霍普金斯大學（Johns Hopkins University）費恩柏格博士（Andy Feinberg）說：「特別的是，因為他們是雙胞胎，遺傳密碼基本上一樣。」

NASA 詹森太空中心（Johnson Space Center）的李博士（Stuart Lee）表示：「我們主要發現史考特的頸動脈血管壁在航行前期變厚，而整個任務期間都維持如此。」頸動脈血管壁是心血管或中風風險指標。

研究人員也發現，史考特因為缺乏營養及運動而變輕。兩人施打流感疫苗後也有類似的免疫反應。

兩人也分別在航行前中後進行認知系列測試，並發現史考特認知速度及準確度表現，在航行後衰退。

而科羅拉多州立大學（CSU）貝里博士（Susan Bailey）的團隊則有些有趣的發現，他們研究了染色體末端、一般會隨年齡增長而變短的端粒，這也被視為老化或心血管、癌症等疾病風險的生物指標。

貝里博士的團隊在航行前評估了史考特及馬克的端粒長度，發現兩人的十分接近，但讓她的團隊感到驚喜的是，史考特在太空站時，端粒「顯著增長」。

貝里警告，這項發現「不能被視為青春泉源，以及人類能因待在外太空而活得比較久」。她說，在史考特回地球後，端粒長度「非常快速地縮減」，而他也有些端粒損失。



【052、历史性时刻：旅行者2号成为第二个进入星际空间的人造物体】


博科园

在华盛顿举行的美国地球物理学会会议上，美国宇航局宣布了一个重磅消息：“旅行者2”号已经逃离太阳风层，成为第二个进入星际空间的人造物体。现在，这艘飞船距地球180亿公里。6年前，它的双胞胎兄弟“旅行者1”号便取得这项成就。不过，逃离太阳风层并不意味着两艘飞船已经飞出太阳系。

美国宇航局的“旅行者2”号逃离太阳风层，成为第二个进入星际空间的人造物体

美国宇航局的“旅行者2”号飞船创造历史，成为人类历史上第二个进入星际空间的人造物体。6年前，它的双胞胎兄弟“旅行者1”号逃离太阳周围的防护泡——太阳风层，也被称之为“日球层”。太阳风层是炙热的太阳风与冰冷致密的星际介质交汇的区域。11月5日，“旅行者2”号就已经突破日球层的最外层——日球层顶，当前与地球之间的距离超过180亿公里。在华盛顿举行的美国地球物理学会会议上，宇航局宣布了这个消息。

“旅行者2”号飞离太阳风层，进入星际空间

通过比较“旅行者2”号所携装置的观测数据，科学家认为这艘飞船已经突破日球层的外缘。宇航局太阳物理学部门负责人尼基·福克斯表示：“这个时间早于我们的预计。”他指出“旅行者2”号的等离子体科学实验装置（PLS）仍在正常运转。“获取‘旅行者’号传回的有关太阳影响力边缘的数据，将让我们一瞥这个真正意义上的未知领域并获得前所未有的细节。”

旅行者2”号飞离太阳风层的最有利证据来自于等离子体科学实验装置（右侧）。1980年，“旅行者1”号的等离子体科学实验装置便停止工作

“旅行者1”号2012年穿过太阳风层。1980年，这艘飞船的等离子体科学实验装置便停止工作。在这台仪器的帮助下，科学家将首次对这个星际空间入口的特性进行细致观测。“旅行者”号的外形就像卫星蝶形天线和老式电视机的结合体，外加好似兔子耳朵的天线。两艘飞船于1977年发射，负责对太阳系的行星进行勘测。

等离子体科学实验装置利用等离子体的电流监测太阳风的速度、密度、温度、压力和通量。11月5日，“旅行者2”号的等离子体科学实验装置监测到太阳风粒子的速度急剧下降，说明这艘飞船已飞离太阳风层

宇航局表示两艘飞船虽然已经离开太阳风层，但尚未飞出太阳系，短期内也不可能做到这一点。只有飞出奥尔特星云，“旅行者”号才算真正告别太阳系。奥尔特星云存在一系列小型天体，仍受到太阳引力的影响。这个星云的具体宽度仍是一个未知数，估计距太阳1000个天文单位，范围在10万个天文单位左右。日地距离是一个天文单位。“旅行者2”号需要大约300年才能抵达奥尔特星云内缘，3万年后才能飞离这个星云。“旅行者”号项目负责人、喷气推进实验室的苏珊娜·多德表示：“我们一直期待着两艘‘旅行者’号双双飞离太阳风层，更期待它们能给我们带来怎样的发现。”

每艘“旅行者”号飞船携带一个黄金唱片，里面收录地球的声音、图片和其它信息

“旅行者2”号是宇航局持续时间最长的任务。按照最初计划，两艘“旅行者”号飞船只执行为期5年的任务，对木星和土星进行勘测。在华盛顿举行的美国地球物理学会年度会议上，科学家公布了“旅行者”号的研究发现。行星际网络理事会负责人多德表示：“两艘飞船虽然已经步入老年，但身体仍非常健康。”

项目组希望继续对“旅行者2”号所携仪器的观测数据进行研究，进一步了解这艘飞船所处的环境

直到最近，“旅行者2”周围的空间仍充斥着大量来自太阳的等离子体。这些等离子体流被称之为太阳风，形成太阳风层，包裹太阳系内的行星。等离子体科学实验装置利用等离子体的电流监测太阳风的速度、密度、温度、压力和通量。11月5日，“旅行者2”号的等离子体科学实验装置监测到太阳风粒子的速度急剧下降，说明这艘飞船已飞离太阳风层。

天王星的多冰卫星——天卫五“米兰达”，由“旅行者2”号1986年1月24日拍摄。“旅行者2”号需要大约300年才能抵达奥尔特星云内缘，3万年后才能飞离这个星云

项目组希望继续对“旅行者2”号所携仪器的观测数据进行研究，进一步了解这艘飞船所处的环境。宇航局现在最担心的莫过于电量。为了省电，他们必须关闭“旅行者”号的一些仪器。多德表示两艘“旅行者”号飞船的寿命可能只剩下5到10年。每艘“旅行者”号飞船携带一个黄金唱片，里面收录地球的声音、图片和其它信息。这张唱片是地球文明存在的一个证据。宇航局希望在2024年发射星际测绘与加速度探测器（IMAP），善加利用“旅行者”号的观测数据。

“旅行者2”号拍摄的海王星照片，拥有前所未有的细节。“旅行者”号的能量来自于放射性物质衰变

福克斯指出：“在太阳物理学研究领域，‘旅行者’号能够起到非常特殊的作用。我们的研究从太阳开始，延伸到太阳风触及的所有事物。”“旅行者”号的电量来自于放射性同位素热电机，利用放射性物质衰变发电。在美国地球物理学会举行的一场记者招待会上，“旅行者”号项目组成员将讨论两艘飞船取得的发现。宇航局网站将直播记者招待会。



【053、猎户座飞船】


猎户座飞船（Orion）是美国国家航空航天局（NASA）研制的新一代载人太空船。猎户座飞船是美国火星载人登陆计划的主要载体，于2014年12月5日完成首次无人飞行，并将于2018年进行绕月飞行。

2016年9月10日，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，该机构下一代载人太空船“猎户座（Orion）”的研制工作正在有条不紊地进行，它将于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。

研发背景

航天飞机是一种重要的运载工具，但机群却在不断老化，其运行成本也在不断飚升。哥伦比亚号航天飞机因泡沫绝缘材料问题导致的事故，更是引发了公众对于航天飞机安全性的怀疑。从设计思想上来说，航天飞机的重复使用、货运和载人任务结合、航空与航天任务结合这些特点，从根本上导致了航天成本和系统复杂性的提升，并间接限制了航天飞机的安全性和使用效率。为此NASA中止了所有航天飞机的飞行任务。NASA需要一种飞行器，以便将宇航员和载运物送往地球轨道、月球和火星。为开展未来的太空探索活动，NASA正在设计一种新型飞行器。

名称由来

“载人探索飞行器”（Crew Exploration Vehicle，CEV）原本是美国国家航空航天局所预定的名字，并打算在2006年8月31日公布。可惜在2006年8月22日之前，国际太空站上的美国宇航员杰夫·威廉斯对地球无线电通话时无意中说溜了嘴，提到了美国国家航空航天局刚刚选定的最后名称猎户座，消息很快传播开来。因此，美国国家航空航天局只得在2006年8月22日正式公布猎户座这个名字。

该名称来自于猎户座，而猎户座是天空中最明亮的星座之一，也是大家十分熟悉而且极易辨认的星座。而该代号也曾用在约翰·杨和查尔斯·杜克所乘坐过的阿波罗16号的登月舱，该登月舱在1972年4月的时候降落在月球的表面。

结构组成

猎户座飞船，是NASA的新型宇宙飞船。是由洛克希德·马丁公司负责设计和建造的飞船。实际上由两个飞行器构成，它们分别是：载人探测飞船(CEV)和货物运载火箭(CLV)。猎户座飞船内部空间比阿波罗飞船大2.5倍，最多可容纳6名宇航员。

猎户座由服务舱、乘员舱、发射中止系统（LAS，也叫异常中断系统,或逃逸塔）以及飞船适配器组成，重约23吨，直径约5米。其加压舱容积约为19.5立方米，可居住容积8.9立方米。除了增大了直径以外，猎户座增大内部可用空间的措施之一是使用了更少的仪表盘（10个左右）。

相比阿波罗飞船，猎户座的指令舱虽然与之相似，但明显更大、更壮，其舱内空间比阿波罗指令舱大1倍。在技术性能上，它也比阿波罗有大幅度提高，分系统和元件采用许多创新技术。猎户座采用太阳能电池翼供电，所以功率大，行动时间长，而阿波罗飞船只能由燃料电池短期供电。猎户座拥有世界上最大的防热罩，它采用先进耐高温复合材料，由数十万个蜂窝结构组成，可以有效阻绝飞船以26马赫速度接近地球大气层时，飞船表面高达1763℃的高温。每次返回地面后隔热罩还可以替换。

由于猎户座是一种多用途飞船，其飞行范围要达到超出月球至更远，所以飞船内的航天员将面临更强的宇宙辐射，因此猎户座飞船上的辐射屏蔽系统也是一大关键性的分系统。该飞船上的中央计算机为飞船的大脑，是同类飞船中最先进的，每秒处理的指令数量可达到4.8亿条，这是国际空间站的25倍，航天飞机的400倍， 阿波罗飞船的4000倍。该中央计算机还能抵抗极端的高温和寒冷环境，以及严重的辐射甚至是振动环境，其重启的时间只需15秒。安全性较航天飞机提高了10倍，是猎户座的又一特征，这大大增强航天员生存的机会。主要是因为发射时猎户座与火箭串联在一起，并具备逃逸装置—发射中止系统。发射中止系统是宇宙飞船进入发射程序后的一道关键性安全设计，当猎户座进入发射持续后，如果需要紧急中止发射，那么就要启动以毫秒为单位的发射中止系统，在紧急情况下可以激活乘员舱并启动逃生程序，通过小型火箭让乘员舱脱离火箭。 

载人飞船驾驶舱

猎户座驾驶舱是航天器特色之一。两种方案——往返空间站的6座位式和执行月球任务的4人式——都在设计中，座位采用可折叠的金属构架形式，以牢固的带子连接。这种设计可以保证着陆期间如果缺失2个降落伞（共4个）乘员仍是安全的，还可以在太空舱着陆后侧翻的情况下保证宇航员的安全。

登陆舱

登陆舱与阿波罗登月舱相比大很多，可以携带重量高达23吨的载筹抵达月球表面，甚至比整个阿波罗登月舱还要重。这么大载筹重量，甚至可以用于支持长期有人照料的月球基地。这一大载筹的特性，对于运送大量物资和科研设备至月球表面基地来说，是非常有意义的。

和阿波罗登月舱一样，猎户座的登月舱也包含降落和起飞两个过程。在起飞阶段，登月舱可以承载4人至环月轨道。按照原来的计划，登月舱应当使用使用甲烷-氧气燃料作为推进剂。在这一个基础上，还会衍生出结构近似的，用于火星任务的着陆器。选用甲烷作为燃料的一个重要原因是，它可以通过应用原位资源利用的理论方法在火星土壤中获得，而无需从地球运送过去。但由于该型推进系统仍然处于雏形阶段，为了避免因此拖后登月计划的整体进度而改为使用液氧-液氢燃料。

返回舱

猎户座的返回舱重达12吨，这几乎是阿波罗指令舱的两倍。和阿波罗指令舱一样，它也可以与一个服务模块连接，以提供诸如生命维持以及飞船推进等功能。需要特别说明的是，它的烧蚀式隔热盾在每次使用之后便会抛弃，这与阿波罗的设计类似，而返回舱本身则可以重复使用大约10次。

逃逸塔

逃逸塔是载人探测飞船的独特部件之一，它是一种小型火箭，能在发射失败时将指令舱推离助推火箭。这种机制要比航天飞机的中止程序更安全。

太空舱

“猎户座”太空舱直径约5米，总重量约25吨。是“阿波罗”可居住空间的2.5倍。设计的“猎户座”至少有两个窗口（驾驶员和指令长的座椅旁边各有一个），和一个舱门。与“阿波罗”类似，“猎户座”的入口舱门在其侧面，对接通道在其顶端（用与空间站或登月载具对接）。猎户座飞船上的载人舱也采用了锥形结构，比航天飞机的外形更符合空气动力学原理。

服务舱

载人探测飞船的服务舱也将采用圆柱形外观。承载主推进系统、动力系统和飞行姿态控制系统。飞行姿态是指飞船在空间（x、y、z方向，或者俯仰、滚转和偏航轴）中的定向方式。“猎户座”飞船则采用反推力控制推进器来控制飞行姿态，这些推进器分别安装在飞船的头部和尾部。在飞行中，服务舱将覆盖并保护载人探测飞船载人舱的隔热层，同时为飞船提供电力、推进力和飞行姿态控制。服务舱将在飞船重返大气层之前被抛弃。

服务舱的一些特点包括：

（1）单发动机推进，使用甲烷/氧燃料，其效率稍高于阿波罗号飞船服务舱使用的自燃燃料混合物（肼/四氧化氮）。与肼/四氧化氮相比，甲烷/氧燃料具有更高的比冲（单位重量推进剂产生的冲量），这意味着当推进燃料质量相同时，其燃烧时间更长，并能带来更高的速度。将来，人类有可能会利用月球和火星上的原料来制造甲烷，为这种类型的飞船提供燃料。

（2）更大的载油量使选择不同的月球轨道和着陆点成为可能。

（3）除燃料电池提供的能源外，飞船上的太阳能电池板也能发电并提供补充能源。

（4）含有液态氨或水/乙二醇混合物的导管将热量传递给散热器，以便将其散发到太空中。在外太空，有阳光照射的区域和没有阳光照射的区域温差大概有204摄氏度。这种受热不均现象会使飞船结构中的金属产生热应力。为了抵消这一效应，阿波罗号飞船在飞往月球时，采用绕轴旋转的方法，确保太阳射线能够均匀照射飞船的各个部分（“烧烤棍滚动操纵法”）。预计载人探测飞船也会采用相同的方法。

（5）采用转向推进器控制飞行姿态，与阿波罗号飞船类似。

贮藏舱

猎户座贮藏舱是沿着“猎户座”地板的内壁，正对着主窗的空间用来放置电子设备、生活用品及计算机设备， 剩余的空间可自由使用。“猎户座”与NASA过去的载人飞船不同的一个特点是增加了两个太阳能电池帆板。

火箭助推器

火箭助推器将载人探测飞船送入地球轨道，货物运载火箭将负责运载重型载运物，比如登月车、月球中转站和空间站部件。如有必要，货物运载火箭也可以运送人员。

载人探测飞船助推器的第一级将是战神I型固体火箭推进器 (SRB)，类似于航天飞机所采用的火箭推进器。第二级为单台航天飞机发动机，由液氢罐和液氧罐提供燃料。前两级火箭都无法回收或重新使用（而航天飞机的固体火箭推进器则可以回收再利用）。载人探测飞船的发射助推器只负责运载宇航员，而不运载沉重的载运物。因此，载人探测飞船的助推器可以比阿波罗号飞船和航天飞机的助推器小。载人太空探索需要将宇航员和载运物都送入太空轨道。以往的飞行器都是使用同一个火箭来运载人和物，但载人探测飞船将这些功能分开。

运载火箭

可运送重型载运物，必要时还能搭载宇航员，由两级组成：

（1）第一级有5台以液氢和液氧为燃料的主发动机（称为战神V型火箭）。

（2）第二级为一台航天飞机主发动机或一台阿波罗号飞船所采用的J-2型发动机，它们都采用液氢和液氧作为燃料。

猎户座飞船外观

猎户座飞船的外貌与阿波罗飞船相似，乘员舱生产调试中飞船并没有机翼和尾翼，不再像航天飞机那样通过滑翔方式返回地球，而是像飞船那样通过降落伞降落，因而不需要复杂的气动外形和防热系统，可提高返回时的安全性。猎户座的外壳类型和阿波罗号的相似，而隔热盾则与海盗号类似，这和航天飞机这种带有机翼的升力体结构完全不同。

技术模块

猎户座飞船，融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。同航天飞机比，奥赖恩的使用成本更加低廉，安全系数也提高10倍，而且与航天飞机一样可以回收再用。这种飞船将比阿波罗号飞船以及航天飞机上的更为先进。“猎户座”飞船将采用经过阿波罗号飞船和各项航天飞机计划验证过的可靠技术。这种飞船适合进行长期太空探索活动，并且更加安全，功能也更为齐备。

逃逸系统

设置有“逃逸塔系统”，一旦在发射时出现故障，引发燃料爆炸，可迅速将飞行器分离出去，通过降落伞安全降落。这些措施可使航天飞行事故率从以往航天飞机1/220降低为1/2000，提升了安全系数。借鉴俄罗斯飞船的经验，把人、货分开运输，这样既安全，又经济。

载人模块

猎户座飞船的载人模块计划由洛克希德·马丁公司建造，可以容纳四至六名机组人员。与之对比，阿波罗飞船的载人模块只能接载三名人员，但航天飞机则可载七名人员。

猎户座飞船“载人及服务模块”（CSM）的结构包括两个主要的部分：一个圆锥形的载人舱，以及一个圆柱形的服务舱。后者除了提供飞船的推进动力之外，还提供额外的供给。这两者都是在1967年至1975年执行任务的阿波罗号飞船命令及服务模块的基础上进行设计的，除此以外，还参考了航天飞机计划中所衍生出来的新型技术。探索系统任务部综合办主任尼尔·伍德沃德认为“使用现有技术和解决方案能降低风险”。

虽然猎户座飞船采用了与六十年代开发的阿波罗飞船相近的设计理念，其载人模块将会使用数项较为完善的技术，包括：

“玻璃驾驶舱”数字化控制系统衍生于波音787飞机中的驾驶舱，类似俄罗斯进步号飞船和欧洲自动运载飞船的自动对接系统，该系统允许在紧急情况下由宇航员全权控制。此前的其他美国飞船，如双子座、阿波罗飞船，以及航天飞机等，在进行对接时都需要手动操作。

改进过的废弃物管理设备，包括一个微型野营式马桶，以及一个在航天飞机和国际空间站中已投入使用过的不分性别的“便溺管”。其中航天飞机的“便溺管”系统是基于天空实验室上的系统开发的，而国际空间站的系统则是基于联盟号、礼炮和和平号国际空间站的同类系统。因此，在该飞船中将彻底取消遭人恨的“阿波罗袋子”。之所以称为“阿波罗袋子”，是因为阿波罗飞船上的宇航员必须使用这种“设备”。该“设备”其实就是一个开口处有粘性的塑料袋，排便时需要将其粘贴在屁股上，然后再进行排便；

一个氮气/氧气混合空气环境，保持海平面的大气压（101.3kPa），或者稍低（55.2至70.3kPa）；一个比之前任何载人飞船更加先进的计算机系统。

该模块的另一个特性是可以部分重复使用。美国国家航空航天局计划让每一个该模块可以执行最多10次飞行任务，以便能形成包含载人及无人驾驶的猎户座飞船船队。无论是载人模块还是服务舱，都将会使用铝合金来建造。这种材料已被应用于航天飞机的外部燃料箱、德尔塔-4运载火箭以及宇宙神-5运载火箭的建造上。整个模块的隔热方式，和飞船中其它非关键部位如货舱门是一样的，都是用诺梅克斯材料制成的隔热毡进行包裹。可重复利用降落伞是基于阿波罗号及航天飞机固体助推器的降落伞进行设计的，并同样使用了诺梅克斯布料来制作。猎户座的载人模块只能够通过在水上降落来实现回收，这也是载人飞行任务时唯一可行的在地球上降落的方式。

为了使猎户座飞船能够与国际空间站或者其它星际飞船对接，对接系统采用了新的低冲击对接系统*设计。该设计是航天飞机上所使用的通用对接环的简化版本，有趣的是航天飞机上的这一系统其实是源自于1975年俄罗斯为阿波罗-联盟测试计划而设计的对接系统。飞船及对接接合器均设置了水星号和阿波罗号上所使用的发射逃逸系统*，以及源自阿波罗飞船上的玻璃纤维推进器保护罩。升空过程中的前2%时间内出现问题，这些装置将保证载人模块能安全逃逸。

猎户座载人模块的形状与阿波罗号指挥舱类似，是一个顶角为57.5°的圆台体。其投影直径为5.02米，长度为3.3米，重8.5吨。它的总体积将会阿波罗号的2.5倍，内部空间容积约为5.9立方米，可承载4至6名宇航员。经过长期的研究，美国国家航空航天局决定选用低密度碳化烧蚀材料（Avcoat）作为重返大气层时的热盾材料。低密度碳化烧蚀材料是由玻璃纤维及酚醛树脂构成的蜂窝结构，其中填充以石英纤维。该材料曾在阿波罗计划中使用，并在航天飞机早期飞行任务中用在了特定的部位。

服务模块

逃逸系统

猎户座发射失败逃逸系统试验品在美国国家航天局兰利研究中心装配完成。

发射终止试验

阿连特技术系统公司（ATK）

在2008年11月20日成功的进行了第一次发射终止试验。该逃逸系统的引擎能提供2,200千牛的推力，以便在发射场上，或者发射后高度在91公里之前发生紧急情况时进行逃逸动作。这个逃逸测试是该引擎在上述范围内出现的逆向气流范围之内进行的第一次测试。

这一次逃逸点火试验对引擎和其他组件进行了一系列的测试，该测试是为了在2009年春天进行下一个主要的、具有里程碑性质的试验做准备。后者是一次全尺寸的实物模型试验。

探路先锋2009年3月2日，一个先行制作好的逃逸模块的试验品，从兰利研究中心运往新墨西哥州的白沙导弹靶场进行测试。这一个探路先锋除了含有一个真实的逃逸模块之外，还包括了猎户座的实物大小模型。在导弹八成将会制作一个14米高的火箭，以进行第一次发射台终止逃逸试验。

电子系统设计特点

2014年12月5日，美国猎户座载人飞船在经过4.5h的飞行过程后，溅落太平洋，成功完成了首次无人探索飞行试验（EFT-1）任务。NASA 局长将此次任务的顺利完成称作“ 火星时代的第一天” 。按计划，猎户座飞船将在2025年前将宇航员送往月球轨道的一颗小行星， 并最终在2035年前后实现载人登陆火星任务。

猎户座飞船原本是NASA“星座” 计划中用于接替退役的航天飞机、承担“国际空间站”人员往返运输任务的航天器。2010年奥巴马政府中止了“ 星座” 计划， 但猎户座飞船项目因仍能支持实现其载人深空探测目标而得以继续。美国国会也将“ 航天发射系统” （SLS） 与“ 猎户座” 飞船作为NASA载人航天和技术开发计划的最高优先级项目予以保证。猎户座飞船作为唯一可实现载人火星探测任务的飞行器，虽然外形类似于“ 阿波罗” 飞船， 但其电子系统的设计却充分借鉴了近10年来电子系统技术的最新成果，尤其是航空领域综合电子系统的研发成果。系统采用“故障静默” 的工作模式，而非传统的拜占庭容错架构，并辅助以自检处理器结构、容错通信网络以及分时分区操作系统技术，使得系统的可靠性和安全性达到航天飞机的10倍以上，为构建未来宇航探索项目的电子系统奠定了基础。

系统选用时间触发以太网（TTE） 作为骨干网络，系统各设备与网络交换机进行连接，共包含18块时间触发以太网交换卡及46个终端节点。采用这种交换式的网络结构，使得系统结构扩展灵活，如当有新设备需要接入系统时，只需要将新设备连入交换机即可，其他已连接设备不受任何影响。

TTE网络采用光纤作为传输介质，提供高达12.75Gbit/s 的带 宽。通信采用时间触发方式，各节点的占用带宽以及传输路径通过预先规划实现通信资源的静态配置。当系统发生故障时，故障设备只影响自身所分配的带宽，而对系统中其它节点没有影响，形成天然的“防火墙” ，避免故障扩散而对系统整体造成的灾难性影响，系统可靠性显著增强。与此同时，通过预先分配带宽的方式，实现对系统资源使用情况的提前预估，从而降低了系统集成节点的复杂度。 

性能特点

猎户座飞船的载人舱与阿波罗号飞船有一些相似之处，不少外界人士认为，它深受早期阿波罗飞船的设计思路影响。猎户座飞船与阿波罗飞船相比，有如下特点：

（1）载人探测飞船的载人舱直径更大（为5米，而阿波罗号飞船为1.2米），能搭载更多人和货物。

（2）载人探测飞船尾部的隔热层为烧蚀材料，将在飞行中汽化。阿波罗号飞船使用单张多层的尾部隔热板，隔热板的材料为铝和环氧树脂，能够吸收飞船重返大气层时产生的热量并融化。（这种隔热板和指令舱的其他部分一样都只能使用一次。）航天飞机使用陶瓷隔热瓦、隔热毯和增强碳树脂来吸收热量。但是，事实证明这种设计实现起来要比理论上难得多。载人探测飞船的隔热层最多可修复并重复使用10次，从而延长了飞船的设计寿命。

（3）载人探测飞船上的气囊确保飞船既可以在陆地回收，也可以在海上回收。而阿波罗号飞船每次都是在海面着陆并回收的。载人探测飞船位于发射助推器的上方，这样可以避免被掉落的碎片（比如泡沫塑料或冰块）击中。

（4） 空间更大，能携带4到6位宇航员，而阿波罗飞船最多只能承载3名宇航员。

（5） 装备有太阳能电池板，这将大大减少使用燃料电池和普通电池。

（6）既能像阿波罗飞船一样降落于水中，也能依靠降落伞在干燥的沙漠地区着陆。

（7）由高科技合成材料制成，重量显著降低，而具有强大处理能力的电脑令它的“大脑”更发达。

（8）月球巡航速度更快，重返大气层时的速度高达11千米/秒。

（9）猎户座的着陆路方式则被设计为在陆地上着陆，而不是在海上着陆。采用这类着陆方式还包括俄国的联盟号飞船，以及中国的神舟号飞船。不过在紧急情况下，它也可以在水上着陆。已选定的可用着陆点包括加利福尼亚州的爱德华兹空军基地，内华达州的卡森平原，以及华盛顿州的摩西湖市。在西部海岸选择找陆点可以让大部分的着陆路径在太平洋上空，从而避开了人口密集的地区。

研发目标

猎户座飞船将替代航天飞机的计划，并要求现有航天飞机在2010年前退役。美国国家航空航天局将进行最后一次航天飞机发射之后，用该飞船来执行载人航天任务。其首次任务被定于在2015年执行，之后将用于访问国际空间站。如果商业轨道运输服务出现问题无法使用，则该飞船将会替代执行国际空间站的后勤运输任务。此后，猎户座飞船将会作为载人月球及火星计划中的一个关键装备。

按照计划，猎户座飞船将会在肯尼迪航天中心的39号发射复合体进行发射。该发射复合体的39A发射台被用于发射航天飞机，而39B则正在进行适应发射战神火箭的改造。发射时飞船将与火箭串联在一起，即飞行器在火箭的顶部，而不像航天飞机那样与火箭并联，所以能远离燃烧的发动机和坠落的碎片造成的危险，完全避开泡沫材料脱落的威胁。

NASA希望“猎户座”载人探测飞船成为未来太空探索活动中的多面手。据NASA预计，该载人探测飞船将在2014年之前将宇航员送入国际空间站，在2020年之前将宇航员送抵月球，而此后的目标便是火星。

载人探测飞船的主要目标是重返月球。在阿波罗号飞船的设计阶段，关于如何将人类送上月球曾有两种提议：

·地球轨道集合（EOR）——在地球轨道上组装大型探月火箭的部件，然后将其发射到月球。

·月球轨道集合（LOR）——两个小型宇宙飞船（指令/服务舱和登月舱）在月球轨道上会合。

科学家们最终一致认为，在月球轨道集合可以减小更多重力，实现约翰·F·肯尼迪总统提出的10年内将人类送上月球的目标。载人探测飞船重返月球的飞行计划融合了EOR和LOR这两种方案的精髓。

载人探测飞船登月行动将建立月球基地，以探索月球并在月球南极寻找水源——水不仅是在月球生存的必需品，而且可以用来制造火箭燃料。此外，在登月行动中，宇航员还将测试各种设备和技术，为将来的火星行动做准备。因为月球距地球只有三天的航程，所以从那里执行火星登陆行动将更安全、更经济。月球行动中的救援工作与火星相比也更容易。载人探测飞船将成为其他外太空载人航天器的设计典范。

NASA希望利用载人探测飞船将宇航员再次送抵月球，并实现人类登陆火星和其他太阳系行星的梦想。

2016年9月10日，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，该机构下一代载人太空船“猎户座（Orion）”的研制工作正在有条不紊地进行，它将于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。

NASA的官员表示，“猎户座”太空舱硕大的主体结构已基本完工，工程师和技术人员正在安装一些关键系统，比如，将用于制造飞船推进设备的金属管和其他液体管线焊接在一起等。“猎户座”太空舱由7个部分组成，每个部分之间都需要精细地焊合。

洛克希德-马丁公司是“猎户座”的主要承包商，来自该公司的KSC操作经理朱勒·施耐德表示，团队预计于2018年2月或3月圆满完成“猎户座”的制造工作，之后，NASA会为2018年10月或11月开始的EM-1任务做准备。

在EM-1任务中，“猎户座”将见证NASA迄今最大的火箭“太空发射系统”的处女航，执行飞往月球背面的测试任务。

历史沿革

2004年1月14日，时任美国总统的乔治·沃克·布什对外宣布了太空探索远景计划，其中包括了当时被称为“载人探索飞行器”的猎户座飞船，次要目标是在2008年开始开发并测试新一代的航天飞船——载人探索飞行器，然后在2014年之前实施其首次载人航天任务。载人探索飞行器将可以替代（届时业已）退役的航天飞机，将宇航员及科学家运送至空间站中，但其主要目标是将宇航员运送到地球轨道之外的其它地方。

制造猎户座飞船的部分原因是哥伦比亚号航天飞机灾难和之后的哥伦比亚号事故调查委员会的调查报告，以及白宫对美国航天载人航天任务现存问题的反思。它完全替代了还在概念阶段的轨道空间飞机（Orbital Space Plane，OPS），后者是之前X-33试验机计划失败后被提出来作为航天飞机的顶替方案。在美国国家航空航天局前局长肖恩·奥基夫卸任后，该局的采购计划和策略发生了如上所述的重大变化。

2004年7月，迈克尔·格里芬被任命为航天局局长之前，他以组长之一的身份参与了一个行星学会的研究“将人类送至更远的太阳系空间” ，该研究为星座计划提供了一个可负担且可实现的实施策略，因此可以从中探知未来猎户座相关计划的可能发展方向。由于格里芬是该研究的其中一个组长，因此可以推断他认同该研究的结论。而在他当上局长后也以实际行动支持达成该计划的目标。载人探索飞行器的原始策略后来出现了若干修改，这在美国国家航空航天局探索系统架构研究中进行了相关说明。

根据执行概述，该研究制定了一个“分阶段将人类探索范围延伸至低地球轨道空间以外的方法”，并具体建议分为如下三个阶段：

阶段一：“将重心放在开发新一代载人探索飞行器（CEV），完成国际空间站，以及退役过时的航天飞机之上。其中，在完成了国际空间站美国舱核心之后（大约需要6到7次的飞行任务），以及满足其它合作成员对完成国际空间站的需求所必须提供的最少附加分型任务之后，航天飞机将会尽快退役。航天飞机退役将会导致美国低轨道载人航天能力的缺失，而于此同时，退役所节省出来的资金，将用来加快新一代飞行器的开发计划，以尽可能减少甚至消除这一空缺时间。”

阶段二：“必须开发更多附加组件，包括提高运载系统的功率以适应需要飞行数月的行星际载人航天探索扩展任务；以及居住舱、实验舱、燃料模块和推进模块，以适应将人类用送至月球、火星、拉格朗日点和某些近地小行星附近的目标。”

阶段三：“载人行星着陆器的开发将在本阶段完成，以允许实施人类登陆月球，进而于2010年登陆火星的任务。”

2005年9月19日，相关的研究结果在新闻发布会上公布。该研究建议2014年开始进行猎户座的载人飞行任务，并认同采用月球轨道集合的方法登陆月球。其中，低地球轨道版本的猎户座飞船，则可以将4到6人运至国际空间站，而登月版本则可以承载4人，登陆火星的版本可以承载6人。与此同时，还会发展一型类似于俄国进步号飞船的无人货运飞船版本。

2006年7月下旬，美国航天局的第二次设计评审，导致了飞船设计的重大变化。起初，美国国家航空航天局想使用液体甲烷(LCH4)作为猎户座飞船（SM）的燃料，但是因为氧气/甲烷动力的火箭技术还不成熟，并且需要在2012年发射猎户座飞船，其在2006年七月下旬批准换成了自燃式推进器。该替换使得美国国家航空航天局能在2011年前对猎户座飞船和战神I号火箭进行安全评估，并且能够填补将于2010年退役的航天飞机和第一次猎户座飞船的载人飞行之间潜在的空缺。

2006年9月，美国国家航空航天局选定洛克希德·马丁为猎户座的合约商，后者同时也是当前擎天神五号运载火箭外挂燃料箱的合约商。

2007年4月20日，美国国家航空航天局和波音公司签订了猎户座飞船合同的一项修改。更新后的合同延长了猎户座飞船计划2年设计时间，加入了2次猎户座飞船发射中断系统的飞行测试，并且删除了能对国际空间运送密封货物的原始设计。

2007年5月《太空日报和防御报道》中的一片文章指出，被称为结构“606”的猎户座飞船登月舱的最新设计修订本中，服务模块会有一个外部的面板，其会在战神一号运载火箭火箭的第二次点火阶段后不久就脱落。相比之前的结构“605”，这项设计会节省1000磅的重量。

2007年8月5日，一份报告称安全气囊着陆系统从下一轮猎户座飞船的设计（代号607）中移除了，其考虑到节省总重量，改成在任务结束时使用阿波罗形式的返回舱。

2009年9月8日，奥巴马政府委托载人航天计划委员会发布了有关多个美国政府载人航天计划的长期规划检讨简报。其中需要实现的多个目标包括：对国际空间站的支持，低地球轨道以外空间（包括月球）的任务进展，以及商业空间工业的利用情况等。这些目标必须在有限的预算内实现。

这份检讨简报中需要考虑的参数包括“人员及任务的安全性、生命周期成本、开发时间、对国内空间产业根基的冲击、促进创新鼓励竞争的潜力、从当前载人航天飞行系统过渡到未来系统所产生的影响和冲击”。此外还会考虑到研究及开发量的估算，以及“为支持各种载人航天飞行活动所需要的辅助机器人活动”，并探讨2016年之后延长国际空间站运作时间的各种选项。

2010年按计划，美国宇航局航天飞机将全部退役，新一代载人航天系统“猎户座”飞船将于2015年服役。“猎户座”飞船将担负美国人重返月球和载人探索火星的重任。登月任务的开发计划航天飞机退役后立即开始提速。其中的月球表面登陆模块（登月舱）以及重型起飞推进器会同时并行开发，并且在2018年即进入可以执行任务的状态，并最终于2020年在月球表面着陆。

2013年8月13日，美国海军船坞登陆舰阿灵顿号（LPD 24）搭载着美国宇航局的“猎户座”飞船返回舱在诺福克军港进行了着陆回收测试。美国宇航局正与美国海军密切合作，以研究“猎户座”返回舱在返回地球落入大海后的回收步骤。

2013年11月，据美国宇航局网站报道，美国首个深空载人飞船——猎户座飞船首次进行了通电测试，从而为2014年首次发射升空铺平道路，这是猎户座飞船研制过程中的一项重要里程碑。

2014年8月6日，NASA已与美国海军合作完成了对猎户座飞船的第二次溅落回收测试。

2014年12月5日7时5分，猎户座飞船首飞成功。在这次飞行中，猎户座飞船搭乘“德尔塔”－4重型火箭点火，在朝霞中从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，经过约4个半小时的试飞后，飞船落入太平洋海域。该款宇宙飞船长远计划用作接载航天员离开地球轨道，登陆小行星甚至火星进行探索，《大西洋月刊》称，这一天为“火星时代的第一天”。这是1972年12月阿波罗17号进行最后一次载人登月后，首个外层空间载人探索计划。在任务结束后将以32000千米/时的速度返回地球，在大气层中经受近4000华摄氏度的高温，最后坠落在太平洋上。飞船回收团队针对这些情况，对“猎户座”的回收进行了测试。之后美国海军船只在潜水员协助下，迅速驶进该海域打捞出飞船。

2016年9月，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，猎户座的研制工作正在有条不紊地进行，它将于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。NASA的官员表示，“猎户座”太空舱硕大的主体结构已基本完工，工程师和技术人员正在安装一些关键系统。 

研发成本

2004年11月，美国国会会议中全额通过了。包括了“4.28亿美元的用于开发新一代载人探索飞行器的星座计划（5年内总计66亿美元）预算。

2005年，布什总统在财年要求的预算中，包括该载人探索飞行器的星座计划的预算。

2006财年的预算要求为7.53亿美元，用于继续开发载猎户座飞船。而依照截至2005年的开发情况看，其总预算估计为150亿美元。

2006年8月31日，洛克希德·马丁获得了猎户座计划合同中最初的“时间表A”部分，该部分价值39亿美元，将持续执行至2013年。合约中更多可选开发的“时间表B”部分，则可能价值高至35亿美元。

虽然迄今为止该计划得到了充分的资金保障以及众议院的支持，仍然存在航天飞机复飞计划成本升高导致的投入猎户座开发的资金出现极端困难的可能性。关于这个问题，也曾经讨论过是寻求国会提供航天飞机额外开销的特殊资金，还是让私人企业参与到猎户座的开发和运作中。

到2025年为止，不考虑通货膨胀因素，以及给美国国家航天局增加的额外预算，预计的总预算额为2100亿美元。而空间探索系统架构研究对截至2025年的总成本的估算为2170亿美元，比预算仅多出70亿美元。实际的最终成本可能会比这个估计更低，因为这个估算包括了为发射猎户座的运载火箭中的地球出发级开发全新的引擎，而实际上可能会采用J-2引擎的衍生型号。白宫的奥古斯丁委员会预计，在猎户座及战神一号开发完毕之后，还会发生每次发射近10亿美元的成本。



【054、流浪狗莱卡执行太空任务，出发前就知回不来，死亡真相被隐瞒45年】


2021-04-12 钟铭聊科学

提到世界上第一个进入太空的人，我们都会想到他的名字：尤里·阿列克谢耶维奇·加加林，但是提到第一个进入天空的地球生物，我们却想不到它的名字，实际上第一个进入太空的动物是流浪狗莱卡。

在上个世纪50年代时，美国和前苏联开始在太空领域展开较量，两者都想要领先对方，为此暗地里展开了多种较量。首先是前苏联将人类第一颗卫星斯普特尼克1号发射上太空，人造卫星发射成功之后，时任前苏联最高领导人的赫鲁晓夫又下达指示：请为我们的十月革命周年纪念日，在太空中发射一些新东西。而这个新东西，就是指将生命送入太空。

但该想法的提出时间，距离火箭发射只有不到一个月的时间，尽管工程师们拼尽一切的努力，但返回舱依旧来不及设计，也就是说，此次将生命体运往太空之中，从一开始就注定了该生命会牺牲在太空中。

不幸的是，流浪狗莱卡就是被选中的狗。莱卡是莫斯科街头的一条流浪狗，年龄只有3岁左右，是一条母狗。在被收养之前，它已经在街头上流浪了很久。

之所以选择莱卡执行太空任务，是因为狗陪伴了人类几千年，它们已经被人类彻底驯化，稍加培训就能够听懂指令。其次是因为流浪狗对环境的适应能力更强，身体抵抗能力比宠物狗更加出色。

更为重要的是，由于是执行太空任务，设计的太空舱空间有限，所以只能选择体重低于10公斤的流浪狗，而莱卡刚好就符合。除此之外莱卡还是一条母狗，母狗不会抬腿尿，能够方便为它设计宇航服。莱卡的年龄在3岁左右，体力和精力旺盛，能够接受航天基地的魔鬼训练。

事实上，航天基地并不是只选择了莱卡一条流浪狗，而是有9条，然后让它们一起接受了长达20多天的航天魔鬼训练。在训练时，它们的训练强度非常高，这是因为太空并不会因为它们是一条狗而对它们宽容，唯有在训练时多做努力，方能克服航天过程中所遇到的困难。

莱卡在这些训练中表现的很出色，它出奇的安静和配合，对人类的指令很容易就响应，所以它在9只狗子中脱颖而出，成为了目标狗狗，同时流浪狗阿尔比娜和流浪狗穆什卡作为莱卡的备选。

就这样，到了飞船发射的日子，莱卡乘坐着卫星“斯普特尼克 2 号”朝着太空出发了，这一刻人类走出地球的希望，都落在了一条流浪狗莱卡身上。

虽然莱卡在出发之前，人们就知道莱卡有去无回，但我们还是希望他能够在死亡来临之时，不要遭受痛苦。

根据官方的说法，莱卡在登上太空之后，完成了长达一周的飞行任务，然后吃下了一顿含有剧毒的晚餐后，在沉睡中死去。如果莱卡真的是这样死亡，那也算是不幸之中的万幸。

然而事实却非常残酷，官方的说法美化了莱卡的死亡，真实的莱卡在死亡之前遭受了极大的痛苦。

在莱卡进入飞船之前，科学家们在莱卡身上以及皮下安装了许多感应器，用来检测他的心跳和呼吸，而这些数据将会自动传回到地面控制台，以便科学家们随时知道它的情况。

根据数据显示，莱卡刚刚进入太空之后，由于设计失误，导致舱内温度持续上升，最终舱内温度达到了40摄氏度，而莱卡就这样忍受着高温高压，在5-7个小时慢慢死去，在死去的过程中，承受了极大的痛苦。

莱卡死亡之后，遗骸继续留在斯普特尼克2号卫星中，而该卫星在轨道上飞行162天后才解体，最终坠落地球大气层，在地球大气层中燃烧殆尽，莱卡的遗骸也在这次事件中燃烧殆尽。

后来前苏联解体后，莱卡的真实遭遇被披露了出来，世界上很多人对莱卡为人类做出的牺牲表示感谢，并为它建立了纪念碑以及发行邮票、为它演唱歌曲，只是莱卡再也回不来了。

从古至今，人类一直有一个太空梦，在实现太空梦的过程中免不了有所牺牲，只是莱卡的牺牲让人觉得无比的惋惜，因为它本不该就此死去。如果前苏联不是出于与美国竞争的需要，而是像我国一样一步一个脚印地探索外太空，那么莱卡也就不必匆匆地被推进飞船，它也有可能不会牺牲。



【055、罗塞塔号探测器飞掠直径120公里小行星】


2010年07月12日 新浪科技

距离最近时，“罗塞塔”号探测器距鲁特西亚3162公里。这颗探测器以每秒15公里的速度飞越鲁特西亚。出现在鲁特西亚上方的天体为土星及其星环。

小行星是太阳系形成时遗留下的古代残骸，绝大多数由岩石构成，也有一些由金属构成，主要是镍和铁。它们的体积大小不一，小的与大圆石相当，大的直径可达到数百公里。绝大多数小行星聚集在火星与木星之间的广阔太空区域。

在距离最近时拍摄的照片解析度达到每像素60米左右。这些照片展示了鲁特西亚表面的沟槽。

7月12日消息，据英国媒体报道，欧洲“罗塞塔”号探测器已飞越小行星鲁特西亚并向地球传回科学数据以供分析。这颗小行星的最大直径为120公里左右，是迄今为止探测器造访过的体积最大的小行星。

“罗塞塔”号拍摄的照片显示，鲁特西亚外形非常不规则，表面布满大量大陨坑以及一些令人好奇的沟槽。在此次与鲁特西亚“亲密接触”时，“罗塞塔”号距地球大约4.54亿公里左右，超出火星轨道与地球之间的距离。

“罗塞塔”号的鲁特西亚照片由“奥西里斯”照相机拍摄。参与奥西里斯项目的首席研究员霍尔格·赛克斯表示：“‘“罗塞塔’号发现一个新世界，科学家将为此忙碌很多年。”欧洲航天局科学部门负责人大卫·索思伍德教授在接受BBC新闻频道采访时说：“这些照片非常引人注目，让我们大吃一惊。这是历史性的一天，欧洲再次用行动证明，人们可以在探索太阳系过程中大踏步前进。一切的运转都如同钟表机械装置。这些照片堪称完美。”

科学家希望这些数据能够帮助揭示鲁特西亚的真实面目。地面望远镜在确定鲁特西亚身份方面存在困难。一些观测结果显示，它是一个非常原始的天体，自形成之后几乎就未发生任何变化，因此是一颗C型小行星。而其他观测数据则显示，鲁特西亚表面可能存在金属，说明这颗小行星可能在进化之路上又向前迈进一步，应该是M型小行星家族成员。此外，鲁特西亚也可能是一颗体积更大的小行星遭受一次巨大撞击时产生的碎片形成。

10日格林尼治标准时间的15点44分(英国夏令时的16点44分，中欧夏令时的17点44分)，“罗塞塔”号与鲁特西亚距离最近。它的几乎所有观测都在此次亲密接触时进行，历时几个小时。

借助于多波长照相机和分光计、磁场与等离子场实验、尘埃观测设备以及一次无线电科学实验，“罗塞塔”号在以每秒15公里的相对速度飞越时获取了大量数据，与鲁特西亚的最近距离达到3162公里。

“罗塞塔”号项目科学家丽塔·舒尔兹博士表示：“它拥有非常有趣的表面，从外表看，我认为它更有可能是一颗C型小行星，但我们无法给出一个确切答案。”她对BBC新闻频道表示：“我们必须等待红外数据。在我看来，这是了解这颗小行星的关键。”

此次飞越过程中，“罗塞塔”号共拍摄了大约400幅照片，每幅照片的拍摄历时10分钟左右到几天。在此之后，飞越获取的数据传回地球。在9月末于意大利罗马举行的欧洲行星会议上，科学小组将公布他们的最初发现。在此次飞越前，飞船遭遇的最大小行星是Mathilde，体积刚刚超过50公里。 1997年，美国宇航局的“尼尔-舒梅克”号探测器曾与这颗小行星亲密接触。

2008年，“罗塞塔”号曾近距离飞越小行星斯特恩斯。在此次飞越之后，“罗塞塔”号将朝着彗星Churyumov-Gerasimenko进发，预计将于2014年5月与这颗彗星“会和”。届时，“罗塞塔”号将进入这颗直径4公里的冰尘球轨道，甚至还将向彗星表面释放一个名为“菲莱”的登陆器。

现在，小行星引起了天文学家的浓厚兴趣。日本“隼鸟”号任务刚刚结束Itokawa小行星观测任务返航。2011年，美国将实施Dawn任务，进入小行星Vesta轨道。美国总统奥巴马表示，在21世纪20年代将宇航员送上小行星也是美国宇航局的目标之一。



【056、罗塞塔计划9月直接撞击彗星：登陆彗星让我们学到了什么？】


2016-07-19 金羊网

2014年8月6日，欧空局任务控制中心，罗塞塔项目工作人员在接收到飞船成功入轨信号后兴奋不已。

7月19日消息，据英国广播公司(BBC)网站报道，两年前的2014年，全世界都被欧洲空间局的一艘小小飞船追逐并登陆一颗彗星的壮举所吸引，那么两年过去，今年9月份，这次探测任务就将接近尾声，我们在这次探测任务期间学习到了什么？

星际交会

经过10年的太空追逐，2014年11月12日，正在围绕67P彗星运行的欧洲空间局(ESA)“罗塞塔”探测器成功释放一艘小型着陆器“菲莱”(Philae)并成功降落在彗星表面。而现在，罗塞塔项目团队正在规划着更为复杂的举动：他们计划在2016年9月份，控制罗塞塔飞船本身直接撞击彗星。这将是欧洲空间局本次任务期间利用这艘出色的飞船采集彗星数据的最后机会。

但尽管罗塞塔任务逐渐临近尾声，本次任务已经让科学家们取得了一系列的新发现，揭示关于太阳系的诸多奥秘并拓展我们对于彗星的认识。

但是，罗塞塔飞船并非首个人类针对彗星的探测器。这个头衔属于1978年发射的“国际彗星探测器”(ICE)，它在1985年穿越了21P/Giacobini–Zinner彗星。但所罗塞塔飞船的确是首个围绕彗星运行的人类探测器，以及首个向彗星表明释放着陆器的探测器，菲莱是世界上首个成功降落在彗核表面的探测器。

罗塞塔的发现

1) 关于地球起源

罗塞塔飞船发现彗星67P没有磁场。借助罗塞塔飞船和菲莱着陆器采集的数据，科学家们将能够排除一部分有关我们地球形成机制的候选理论。欧空局对比了罗塞塔飞船和菲莱着陆器在同一时间利用磁强计采集的磁场测量数据。数据显示67P彗星不存在自身磁场。这一结果不支持一项关于行星形成机制的理论，该理论认为磁场帮助将彗星物质聚集到一起，并最终成为构建原始行星的基本材料。

2) 关于生命起源

菲莱着陆器发现67P彗星上存在有机物质，其中包括一些此前从未在彗星上被探测到过的有机物成分。这是一项令人兴奋的发现，因为地球上所有生命都是由有机分子构成的，科学家们想要了解地球上最早的有机物质是否有可能是由彗星运送过来的。通过对类似67P这样彗星的研究，科学家们有望进一步加深对这一问题的理解。

3) 水的起源

罗塞塔飞船发现67P彗星上含有与地球不同的水。67P向外喷射的气体很多都是水汽。但罗塞塔飞船发现，相比地球水体，这些水体中氘的含量更高(氘是氢的同位素，其原子核中多了一个中子)。

此前科学家们一直认为彗星有可能是地球上最早水体的来源之一，当彗星撞击地球时就会为地球带来水体。但罗塞塔的发现显然让这个问题变得复杂化了。那么关于地球上水的起源是否还存在着其他的可能性呢？我们显然需要更多的探索。

4) 变化中的彗星表面

罗塞塔飞船发现67P彗星的地表处于时刻的变化之中。随着67P彗星逐渐接近太阳，罗塞塔团队开始观测到壮观的彗核活动现象。这是科学家们首次有能力近距离实地观察彗星上的水冰是如何变为水汽的。高分辨率图像显示彗星喷射的大量气体和尘埃云团都来自彗星表面巨大的塌陷空洞和悬崖崩塌过程，这也解释了为何彗核表面会如此千疮百孔。

罗塞塔的谢幕演出

在2016年9月份，欧洲空间局计划为已经持续了20年之久的罗塞塔探测任务正式画上一个圆满的句号——他们将控制罗塞塔飞船，命令它直接撞向彗星表面。

随着彗星逐渐远离太阳，罗塞塔飞船的太阳能帆板能够接收到的太阳能电力将愈发萎缩，相对应的，飞船的各项功能也将逐渐受到影响。为此，科学家们决定让罗塞塔飞船缓慢下降到67P彗星表面，他们希望这样做将能够采集到分辨率更高的数据和图像——尽管是最后一次。

罗塞塔飞船上安装有远比着陆器“菲莱”强大的多的设备仪器。因此随着罗塞塔飞船逐渐下降高度，它搭载的相机和光谱仪将能够接收到最高分辨率的图像和各项其他数据。而关于彗星喷出的气体成分等等，随着距离的下降，其分析精度也将得到提升。

由于罗塞塔飞船很有可能将无法在这场命运的撞击之中幸存下来，科学家们决定让飞船一直持续采集数据，直到生命的最后一刻。(晨风)



【057、旅行者 1 号飞出太阳系了，它是如何和地球联系的呢？】


旅行者一号已经飞出了太阳系，跑这么远了，是如何和地球进行联系的呢？

人类通过什么来控制它的运动方向？

拍摄的照片如何传输回来？ 为什么在 36 年前的时候就有了这么高的技术水平？

现在可知旅行者一号距离我们 17 个小时，地球与旅行者号来回进行信息传输至少有 34 个小时的延迟，那么人类通过什么使旅行者号有效规避危险和改变运行轨迹呢？

太阳系真的有那么空旷？太空中所有星体的运动真的都如此有序？旅行者号真的不会遇到不可测的危险（比如宇宙尘埃）吗？

旅行者1号已经飞行了43年，但是还没有飞出太阳系。由于距离遥远，目前没有技术能够监视它的飞行画面，只能通过无线电波与它保持联系。人类与它最后一次互动，是在2017年11月28日，工程师下达指令，修正了它的航线。

关于旅行者1号

旅行者1号是美国宇航局于1977年发射的外太阳系探测器，目前已经朝着深空连续飞行了43年。旅行者1号还有一个兄弟叫做旅行者2号，也是在1977年升空的。旅行者1号利用引力弹弓效应成功加速至第三宇宙速度（16.7千米每秒），比旅行者2号快10%，成为人类历史上飞行速度最快的探测器之一。它于2014年穿越了太阳风层顶，但还在太阳引力的控制范围之内。即使这样，它仍然是人类有史以来飞得最远的探测器。

旅行者1号利用钚的放射性能量来发电，简单来说就是核电池，可以用好几十年。不过，据科学家估计，旅行者1号的电力将在2020年消耗殆尽。乐观估计，还能坚持到2025年。旅行者1号在这漫长的旅途中，为人类传回了大量的科研数据。还携带了一枚镀金铝质碟片，充当地球人的信使。

为了节约宝贵的能源，旅行者1号进行了一系列省电操作。正是工程师的这些操作，使得旅行者1号在发射升空40年后仍然能够与地球保持联系。

为了能够与地球保持联系，旅行者1号在设计之初，就建造了一个口径3.7米的大锅，那口大锅就是接收和发送信号的高增益天线。并且携带了精度非常高的陀螺仪，可以用来修正天线的方向，即使在非常遥远的距离也能对准地球。

NASA的深空网络

截至2019年10月，旅行者1号距离太阳大约211亿公里。光在真空中每秒大约传播30万千米，无线电波也是这个速度。光从太阳表面到达地球大约需要8分钟，而人类与旅行者1号的距离已经十分遥远，目前信号往返一次大约需要40多个小时。这种由于空间距离遥远而产生的延迟，目前是无法解决的。

旅行者1号的信号功率有限，仅有20瓦，随着距离变得越来越远，地球上能够接收到的信号也越来越弱。好在，美国宇航局（NASA）从上世纪60年代就建造了一个极其强大的信号接收系统，叫做深空网络，主要用于星际通信。该信号接收系统隶属于美国宇航局所属的喷气推进实验室。

深空网络(DSN)是一个支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络，它是世界上最大和最敏感的通信系统，由一系列天线阵列组成，单个天线的直径可达70米，比在地面接收卫星电视信号的室外天线（卫星锅）大的多。

目前，深空网络由三处呈120度分布的通信设施组成，分别位于美国加州、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉，这种安排可以避开地球自转的影响。

极慢的通信速率

因为距离太遥远，地球上发出的信号要经过20个小时才能被旅行者1号接收到，旅行者1号收到信号后，回复也要经过20个小时才能被地球上的人接收到。即使到现在，也没有任何技术可以改善这个问题。

信号在传输的过程中会发生衰减，传输距离越远，衰减越厉害，因此旅行者1号采用了2.3GHz～8.4GHz的高频信号与人类通信，深空网络使用的则是2.1GHz信号。旅行者1号采用的是模拟信号，相比于数字信号，信号在传输过程中还会受到很大干扰。为了保证数据传输的准确性，旅行者1号使用了大量纠错技术。

因此，旅行者1号每秒钟只能传输几个字节的有效数据，一张1MB（1024千字节）的照片就需要传输近半个月时间。旅行者1号携带了一个64KB的磁带存储器，当数据无法及时传回地球时，就会将数据记录下来。总体上来说，旅行者1号的数据传输速率极慢。

结语

在2017年人类最后一次与旅行者1号互动后，目前人类与旅行者1号基本上处于半失联状态，很久才能收到旅行者1号发来的信息，在2025年后就彻底失去联系了。之后，旅行者1号将孤独地向银河系中心飞去，成为宇宙中的漂流瓶。以当前的速度，旅行者1号到达距离地球最近的恒星系统，就需要4万多年的时间。

我国如果要发射这样的探测器，也需要这样一个深空通信系统。即使到了现在，星际通信的数据传输速率依旧较慢，普通人要是用这么慢的速率上网会抓狂的。

热爱科学的朋友，欢迎关注我。（编辑于 2020-06-20）

航天话题下的优秀答主逐一回答楼主的问题：

0.没有飞出太阳系，广义的太阳系是指太阳能够影响到的区域，一般认为是Oort cloud 的边界，约50kAU(1AU是日地平均距离)，在那个区域的途径的天体仍然能够受到太阳的摄动而被俘获。

1、人类通过什么来控制它的运动方向？

1.1当然是火箭发动机了

1.2人们会预设大致的轨道和大的变轨区间

1.3在探测完土星系之后，旅行者1号被改变了任务，没有奔向天王星了

2、拍摄的照片如何传输回来？ 为什么在36年前的时候，就有这么高的技术水平？

2.1通信原理的理论我真的不想赘述了，照片都有其格式，调制到发射机上，通过旅行者号的高增益天线（那口锅）或中增益天线（冗余备份）朝地球方向发射，地球方面有更大的天线阵（70m）来接受，再解调。

2.2航天技术使用的一般是成熟可靠的技术而不是所谓的未得到充分实践尖端技术，航天首要保证的可靠性而非指标，诸如目前航天所用的最先进的计算机民用都会不屑一顾。上述图片的传输速率是1.4kb/s，体会一下用这个速率传照片，这还不包括校验码之类的

2.3有些技术实际上是后补的，例如，与飞的距离地球越远的探测器通信需要更大的天线阵，因此后来NASA和ESA做了70m天线阵的深空探测网络（DSN）。

问题3呢，你这是要逼死处女座的节奏啊，还是剔除处女座答题的方式？

4、现在可知旅行者一号距离我们17光小时，地球与旅行者号来回进行信息传输至少有34个小时的延迟，那么人类通过什么使旅行者号有效规避危险和改变运行轨迹呢？

4.1报废拉倒反正任务完成的差不多了，现在的能量也仅够维持少数设备了，用不了多久就该全部关闭了。

4.2那么空旷的地方飞就是了，有危险也就算了，本来目前仅仅是用来多获得一些星际空间的资料，过不了几年想管都管不了，就关机了（因为采用核电池作为能源，而核电池所能提供的能量会越来越少，参考元素衰变的相关资料，当所能提供的能量不足以维持基本需求时只能关机）。

4.3旅行者号携带的燃料也有限，用完就没了，想变轨都不成。

5、太阳系真的有那么空旷？太空中所有星体的运动真的都如此有序？旅行者号真的不会遇到不可测的危险（比如宇宙尘埃）吗？

5.1太阳系真的很空旷，你能看到什么，那些点画的太大了，实际上早就被淹没了。

5.2哪里哪里，世间唯一不变的就是在变化，当然这些变化从天文学的时间尺度才会很明显，比如月球离我们越来越远。太阳系有众多小天体，太阳系外层（指Oort cloud）又会有一些天体收到某些摄动，因此大行星的公转自转周期，轨道等一直在不短变化。

5.2.1人为原因也会造成改变，最明显的就是之前提到的行星引力加速Gravity assist就会改变探测器和行星的轨道和速度，不过由于动量守恒，即质量m和速度v的乘积的矢量和不变。而行星的质量远大于探测器的质量，因此探测器会得到加速或减速，而行星的变化不明显。值得一提的是地球也被用于作为行星引力加速的天体。

5.3一直在承受宇宙射线，尤其是太阳风。不过没关系，好的设备都关了，过不了几年就会因为能源匮乏而处于完全关闭状态了。



【058、旅行者1号能飞出银河系吗？】


苏州大学 材料科学与工程硕士

自1977年被大力神号运载火箭送入太空以来，旅行者1号作为“太空旅客”已经漫游了42年。那么，这艘无人太空飞船目前飞到哪里了呢？它最终又会飞到哪里？它能飞出银河系吗？它会有怎样的结局呢？

在2012年，旅行者1号冲出太阳风层顶，进入星际空间。目前，旅行者1号距离我们大约220亿公里（20.4光时）。但它还远未飞出太阳系，甚至还没有抵达太阳系外层的奥尔特云，因为太阳系的半径至少有1光年。大约还要再过1.8万年的时间，旅行者1号才能飞出奥尔特云的外边缘，真正离开太阳系。

从地球上看，旅行者1号正朝着蛇夫座方向前进。预计4万年之后，旅行者1号将从距离格利泽445恒星1.6光年之处飞过。格利泽445是一颗质量只有太阳五分之一的红矮星，它距离我们大约18光年，目前并没有在这颗恒星周围发现行星。

那么，当旅行者1号离开太阳系之后，它能飞出银河系，进入更广阔的星系际空间吗？

得益于百年一遇的天象，旅行者1号相继借助木星和土星这两大巨行星的引力进行加速，使其有足够的速度来摆脱太阳引力束缚。目前，它相对于太阳的飞行速度为17公里/秒。不过，旅行者1号的速度还远不足以摆脱银河系的引力束缚。

太阳在距离银河系中心大约2.6万光年，这里的银河系逃逸速度或称第四宇宙速度为550公里/秒。太阳绕着银心公转的速度约为220公里/秒，旅行者1号相对于银心的速度最多只比太阳快了17公里/秒，这样的速度远远无法让旅行者1号飞出银河系。

旅行者1号的结局很可能和太阳是一样的，都会沿着自己的轨道环绕银心旋转。据估计，旅行者1号的环绕银心一周的时间大约为2.1亿年，比太阳的用时短了大约2000万年。

由于旅行者1号与太阳的飞行方向并不一致，而且旅行者1号的质量远小于太阳，它的轨道在未来还有可能会受到其他恒星引力的影响，就像星际天体奥陌陌那样被太阳引力改变了轨道，所以旅行者1号将来很有可能不再飞回太阳系，不会与我们再次相遇。

另外，不排除宇宙中存在先进的外星文明，他们发现了旅行者1号，并将其俘获。但星际空间无比空旷，旅行者1号大概率不会被可能存在的外星文明发现，或者撞上其他天体，它很可能会一直在星际空间中飞行。

旅行者2号飞离太阳风的势力范围，但远远没有飞出太阳系地盘

NASA最新官宣：大名鼎鼎的太空探测器旅行者2号，现已飞出太阳风层。

这意味着继旅行者1号之后，人类第二个探测器进入了星际空间！

北京时间10日零时，美国东部时间9日上午11时，正在华盛顿举行的美国地球物理联合会（AGU）年度会议上，NASA旅行者号团队正式宣布这一重要消息，确认今年11月5日旅行者2号越过了太阳风层的最外边界，这一边界被称为太阳风层顶（Heliopause）。

确认依据来自于旅行者2号传回地球的数据，对星际空间等离子体密度、温度的直接测量。

我们知道，太阳风层（Heliosphere）又叫太阳圈、日光层，是由太阳产生的太阳风粒子和磁场形成的保护层。越过了这层就意味着飞出了太阳风的地盘，进入了星际空间，也就是恒星之间的空间。

作为旅行者2号的孪生兄弟——旅行者1号，曾在2012年率先越过了这一最外层，成为人类史上首个进入星际空间的探测器。

特别需要说明的是，尽管这对儿孪生兄弟已经飞出太阳风层，但远远没有飞出太阳系！

要知道，太阳系的最外边界被认为是奥尔特云，由数万亿个冰封天体组成的一个太阳系晕团，是造访内太阳系很多彗星的来源地。

对于奥尔特云的厚度，目前尚不能清楚测量，但据估计，大约从距离太阳1000AU（天文单位）一直能延伸到100000AU甚至1光年。

1个天文单位就是一个日地距离，约为1.5亿公里。光行时间也要8.3分钟。

旅行者2号要想飞到奥尔特云的靠内边界大约需要300年，而飞出奥尔特云至少需要3万年！

来看看这对儿孪生兄弟的荣耀履历——

旅行者2号 Voyager 2

发射时间：1977年8月20日由大力神IIIE火箭发射，比旅行者1号早发射16天。

距离地球：截至2018年12月10日，距离我们119.99AU，即119.99倍地球到太阳的距离，光行时间16小时37分59秒。

最近消息：11月5日越过了太阳风层，开始进入星际空间。

目前仍与地球深空网络保持数据联系，据估计直到2025年为止。飞行速度：旅行者2号目前飞行速度为15.34公里/秒。

耗资：1970年代时值8.95亿美元。

飞行轨迹：旅行者2从1977年8月20日～2008年12月30日飞行轨迹动画（紫线为旅行者2号飞行轨迹）。

旅行使命：探测过4大行星——木星、土星、天王星、海王星。

创造纪录：第一个探访天王星、海王星的探测器，唯一连续造访四大气态行星（木、土、天、海）的探测器，第一个发现木星大红斑是个反气旋风暴，第一个发现地球之外的活火山（木卫一）。

未来之旅：跟旅行者1号一样，旅行者2号也没有飞向特定的恒星。

预计40000年后飞过距离恒星罗斯248恒星1.7光年的地方。296000年后，飞过距离天狼星4.3光年的太空。

最远的星际漫游者

旅行者1号 Voyager 1

发射时间：1977年9月5日，由大力神IIIE火箭发射，比旅行者2号晚发射16天。

耗资：1970年代时值2.5亿美元

旅行使命：探测木星、土星及其卫星的探测器。

创造纪录：飞离地球最远的人造飞行器，第一个飞出太阳风层的探测器（2012年8月25日），第一个连续探测木星、土星及其卫星的探测器，未来人类第一个恒星际航天器。

最近消息：截至2018年12月10日，距离我们地球144.96AU，即144倍地球到太阳的距离。光行时间20小时05分39秒。至今仍与地球深空网络保持数据联系，直到2025年为止。

飞行速度：目前飞行速度为17公里/秒，在今年帕克太阳探测器、2016年朱诺号木星探测器之前，曾一度是现存探测器中速度最快的。

未来之旅：预计300年后飞出柯伊伯带，到达奥尔特云，再过30000年后才能彻底飞出太阳系。预计40000年后，旅行者1号飞过距离格利泽445恒星1.6光年远的星际空间。

宇宙太大，地球太小，这些太空探测器就是衡量人类更渺小的最好物证。



【059、旅行者2号——谨以此文献给落寞的前行者】


平凡的世界中间派（不偏左不偏右）

发布于 2020-03-03

大家好，我是孤独地前行者——旅行者2号，在人类宇宙探测的历史上，最令人瞩目的莫过于我和我的兄弟旅行者1号，我们带上了人类对神秘的向往，奔向未知，永不回头！哦对了，为什么我抢在了兄弟旅行者1号之前自我介绍呢？因为我的小兄弟因为发射前的一点点故障，导致它必须先接受一下检修才能出发，所以，我有幸提前出发去窥探浩瀚的宇宙。

Test Model(From:NASA)

满载希望与梦想起航！

Mission Status

在1977年8月20日，我搭载着泰坦三号E半人马座火箭发射升空，由于地面的工作人员的疏忽，忘记了传送一个重要的启动代码给我，导致我不小心关闭了身上的高增益天线，而高增益天线是离地球较远的飞行器和地球联络的主要工具。幸好地面的工作人员最终成功与我身上的低增益天线取得联络，并重新启动我的的高增益天线。由于我的轨迹和我兄弟旅行者1号略有不同，遵从一条较慢的轨迹，所以我到达木星的时间要稍晚于旅行者1号，不过这也给予了我更多时间去欣赏太阳系的瑰丽。

风景第一站——气体巨人木星

Jupiter(From:NASA JPL)

1979年7月9日，我飞掠木星，距离木星中心最近处640,000公里（9.14倍木星半径），这个位置在木卫一艾欧和木卫二欧罗巴轨道之间，大块头木星着实让人有些害怕。我兄弟旅行者1号飞掠木星的时候让我们看到了几个木星的光环，而我这次的飞掠除了发现了几个木星较为暗淡的的光环外，同时着重观测了木星上的那些怒吼的风暴，也就是那一刻，我们第一次知道，木星的大红斑是一个巨大的风暴气旋。通过我的拍摄，科学家们得以仔细研究木星上的大红斑和几个细小的风暴气旋。说实话，我第一次来到这里看到的景象还蛮震撼的，木星大佬的世界就像一个小太阳系，里面卫星密布，它们随着木星的转动翩翩起舞，上演着太阳系的冰与火之歌，木卫一上火山爆发频繁，硫化物的分布和几个月前我兄弟来的时候相比发生了巨大的变化，而木卫二仍然是那么的晶莹剔透，看起来好像一个冰球一样。

Io Surface

在木卫一上，借助我的慧眼，科学家们第一次发现了数座正在喷发的活火山。我这次总共观测了木卫一上九座火山的爆发，火山爆发造成的烟雾被喷射至离开木卫一表面300公里（190英里）以上的高空。而从火山爆发喷射出的物质速度更高达每秒一公里，这个能量远远大于任何太阳系内其他的火山。我飞过的时候还真得小心一点，不然非被喷发的流束烧的体无完肤，依据我遨游的经验判断，木卫一上的火山爆发能量可能来自其与木星、木卫二和木卫三之间的潮汐力。木卫二和木卫三会影响木卫一，使之发生一定程度的摇摆，而不是一直被锁定一面朝着木星，这种摇摆力量得使木卫一弯曲达100米，要知道在我的故乡地球上却只有1米。

Europa

在木卫二上，我提供的高解象度照片使得科学家们对这颗星球表面错综复杂的纹路饶有兴趣，这颗冰清玉洁的星球就如同它的名字——仙女欧罗巴一样，迷人而可爱。纹路的形成有可能是因为木卫二亦同样受到了潮汐力影响，使其内部出现了如木卫一百分之十或以下的摩擦力及热力，部分物质在冰层被外界力量撕扯时渗出，并在表面形成这样的纹理。也就是说，这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。很像地球上的海脊。里面会不会有和我们地球上一样的海底生物呢，也许也有可爱的蓝鲸哟！不过，虽然很喜欢木卫二，我并没有停留太久，转过来看看木卫三吧。

Ganymede

木卫三盖尼米得，我仔细观察了这里的地形，揭示了其表面深沟和多坑的构造，这是否说明木卫三也存在地质构造运动呢？这个问题令当时的科学家们也十分新奇。这颗卫星看起来真的很巨大，事实上它比水星还大呢，有趣的是木星居然还有以男性名字命名的卫星，就是这颗哟，没想到宙斯大神居然还有这类癖好。

Callisto

木卫四卡里斯托，我则着重探测了陨石坑，不过时间不太够了，只能迅速飞走。这次木星之旅还令我发现了数颗环绕木星的新卫星，例如木卫十四、木卫十五和木卫十六。

满怀期待第二站——太阳系的明珠土星

飞过木星后，我来到了土星，这无疑是太阳系最为迷人的地方，土星绚烂的光环在太阳的照射下熠熠生辉。1981年8月25日，我抵达最接近土星的位置，我测量了土星的气温及密度等资料，这里高层位置的气温为-203°C，而在低层位置-130°C。北极会多冷10K，但仍会出现季节性变化。当然，我细致地观察了土星的光环，传回了无数经典的风景照。

Giant Gas Saturn

这次的探测让我新发现了数颗土星的卫星，要知道当时已知木星的卫星个数只有16颗，因此土星卫星数量瞬间登上第一位。我还记录下了土卫二恩塞勒达斯上喷出的水汽，随后飞向土卫六泰坦。由于我的兄弟旅行者1号未能看到泰坦的真面目，科学家们决定让我放弃观测土卫六的计划，利用土星和土卫六的引力实现变轨，朝着天王星的方向前进。

接下来的路上风景就不那么密集了，因为木星距离太阳5.2天文单位，土星距离太阳9.5天文单位，而下一个天王星则要等到19.5个天文单位。

蓝色寂静的珍珠——镶嵌在夜色中的天王星

Uranus(From: NASA JPL)

1986年1月24日，我在历经了6年漫游之后，到达天王星。天王星亮度较暗，由于离太阳太远，在古代被人们误以为是一颗恒星，我让人们第一次看到了天王星的面貌。天王星也拥有自己的光环，只不过不同于土星，他的光环十分暗淡，是由黑色的小颗粒组成的。目前，人们已经发现了天王星的13个光环。在这首次的略过之中，我最接近天王星时只距离天王星的中心107,000公里左右，相当于4.2倍的天王星半径.

天王星的自转十分独特，它倾倒在其轨道滚动，目前有学者认为这种奇特的运动形态是由于在太阳系的形成早期曾与一颗与地球相似的原行星碰撞的原故。由于它的奇怪定位，使它的两极会分别接受长达42年的白昼或晚上。

我在刚刚接近天王星的时候，觉得这里过于安静，因为根本没有探测到很强烈的磁场，后来随着我的靠近，天王星的磁场才呈现在大家面前，由于天王星的倾斜位置，它的磁场磁尾因天王星的转动被扭曲成为了一个螺旋形，出现在天王星的后方。不过其实在我到访之前，人们对天王星拥有磁场并不知情。

天王星目前已知拥有27颗卫星，他们的名字大多出自莎士比亚和蒲伯的歌剧之中，多亏我离开地球前读了点书哈哈。在五颗最大的天然卫星中运行轨迹最靠近天王星的天卫五米兰达，这是太阳系中最奇怪的星体之一。因为它的表面上有一些深达20公里的峡谷、隆起的断层和新旧年龄混合的地表。科学家指出天卫五可能是把早期一些猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成。

Miranda

天卫三泰坦尼亚是环绕天王星运行的一颗卫星。天卫三跟天卫四奥伯龙差不多大，它们都布满了火山灰。这表明曾发生过火山活动。那儿有长达数千公里的风力强劲的大峡谷，可能是由于内部的水冻结、膨胀，撑裂了薄弱的外壳而形成的。天卫三直径约为1577公里，是天王星最大的卫星。它的表面也被一种黑色物质重新覆盖过，可能是甲烷或水冰。

Oberon（Similar to Titania）

最后邂逅宁静致远的海神尼普顿——淡雅蔚蓝的海王星

Neptune(From: NASA)

1989年8月25日，又历经了3年，我终于接近了位于30个天文单位的海王星。那时候我距离海王星云顶最近时4827公里，这个距离连海王星半径的1/5都不到。由于这是我最后一颗能够造访的行星，所以科学家决定将我的航道调校至靠近一点海卫一崔顿（也被翻译成特里顿），不再理会飞行轨迹。

我发现了海王星的大暗斑，后来在哈勃空间望远镜于1994年再次观测时却消失了。最初被认为是一片大的云，但后来却被认为是云层上一个空洞。

我还发现了海王星的6颗新卫星，它们分别是海卫三、海卫四、海卫五、海卫六、海卫七、海卫八，使其卫星总数增至8颗；在这次探测中，科学家们发现海王星有5条光环，其中3条暗淡、2条明亮。海王星的大气层动荡不定，大气中含有由冰冻甲烷构成的白云和大面积气旋，跟随在气旋后面的是时速为640千米的飓风。海王星的磁场和天王星的一样，位置十分古怪，这很可能是由于行星地壳中层传导性的物质（大概是水）的运动而造成的。

Triton

我对海卫一进行了考察，这是海王星最大的一颗卫星，也是海王星最早被发现的一颗卫星。经过这次飞掠，科学家们发现海卫一是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星，也是太阳系中最冷的天体。它比原来想像的更亮、更冷和更小，表面温度为-240℃，部分地区被水冰和雪覆盖，时常下雪。上面有3座冰火山，曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒，喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，到处都有断层、高山、峡谷和冰川，这表明海卫一上可能发生过类似的地震。海卫一上有一层由氮气组成的稀薄大气层，它的极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。

永不回头驶向远方

Never Back(From：NASA.JPL)

离开了海王星，我飞向茫茫的宇宙，再也无法回头。我想起了曾经播过的《快乐星球》，说不定前方真的有像快乐星球这样存在生命的星体，我也想起了人类交予我的神圣使命，想想就满心自豪。

Golden Record

截至到2017年，我身上的科学仪器也仅剩5个还在运转，为节约能源，我已经停止了扫描平台及紫外线观测，停止了磁带录音机运作。2018年12月10日，NASA正式宣布，我已经飞过了太阳的磁场边界，进入星际空间，朝着太阳系的引力边界奥尔特云艰难地行进着......据天文学家们的计算，如果我能一直能顺利地飞行下去，我将在公元8571年飞抵距离地球4光年的巴纳德恒星附近，而到公元20319年，我将飞抵距离半人马座3.5光年的地方，而到296036年，将到达距离天狼星最近处，约4.3光年，我会和兄弟旅行者1号一样，将承载着人类的探索精神，永不回头！

Sailing

天地浩渺，星光灿烂，奈何人的一生却如此短暂，无法欣赏夜空最辽阔的不朽。但没有任何一样东西曾阻止人类对于星空的探索和神往。虽然人类的脚步尚未走出地月之间的界限，但我们这些人类派出的信使已然徜徉在无垠的太空中。一只船孤独地航行在海上，它既不寻求幸福，也不逃避幸福，它只是向前航行，底下是沉静碧蓝的大海，而头顶是金色的阳光……



【060、旅行者2号照亮了星际空间的边界】


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这张艺术概念图展现了NASA的旅行者太空器之一正在进入星际空间——恒星之间的空间。这一区域由百万年前巨星死亡时放出的等离子体主导。而在我们的太阳泡之中充满了更热、更稀疏的等离子体。 图源：NASA/喷气动力实验室-加州理工学院

一年前，在2018年11月5日，NASA的旅行者2号成为了史上第二个离开太阳风层——由我们太阳造成的由粒子和磁场组成的保护泡的探测器。那时旅行者2号距地球大约110亿英里（约合180亿公里），远远超出了冥王星的轨道，这才进入了星际空间，也就是恒星间的区域。今日（2019年11月2日），在《自然·天文学》期刊上发表的五篇新论文描述了科学家在旅行者2号历史性穿越的时刻以及自那以后所观测到的现象。

每篇文章详细讨论了旅行者2号上正在运作的五个科学仪器之一的发现，这些仪器是一个磁场传感器、两个在不同能量范围内探测高能粒子的仪器以及两个研究等离子体（由带电粒子组成的气体）的仪器。把这些发现结合在一起，我们便可以看到一幅星际海岸线的景色，在那里由太阳主导的环境结束了，而星际空间的广袤海洋开始了。

太阳的太阳风层就好像一艘在星际空间中航行的船。太阳风层和星际空间都由等离子体充满着，那是原子被剥去电子的一种气体。在太阳风层内部的等离子体是炽热而稀薄的，而星际空间中的等离子体更冷也更稠密。恒星之间的空间也包含着宇宙射线，或者被爆炸恒星加速的粒子。旅行者1号发现太阳风层保护着地球和其他行星，遮蔽了超过70%的那种辐射。

当旅行者2号在去年离开了太阳风层，科学家们宣布两个高能粒子探测器发现了戏剧性的变化：仪器探测到的太阳风粒子比率急剧下降，而宇宙射线（通常比太阳风粒子更为高能）比率则急剧上升并保持在高位。这些变化证实探测器的确进入了一片新的空间区域。

这一艺术想象图展现了旅行者1号和旅行者2号探测器的位置，它们已经在太阳风层之外了。 图源：NASA/喷气动力实验室-加州理工学院

在旅行者1号于2012年到达太阳风层边缘之前，科学家们并不能确切地知道这一边缘离太阳多远。两个探测器从不同位置在不同时间离开了太阳风层，太阳有着一个周而往复大约以11年为周期的循环，循环中太阳的活动在高低之间转换。科学家们预计太阳风层的边缘，也就是太阳风层顶会因为太阳活动变化而移动，有点像肺随着呼吸而扩张再收缩。这与事实相符，两个探测器的确是在距太阳不同距离上碰到太阳风层顶的。

新论文们如今确认旅行者2号还没完全到达不受干扰的星际空间，就如同它的兄弟旅行者1号一样，旅行者2号似乎在一个受太阳影响的过渡区域，就在太阳风层外围。

“两个旅行者探测器正在告诉我们太阳是如何与填充着银河系恒星之间大部分空间的物质相互作用的，”艾德·斯通（Ed Stone）说道，他是旅行者计划的项目科学家，也是加州理工学院的一名物理学教授，“如果没有来自旅行者2号的新数据，我们就无法得知我们从旅行者1号看到的现象是对于整个太阳风层普适的还是只能反映它穿过太阳风层那一时刻局部的性质。”

在等离子体中前行

两个旅行者太空器如今已经确认在本地星际空间中的等离子体要比太阳风层内的等离子体稠密得多，这与科学家的预期一致。旅行者2号如今也已经测量了在邻近星际空间中等离子体的温度，并确认其比太阳风层内的等离子体要更冷。

在2012年，旅行者1号在很靠近太阳风层顶的地方观测到等离子体密度比预计得要稍稍偏高，这意味着等离子体正在被轻微挤压。旅行者2号观测到在太阳风层外的等离子体比预计的稍稍温暖一些，这也可能意味着它正在被压缩。（外面的等离子体仍要比内部的等离子体冷。）就在旅行者2号要离开太阳风层时，它观测到等离子体密度在升高，意味着等离子体在泡泡的内边界处也被压缩了。但是科学家们还没有完全明白是什么造成了两侧都有挤压现象。

泄露中的粒子

如果把太阳风层比作一艘在星际空间中航行的船的话，似乎它的船壳有些漏水。旅行者上一台粒子仪器表明有一束粒子细流正从太阳风层中穿过边界，进入星际空间。旅行者1号是在太阳风层的“前沿”附近离开的，“前沿”是相对于泡在空间中运动的方向确定的。然而，旅行者2号则更接近侧面，这块区域似乎要比旅行者1号所在的区域更“漏水”。

磁场之谜

旅行者2号磁场仪器的观测证实了旅行者1号的一个惊人结果：在太阳风层顶外很近的区域之磁场与太阳风层内部的磁场是平行的，科学家们先前只有一个磁场样本，所以没法确定这一明显的对齐是整个外部空间的性质还是只是一个巧合。根据斯通的观点，旅行者2号的磁强计观测结果印证了旅行者1号的发现，确认这两个磁场是平行的。

旅行者探测器在1977年发射升空，两者都飞掠了木星和土星。旅行者2号在土星改变了轨迹，从而得以飞掠天王星和海王星，完成了历史上唯一一次对于它们的近距离飞掠。旅行者探测器在1989年完成了伟大的行星之旅，开始了它们前往太阳风层顶的星际任务。更快的旅行者1号如今距离太阳136亿英里（约合220亿公里），而旅行者2号距离太阳113亿英里（约合182亿公里）。从旅行者2号出发，光要走16.5小时才能到达地球。作为对比，太阳发出的光只需要8分钟即可到达地球。



【061、旅行者号探测器】


（一）

旅行者号探测器，1977年8月20日和9月5日， 美国先后发射了旅行者2号和1号探测器，这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务。旅行者1号与其姊妹船旅行者2号携带的钚…查看全部内容

简介

旅行者号探测器，1977年8月20日和9月5日， 美国先后发射了旅行者2号和1号探测器，这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行。担负探测太阳系外围行星的任务。旅行者1号与其姊妹船旅行者2号携带的钚电池（核动力电池）将持续到2025年左右。当电池耗尽之后，他们会停止工作，将继续向着银河系的中心前进。2012年8月中旬，研究学者表明“旅行者1号”将进入星际空间，35年共飞行178亿公里。

外文名Voyager。

制造国家

美国

隶属组织

美国国家航空航天局（NASA）

发射时间

1977年9月5日和8月20日

中文名

旅行者号探测器

（二）

土星上的巨大发现

长期以来，土星被视为太阳系的“哇哦”行星。事实证明土星比任何人想象的都更宏伟。旅行者1号在土星附近时飞掠了泰坦，而它至今仍然是我们知道的唯一有着厚大气层的卫星。

无线电信号还显示，泰坦这颗卫星的赤道直径约为5150千米。这是一个重要的发现，因为直到1980年，由于不清楚泰坦那浑浊大气的厚度，科学家对泰坦尺寸的估计是不正确的，他们认为它是太阳系中最大的天然卫星。

借助旅行者1号的数据，我们可以确定甘尼德是两颗卫星中较大的一颗，并且两颗卫星都比太阳系最接近太阳的行星水星的尺寸要更大。

泰坦倾斜的赤道导致它上面季节分明。旅行者1号能够看到气体和微粒从一个半球迁移到另

一个半球。这一现象和大气的垂向密度分布结合在一起，造成了该卫星反照率上的巨大差异。

早在旅行者号到达之前，我们就已经知道这个卫星的大气里含有甲烷，尽管结果表明甲烷只占其中的百分之几。事实上，来自土星强磁层的质子和来自太阳风的紫外线光子分离出氮和甲烷分子。它们的原子重新组合成一系列的微量元素，包括氯化氢和乙炔，其中许多可以被旅行者号的红外仪器探测到。

环的起源

土星环的主要成分是水冰。它构成了99.9%的环，并且使环表现出十分耀眼的反射。虽然两个旅行者号，都在某一些部分看到了褪色现象，但这可能是由于这些地方存在杂质，如复杂碳化合物索林斯或硅酸盐而造成的。直到1980年，科学家一致倾向于将引力作为环形成的驱动力。

这些环形系统的形成和维持是一个谜，人们希望旅行者号能够解开这个谜团。

在1980年之前有两个主要理论占据主导地位。第一个是由爱德华·洛希提出的，假设驻留在离行星特定距离的小卫星们会被潮汐力撕裂，其碎片可能沉淀成环。第二个理论由彼埃尔·拉普拉斯和伊曼努尔·康德提出，他们认为在和由大圆盘形成太阳系的过程相似的过程中，这些环与土星同时形成。

正如旅行者号所看到的，环中的离散粒子是如此明亮和原始，几乎全部是由水冰组成，其中有一些痕量污染物——它们存在的时间似乎还不到几亿年。有些粒子非常小(从汽车大小的巨砾到沙粒状），如果它们比几亿年老很多的话，早就被拉到大气中去了。

此外，旅行者号在土星上发现了极低水平的环境辐射，这意味着这些环是在相对温和的环境中成长的。这促成了早期理论的发展，认为木星、天王星和海王星在演化过程中很早就失去了原始的气态盘，留下的主要是挥发物，从中聚集出它们较深色且较小的环系统。另一方面，土星冷却足够早，因此水蒸气可以凝结，并最终产生更壮观的环。在它们和大行星的相遇中，旅行者号也发现了比预期的更复杂的细节，从辐条和扭结到卷曲和牧羊犬卫星。

旅行者2号继续前行，到达了地外巨行星天王星和海王星——这两个此前只有通过望远镜才能被看到的暗弱斑点。勇敢的航天器显示出它们与更近处的表亲明显不同：一个温和平静，另一个却有着比太阳系中其他任何天体都更为狂风肆虐的严寒地带。

旅行者2号还探测到了以前从未发现的行星环和新的卫星，在这两颗行星已经令人印象深刻

的标签上又加上了几笔。与此同时，旅行者1号从行星公转的平面上驶离，人们希望它能到达日光层的边缘。

在2012年它做到了，成了第一个进入星际空间的人造物体。

（三）再见，太阳系

冰巨人的未知领域——天王星

1986年1月和1989年8月，旅行者2号飞过了地外巨行星天王星和海王星，成为第一个到访过它们的航天器。在短暂的访问期间，人们发现这些几乎无法，被太阳的温暖触及的酷寒世界和离它们较近的表亲一样神秘。

天王星在太阳系中是独一无二的，这是因为它的自转轴有高达98度的异常轴向倾斜角——天王星呈现给观察者的是一个倾斜的世界。

它的极点位于赤道应该在的位置，并接收着相对应的更多的太阳光。天王星在距太阳2.8×109干米远的地方，每84年绕太阳一圈。它的两个极点有节奏地被相继照亮，然后每40年重返一片寒冷的黑暗之中。

当旅行者2号观测到这颗行星时，它的南极正在被阳光直射。天王星的5个主要卫星在其赤道平面内围绕它们的巨型主星运行。在卫星们以南的半球，在1986年1月的时候是夏季，而它们的北面则进入了长达21年的冬季。

天王星的轴向倾斜是如何产生的，这一点仍然是个谜。有观点认为，这是由于它和地球差不多大小的天体发生过一次撞击而导致的。

卫星们在赤道平面内绕转运行，意味着它们是很久之后才形成的，有可能是由于这次撞击产生的碎片进入轨道而形成。此外，天王星几乎不向太空辐射任何热量——它的温度低至-224摄氏度，使它拥有太阳系中最冷的行星大气，而且有可能的是，无论是什么物体撞击了这颗行星，它最开始产生的大部分的热量都已经被释放殆尽。

有着狂野天气的世界——海王星

海王星距太阳4.5×10°干米，接收到的太阳光只有黑暗的天王星的一半，温度低达-218摄氏度，原则上应该是一个沉寂的世界。然而，旅行者2号揭示出，它是惊人地充满活力的，旅行者2号在南纬22度观测到一个椭圆形大黑斑。这个逆时针旋转的大涡旋与木星的大红斑有许多不可思议的相似之处，包括在大气中的相对大小、运动和位置等特点。

随着航天器越来越近，它又发现了第二个较小的黑斑。还有一个V形的向西移动的云，在海王星大气层上，以16小时为周期快速移动让它有了“滑板车”的绰号。

大黑斑与它的名字保持一致，比它周围的环境暗10%，它以1100千米/小时的速度在大气中向北推进。在它的边缘是一个盘旋的、形状变化的“明亮伴侣”云。该黑斑位于海王星的主要云层下方50千米处，同伴在海拔稍高的地方，与地球上的透镜状云类似。

天空蓝色大气的其他地方有卷云状的甲烷冰云，在北纬低纬度地方的海王星云层上投射出数十千米长的阴影。在这样一颗寒冷的行星上，思考这种狂野的天气是如何形成的，一定与它的更高密度的内部联系在一起，而且它发出的热量是接收的入射太阳光的2.6倍。

有人指出，海王星内部的热量和冷的大气之间的温差，可能触发不稳定性，并导致大规模的气象活动。极极地上的黑色条纹表明这种现象曾经是司空见惯的，即使它在太阳系的这个遥远角落。

旅行者2号，观察到一个间歇泉将碳质物质抛向几千米的高度，而同时进行其他测量将当地风速锁定在54千米/小时，和地球上的一个中等强度的大风一样强。

海王星与天王星的外表相似，却内藏了一个更加活跃的世界。尽管它距太阳更远，红外数据却显示它辐射的热量是入射到天王星的光的2.6倍，并且海王星质量更大一点，这就会影响它的磁场和内热。

旅行者2号是历史上唯一一个造访了4颗行星的航天器，这个离开太阳系的方式多么雄壮！

太阳系的全家福

到1990年时，旅行者1号正朝着太阳系边缘前进，速度接近6.5×10干米/小时。在它与木星和土星成功相遇之后，它曾经拍摄了我们的家园——地球——在银河系中的肖像照，包括那张著名的被称为“暗淡蓝点”的地球的标志性照片。

2月14日，旅行者号离地球已经将近6×109干米，远离海王星和冥王星的轨道。它再次转过身来“凝视着”它即将远离的世界，为我们拍摄了一组此前从未见过的景象。

旅行者1号收集了60张图像—这是由旅行者号所拍摄的最后一组照片。这组照片需要3个月的时间才能传送回家，这是送给我们的行星邻居的一个情人节礼物。

这些照片分别在3月、4月和5月被一一传回。

当把它们组合在一起后，我们看到了6颗行星的快照。这其中包括了地球，作为一个微小的斑点，在相机的光学系统内，它被捕获在一束阳光的反射光线中。水星在太阳的耀眼光芒下消失不见了，而火星以及当时仍然被视为行星的冥王星，因为太小而没有在照片里显现出来。天王星和海王星看起来很模糊，是因为在曝光过程中它们一直在移动。

再见，太阳系

旅行者号已经将太阳系中的地外行星甩在身后，它早已完成了项目工作人员对它们的所有期望。

当它们飞向未知领域时；一个新的挑战出现了：航天器能否让我们第一次领略星际空间的样子？

在1990年情人节那天，旅行者1号所拍摄的“暗淡蓝点”和“全家福”图像，是这一项目中最具代表性的成果之一。它们突出了我们的家园在浩瀚太空中的渺小。

与此同时，旅行者号结束了对行星的探索，一个新的冒险就此展开：它们将驶入星际空间。

在拍摄完首张“全家福”之后；两个航天器都“失明”了。它们的相机被永久关闭，以节省电力和存储空间，留给那些研究远离太阳控制范围的黑暗环境所需要的设备使用。

这样它们将为我们首次提供，研究太阳系外部环境的机会，因此旅行者星际任务（VIM.）诞生了。

“旅行者1号和2号穿越点之间的这关键的10天文单位的差异证明了一个长期存在的理论，即太阳系并不是完美的圆形，而是扁的。”

减缓衰退

在穿过终端激波和进入日鞘(太阳风急剧减速并变为湍动的区域)之后，到2007年8月，两个旅行者号已经30岁了。在它们的生命中，它们都各自以3个钚燃料的放射性同位素热电发电机作为电源。但随着钚的放射性衰退，功率开始稳步下降——每年减少4瓦。

为了延长它们的工作寿命，行星射电天文探测仪器在两个探测器上都被停用，还有旅行者2号的红外光谱仪也一样。在各种非必要的系统上电源也被切断。到2020年，需要开始关闭剩下的科学仪器。

旅行者号的未来将在哪里？

奥尔特云

旅行者1号和旅行者2号，300年后会到“奥尔特云”。虽然它从来没有被直接观测到，但是有一个被称为奥尔特云的，亿万个冰冻物体组成的外壳被认为包围着太阳系。它是如此之大，以至于人们认为旅行者号，需要4万年的时间才能穿过它。

格利斯445

旅行者1号，4万年后将到达“格利斯445”。目前距离太阳17.6光年，格利斯445是鹿豹座的一颗主序星。它正在向地球移动，并且在旅行者1号经过它的时候，它应该正好是差不多肉眼可见的。

罗斯248

旅行者2号，4万年后到达“罗斯248”。罗斯248位于10.3光年以外，是一个昏暗的红矮星，吐出相对频繁的、大的耀斑。有一些(不确定的）证据表明，这颗恒星有一个大的木星大小或褐矮星大小的伴侣。

天狼星

旅行者2号，29.6万年后，旅行者2号将最终通过夜空中最亮的星。这实际上是一个双星系统，由一颗主序星(天狼星A）和一颗伴生白矮星(天狼星B）组成。距离地球8.6光年。

两个旅行者号航天器离它们的第45个生日越近，它们就越需要保存自己的能量。NASA将不得不一个接一个地关闭它们的仪器，以使它们可以尽可能长时间地保持运行——NASA希望可以足够长，能让旅行者2号穿过日鞘，像旅行者1号一样进入星际空间。（2012年12月已经进入星际空间）

如果最后的科学数据如预期一样，在2025年传送到地球，那时旅行者1号将距离我们169天文单位，而旅行者2号将在142天文单位的距离处。

这些数字可能听起来并不大，直到你意识到一个天文单位，相当于地球和太阳之间的平均距离，大约1.5×108千米。

它们将远离太阳系中的任何东西，而太阳系中没有东西能减慢它们的速度。它们会载着它们的黄金唱片（每个旅行者号上面都有一个1977年的时光胶囊，存放在一张镀金铜盘中，这是一张包含当时我们的星球一瞥的唱片记录。无论旅行者号的黄金唱片，被未来的外星人如何解读，它们都是人类和我们无畏的天性的“记录”。）冲进深渊。

旅行者号将无法再继续探测和记录它们所经过的环境，将成为昂贵的漂流瓶。尽管概率微乎其微，可能性仍然存在，那就是我们的星际使者可能恰好遇到太空文明的外星人，并让他们知道银河系中有生命，而且期待与他们相遇。

这本《旅行者号的故事》分享到这里，这是人类智慧的创举，它让我们清楚地意识到宇宙未知空间的广阔。

在这个项目中有许多科学家，是从大学毕业那天起就参与了的。今天，他们已是中年或暮年还有许多人已离开人世。在时间长河里，容颜会变老，生命会逝去，但对浩瀚的宇宙空间的探索从未停步。未知领域，激励着人们一代一代地去探索且不断前进。致敬，旅行者号！



【062、旅行者号为什么没有探测柯伊伯带天体？】


「已注销」回答 2020-11-02

原因很简单，因为两个探测器都不在黄道面上（其实即使在，人类当年的技术水平也来不及引导其与柯伊伯带小天体交汇。这是因为，人类必须先在地面上发现目标，计算出轨道后，才能相应地规划探测器的轨道。90年代之前，没有哈勃的帮助，发现柯伊伯带那么小的天体几乎是不可能的），而柯伊伯带只存在于黄道面上。

有一个错误的观点，是认为人类1992年才知道柯伊伯带的存在。但其实，人类是上世纪60年代就知道柯伊伯带存在了（柯伊伯本人70年代就去世了）。只不过之前只能通过彗星等间接手段推测（这就类似于今天人类对奥尔特云的状态，缺乏实际观测能力。至于如何通过彗星推测柯伊伯带与奥尔特云的位置，请参见这篇回答），一直到了1992年才真正发现了一个运行在柯伊伯带中的天体。也就是那之后，人类才意识到冥王星本身就在柯伊伯带内部运行，所以十年多后冥王星就被开除出了大行星。

那为什么两个探测器都不在黄道面上呢？这就要说到一个在事后看起来是很错误的决定了：

冥王星当时位于图中与海王星轨道交叉的那部分，比海王星距离太阳更近。四颗气态行星的位置参考偏右的旅行者2号轨道。

上个世纪70年代末，太阳系外侧的木星、土星、天王星、海王星和冥王星全部都运行到了同一侧，这使得我们可以一次性拜访它们。但是，冥王星的位置相对于天王星和海王星向西落后了一点，而探测器是没有办法往回调头的，因此在飞跃土星以后，探测器只能在“前往冥王星”与“前往天王星”之间二选一。

但当时，天王星的位置领先土星很多，如果想要飞往天王星，那么探测器必须绕土星打出一个近乎直角的急弯。

旅行者二号飞跃土卫一

旅行者一号与二号的最大区别，就在于飞行速度。作为打头阵的旅行者一号，发射的时候就达到了第二宇宙速度，可以直接飞出太阳系。而旅行者二号发射的时候轨道还是个椭圆，是经过木星、土星等多次加速之后，才得以逃逸的。

对于探测器而言，速度越快，双曲线轨道的夹角就越大。如果要强行缩小夹角，就只能通过更接近行星来获得更大的引力。旅行者一号的速度太快了，以至于为了完成这个直角转弯，它必须撞进土星的光环里——这显然是不可行的。所以旅行者一号无法前往天王星，按照预先的计划，它会飞往冥王星。

升空两年后，一个突发新闻改变了一切——

1979年，人类第一颗土星探测器——先驱者11号飞掠了土星。通过它拍摄回来的照片，人类赫然发现，土星最大的卫星——土卫六泰坦，居然有大气层！

半个世纪前的人类，对地外生命还有很多不切实际的幻想。什么火星运河、火星人脸传得有鼻子有眼的。这些科学家一听卫星有大气层，瞬间心跳加速，决定不惜一切代价也要近距离观察这颗卫星。至于小小的冥王星，在当年科学家的眼里，并没有多大的吸引力。

旅行者一号点燃引擎，强行将轨道指向了土卫六，于是后面的轨道全都乱套了。当时土卫六在黄道面偏南的地方，探测器飞掠后会受到土星的引力，会被偏向黄道面以北，就此离开行星系。在事后看来，这是个愚蠢至极的决定。因为最后拍出来的照片是这样的——

就是个黄色的大橘子而已。土卫六的大气层底部布满了雾霾，使得地面根本无法用可见光看到。直到前几年，通过更先进的电脑科技，科学家对旅行者一号的照片进行处理，才勉强看到了一点点地面细节。不过这已经无济于事了，因为那时候，环绕土星的卡西尼号早就已经通过雷达拍下更清晰的图像了。

旅行者一号因此进入了黄道面北方，是人类历史上第一个离开黄道面的探测器。这使得它拥有了拍摄整个太阳系的绝佳视角，因此才有了后来著名的太阳系全家福。

旅行者二号后来成功飞掠了天王星和海王星，成为了至今唯一探测过这两颗行星的探测器。在飞掠海王星时，前方已经没有可能到达的大行星了，为了增加探测的星球数量，旅行者二号决定近距离飞跃海卫一察东。当时海卫一正好唯一海王星的背面，要前往海卫一，唯一的方法就是从海王星的北极点飞过，然后向南被折向海卫一的轨道。

旅行者二号飞跃海王星北极

旅行者二号拍摄的海卫一察东

这次的选择收获颇丰，海卫一是一颗非常类似冥王星的星球，旅行者二号发现了它的地质运动、稀薄的大气层以及喷发的冰火山。

在飞掠海卫一以后，旅行者二号向南脱离了黄道面。

旅行者一号和二号，分别向南北两个方向，离开了太阳系。由于它们都在进入柯伊伯带之前就脱离了黄道面，所以，它们再也没有与柯伊伯带相遇的机会了。

由于旅行者一号的挫折，卡西尼号携带了可以穿透雾霾的雷达设备，成功拍摄了土卫六的地表图像，发现了土卫六表面上流淌着的甲烷河流和甲烷湖泊。如果不是旅行者一号的发现，可能最终无功而返的就是卡西尼号了。

但是，有时候我也会想。如果旅行者一号当年真的飞向了冥王星，那么人类早在上世纪80年代末，就已经探测过冥王星，随后也将会飞跃过柯伊伯带。那么，也就不会有新地平线号什么事了。实际上，新地平线号远比旅行者号简陋得多，它连个万向摄像头都没有，为了拍照还得调整整个探测器的姿势把镜头对准目标。而且，由于轨道位置很不利，新地平线号基本也没有接受多少引力助推，飞跃木星的时候，四颗大卫星也非常不巧地都在木星的背后。



【063、最强火箭？马斯克“猎鹰重型”搭载特斯拉跑车飞入太空】


BBC科技事务记者

2018年2月7日

美国科技大亨埃隆·马斯克（Elon Musk）的新火箭「猎鹰重型」（Falcon Heavy），在美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心成功升空。

这支继美国太空梭之后的最强火箭，在平台上顺利发射，没有出任何外，飞上大西洋上空。

此前，外界一直认为今次发射不无风险。

SpaceX总裁马斯克曾称，研发该新火箭遇上挑战，首次试射的成功率只有一半。

“我脑海曾经出现过一些画面，譬如在发射平台上出现爆炸、或有轮胎脱落滚开。但幸运地，这些都没有发生。”马斯克在发射成功后表示。

今次发射成功，意味着“猎鹰重型”有望成为现有火箭中载荷量最重的一枚。

“猎鹰重型”的设计目标，是要载荷64吨进入近地轨道（距地球表面数百公里），相当于将五架双层巴士送上太空。

这样的载荷能力，是此前全球最强火箭“三角洲四号”（Delta IV Heavy）的两倍；但马斯克说，猎鹰重型的成本只是它的三分之一。

在这次充满不确定性的试射中，马斯克为“猎鹰重型”选择了较少、但更有趣的搭载物：他的鲜红特斯拉开篷跑车，司机位坐着一个宇航服人偶，车上循环播放着大卫.宝儿的经典名作《Space Oddity》。

SpaceX的目标是将特斯拉开篷跑车及一个宇航服人偶送上太空——

如果升空的所有程序均告成功──这要等发射后六个半小时才会知道──这架跑车与它的「乘客」会被送入太空，沿椭圆轨道环绕太阳运行，轨道最远将及火星。

“猎鹰重型”由三枚SpaceX「猎鹰九号」火箭绑定在一起而成。与此前的SpaceX发射一样，在发射后，这三枚火箭底部的推进器将回到大气层，尝试在掌控之下降落地面。

两个推进器准备在佛罗里达降落——其中两个推进器，成功在肯尼迪航天中心以南的划定范围内降落，而且两者的著陆架几乎是同时着地。

“这太厉害了，”马斯克说：“可说是我见过最令人兴奋的一幕。”

按原定计划，第三个推进器应在离佛罗里达海岸数百公里的一架无人驾驶船上降落；然而，由于该推进器的推进剂不足，令其在下降时无法有效减速，最终未能在目标地点降落，以每小时500公里的速度在水面坠毁。

其时，“猎鹰重型”的上半部份，以及搭载的特斯拉跑车，正沿着以火星轨道为方向的弹道进发。

要成功进入轨道，“猎鹰重型”上半部的引擎需要三度喷发，最后一次是在长时间的航行之后。

马斯克此前曾表示，这段航行是他最担心会出问题的。“猎鹰重型”上半部需要航越地球上空辐射集中的区域“范艾伦辐射带”（Van Allen Belts），火箭的电子系统有可能会受到干扰。

研发出如此强大的火箭，将为马斯克与SpaceX公司带来更多新机会：

美国情报机关及军方可以应用更大的卫星：目前可用的卫星，均受制于搭载火箭的负荷能力。

可以将体积更大、功能更齐全的机械人，送上火星表面，或更远的木星、土星及其卫星。

搭载更大型的望远镜。目前，哈伯望远镜的“接班人”、詹姆斯.韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），明年升空时需要多重折叠才能搭载在火箭中。

但马斯克认为“猎鹰重型”能够改变当前太空行业的关键，除了它的载荷能力，还有其成本之低。

“对所有其他重型载荷火箭而言，胜负已分了。”马斯克周一向传媒表示。

“现在的情况，就像有一家飞机公司已经推出了可以多次飞行的飞机，但其他公司仍在推销只能飞一次、到达后会直接坠毁、乘客要跳伞降落的飞机。听起来很狂，但火箭这项生意就是如此。”

「猎鹰重型」由三枚SpaaceX「猎鹰九号」火箭绑定在一起而成。



【064、马斯克SpaceX成独家登月合作商，NASA：价格太香了】


马斯克击败贝索斯中标NASA登月项目

2021-04-17 量子位

刚刚，NASA宣布，已选择马斯克的SpaceX作为的唯一指定月球登陆提供商，签订28.9亿美元独家合同。

美国上一次登陆月球是1972年发射的阿波罗17号，距今已过去半个世纪。

作为阿波罗计划的继承者，本次登月以希腊神话中阿波罗的孪生姐姐命名为阿尔忒弥斯计划(Artemis Program)，计划于2024年重返月球。

马斯克胜出的最大原因是……

便宜！

与SpaceX竞标的还有亚马逊总裁贝佐斯创建的蓝色起源(BlueOrigin)，以及美国国家安全技术公司Leidos旗下的Dynetics。

尽管SpaceX加入该计划时获得了最少的资金支持，以及最低的技术和安全性评级。

但远低于两个对手的29亿美元竞标价实在是太香了。

结果宣布后，马斯克表示：“NASA NB！！”并把头像换成了星舰飞船。

阿尔忒弥斯计划设立之初目标为2024年重返月球，并致力于将第一位女宇航员，和第一位有色人种送上月球。

进一步目标是在月球建立永久基地，并最终登陆火星。

想得挺好，但是国会并不买账。

在本财年，该计划共申请33亿美元的预算，国会只批准了8.5亿。

因此NASA打算把原计划的2家提供商降至1家，并于今年2月承认“2024不再是一个现实的目标”。

SpaceX胜出的原因也许还有一个。

传统公司Leidos，以及与蓝色起源合作的洛克希德马丁，在国会有比科技新星马斯克强得多的影响力。

把他们的单砍了，或许能推动他们积极游说国会为登月计划提供更多的资金支持。

马斯克的星舰(Starship)飞船，月球登陆方案是个“电梯”，像这样：

需要电梯的原因是星舰高49米、直径9米，太大了。原来，星舰的目标不只是载人，还包括为建立月球基地运送最多100吨货物。

其重型型号将设计成能载100人的商用飞船。

NASA看重的点是，星舰为宇航员提供了宽敞的舱室，充足的运载能力能带大量实验器材上月球，也能带回更多从月球采集的样本。

星舰还将是完全可回收重用的，这不但能降低发射成本，也能缩短发射周期。

登月时星舰将不带人发射并停留在环月轨道上，宇航员乘坐NASA自己的猎户座飞船抵达再由星舰运送到月球表面。

然而，星舰离能稳定执行载人任务似乎还有很长的路要走。

毕竟从去年12月到今年3月30日，星舰原型机SN8、SN9、SN10和SN11，都炸了。

此外，SpaceX将于4月22日为NASA展开第二次载人航天飞行任务，将4位宇航员送入国际空间站。

放心，用的不是会爆炸的星舰，是专为接驳空间站设计得更可靠的猎鹰9火箭和载人龙飞船。

阿尔忒弥斯计划：

https://www.nasa.gov/specials/artemis/



【065、马斯克赢得NASA登月合约 贝索斯眼红提挑战】


2021-04-27 中央社

针对美国科技富豪马斯克的太空探索科技公司（SpaceX）赢得美国国家航空暨太空总署（NASA）登月计划合约，竞争对手贝佐斯创办的蓝源公司（Blue Origin）现在正式提出挑战。

路透社报导，马斯克（Elon Musk）与贝佐斯（Jeff Bezos）是全球最富有的两名男性，两人在激烈的全球太空竞赛当中争斗不休，都想夺得政府机构和企业的合约。

NASA本月16日宣布，决定与SpaceX签下29亿美元（新台币819亿元）合约，委託打造重返月球的载人太空船。SpaceX击败的对手包括蓝源及应用科学与资讯科技公司Dynetics。

蓝源今天宣布，已向美国国会稽核处（Government Accountability Office）提出抗议，指控NASA在最后一刻改变合约得标条件。

对此，马斯克在一则相关推文回文反击说：“无法登上（轨道），lol（哈哈大笑）。”

他在推文串中未做进一步说明，只是发布一张截图，内容是一篇2019年贝佐斯揭露蓝源月球登陆器的报导。



【066、马斯克再下一城 替NASA造登月船】


2021-04-16 自由时报

美国太空总署NASA“阿提米丝”计划（Artemis Program）要让人类在2024年重返月球，他们也决定与特斯拉执行长马斯克的太空公司SpaceX达成28.9亿美元合约，交由他们打造登月太空船。

SpaceX将为NASA登月任务打造太空船

据报导，SpaceX从亚马逊执行长贝佐斯旗下太空公司“蓝色起源”、科技公司Dynetics等竞争对手中脱颖而出，载送2名太空人安全登陆，且不仅要把人类送上月球，还要让首名女性或有色人种踏上月球表面。

NASA人类探索行动负责人路德斯（Kathy Lueders）表示，“透过这份合约，NASA与我们的伙伴可完成21世纪首次登月任务，同时展现NASA推动女性平权与长期太空探索的进程”、“对于让人类永续探索月球，并著眼包括火星等太阳系太空任务上，这是非常关键的一步。”

马斯克则在推特上简单表示，“我们很荣幸能成为阿提米丝计划的一员”。



【067、脉冲星发现50年：科学意义与未来观测】


2017/11/28

导读

FAST 为脉冲星研究与新发现提供了巨大机遇。

前言：

脉冲星是宇宙中天然的极端物理实验室，超强引力场为广义相对论和引力波的检验提供了独特场所。脉冲星的理论和观测研究对推动天文、天体物理、核物理、粒子物理、等离子体物理、广义相对论和引力波等领域的发展都有着非常重要的意义。我国500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST）的建成为新型和奇特脉冲星的自主观测和发现提供了契机。

撰文 | 张承民 杨佚沿 支启军

世界上公认的脉冲星发现者是贝尔女士（J. Bell），当时她是英国剑桥大学的博士研究生。1967年夏天，在无意搜索射电望远镜天线的数据带时，她注意到奇怪的周期信号——每隔1.33秒一次流量变化，后经仔细认证，认定这是天体信号，来自后被称为“脉冲星”的天体，即物理学家曾经预言的超级致密的中子星。经过50年的研究，已知道脉冲星是一种极端致密的天体，由8~25倍太阳质量的恒星演化到末期发生的超新星爆发而形成，中心物质大约为一个太阳质量，物质密度是1014~1015克·厘米-3，相当于水密度的千万亿倍。脉冲星的辐射来自其强大磁场的极冠区，每当中子星极冠转到地球视线方向，就会发出信号。中子星半径约在10 千米，自旋很快，其中射电脉冲星旋转周期在1.4 毫秒~8.5秒之间。

中子星的物质结构由内向外可以分为内核、外核、内壳层、外壳层、大气层。内核厚度为几千米，密度大于1014克·厘米-3，主要成分尚未明确。外核是包含中子、质子、电子的混合物，内壳层主要物质为电子、自由中子和原子核，外壳层约为几百米，从大气层底部延伸到密度约为1011克·厘米-3的位置，其主要成分是离子和电子。最外部大气层很薄，为几厘米，这是脉冲星电磁辐射和热辐射的主要区域。

天文学家可通过射电、光学、X射线、γ射线等波段的望远镜探测脉冲星。目前观测发现了2700颗脉冲星，其中大部分是孤立的，仅有200多颗存在于双星系统中。脉冲星种类繁多，根据辐射能段的不同分为射电脉冲星、X射线脉冲星和γ射线脉冲星等；根据有无伴星可以分为脉冲星双星和孤立脉冲星；根据演化历史和自转周期的大小，可以分为常规脉冲星和毫秒脉冲星；根据供能机制的不同可以分为旋转供能脉冲星、吸积供能脉冲星、热供能脉冲星、磁供能脉冲星、核供能脉冲星等。

脉冲星的科学意义

由于脉冲星的大质量和小半径，其表面引力场非常强，所以不能忽略广义相对论效应的存在， 这使得脉冲星成为强引力场研究的天然实验室。在地球和太阳系范围里，广义相对论已经得到如下几种验证。

（1）水星近日点的进动。对于每百年43秒的剩余进动，天文学家曾经无法合理解释其进动来源，直到后来被广义相对论解释。

（2）光线在引力场中的弯曲。广义相对论计算的弯曲结果比牛顿理论正好大1倍，英国天文学家爱丁顿（A. Eddington）通过1919年日全食观测，证实了爱因斯坦的预言。

（3）引力场中时钟变慢现象。

（4）光谱的引力红移现象。上述检验全部可以在脉冲星系统完成，其精度将高于地球上的实验。值得一提的是，随着对脉冲星的探索研究，引力辐射的检测可以通过双星系统进行。1974年，美国天文学家赫尔斯（R. Hulse）和泰勒（J. Taylor）发现了一对互相绕转的双中子星系统（其中一颗为射电脉冲星），他们利用此双星系统的轨道变化来检验各类引力理论，发现广义相对论的理论预言与观测非常吻合， 从而间接证实了引力波预言。

天文学家注意到，脉冲星在基础科学研究领域具有极其重要的学术意义。脉冲星的超强磁场为研究磁层粒子加速机制、高能辐射、射电辐射过程提供了一个理想场所。强大的磁场运动产生电场，其中的等离子体物理过程也是物理学家感兴趣的课题。

中子星的物质组成与其结构相关，其中心附近的密度是核密度的几倍，诞生时温度可高达109开，一般认为此条件下可能生成夸克物质，这在地球上是无法探索的极端物质条件。其次，中子星外核存在中子以及少量质子和电子，所以中子星是各种核物理理论验证的绝佳场所。

脉冲星作为大质量恒星坍缩后超新星爆发的产物，对于研究超新星爆发理论，理解脉冲星的形成机制相当重要。超新星爆发是宇宙中巨大的能量释放现象，如果在银河系内临近地球处发生一次超新星爆发，可能会威胁到人类的生存。银河系的超新星爆发大约每隔50年一次，如1054年我国宋朝记录的蟹状星云处的爆发， 1604年开普勒在银河系中发现超新星，美国宇航局的钱德拉太空望远镜在银河系中发现了一个约100万年前爆炸的超新星遗迹。

脉冲星其实是恒星的死亡产物，其核心通过两个途径，即坍缩或者爆炸，最终导致超新星的产生。第一类型超新星发生在双星系统，当白矮星由伴星吸积过多物质，其质量超过钱德拉塞卡极限（约1.4太阳质量），就会爆炸，产生超新星。第二种类型是超新星作为一颗孤立的大质量恒星的生命终结期，当耗尽自身的核燃料，由于受引力牵引的作用，失去热辐射压力支撑的外围物质将会发生物质回落现象，造成塌缩，最后爆发，其中心产生中子星（脉冲星即是转动的中子星）。按质量的大小，恒星演化末期可演化为三类天体:黑洞、中子星、白矮星。中子星已不再像正常恒星一样燃烧核燃料，只能靠消耗其自转能维持辐射，可观测到的脉冲星信号即为旋转的中子星发出的辐射。

在应用研究方面，脉冲星因其自转周期的高度稳定性，在时间标准和航天器导航上有非常重要的应用前景。在平时生活中，差上几分钟对生活影响不是很大，但是如果在航天领域，时间定不准，就意味着空间位置有偏差，制导设备在定位精度上存在大问题，对于卫星的空间运动，时间差之毫厘，距离谬以千里。部分脉冲星自转周期的长期稳定性已经赶上甚至超过氢原子钟, 这表明脉冲星在宇宙航行领域是潜在的、可替代原子钟的时间标准。

脉冲星的研究涉及许多学科的一系列重要理论问题, 它与现代物理中的等离子体物理、广义相对论、基本粒子、核物理等密切有关。另外， 脉冲星在恒星演化的研究中也占据特殊的地位，所以其研究成为当今天体物理学最活跃的领域之一。

脉冲星的未来观测

50 年来，脉冲星的观测已积累了一大批宝贵资料，同时也有不少问题尚待解决。随着FAST 的建设和其他观测手段的进一步优化与发展，脉冲星所带来的一系列新问题将会得到解答。虽然现在天文学家已经观测到14 对双中子星，但还没有发现脉冲星—黑洞系统，FAST有望在未来若干年内探测到这类奇特双星。据估计，脉冲星—黑洞系统的探测率低于双中子星系统的1/10，随着世界各地大射电望远镜的投入使用，探测到脉冲星—黑洞系统的机会正在增加。目前，观测到的毫秒脉冲星最快自旋周期是1.39 毫秒，低于20 毫秒的脉冲星有300多颗，它们的平均周期为4 毫秒，这是双星系统吸积加速的结果。根据理论计算，如果能探测到亚毫秒脉冲星，其物态很有可能是夸克星，这是核力起主导作用的一类新天体，会为核物理研究打开新的大门。银河系以外脉冲星的探测也将作为FAST 未来观测的重点，随着FAST射电望远镜灵敏度的提高，探测其他星系短时间、巨脉冲信号脉冲星也成为可能，这对于研究脉冲星奇特的辐射机制非常有利，也为星际介质研究提供绝佳样本。另外，对于一些年老的脉冲星，其辐射强度较低，星体自旋周期大于10 秒，不容易被探测到。FAST 的高灵敏度使探测年老脉冲星成为可能，这对于研究脉冲星晚期演化特性至关重要。

经过50 年的观测与研究，目前已经发现了约2700颗脉冲星。“ 观测脉冲星—— 研究极端物质状态下的物质结构与物理规律”是 FAST 的五大科学目标之一，FAST 为脉冲星研究与新发现提供了巨大机遇。

本文刊载于《科学》杂志2017年第6期。



【068、美国NASA“调查太空第一宗犯罪指称”】


BBC 2019年8月25日

2019年6月，安妮·麦克莱恩（Anne McClain）从国际太空站返回地球。

美国宇航员的一场离婚大战，有可能触发史无前例第一宗太空刑事案？

据报，美国国家航空暨太空总署（NASA）正在调查一个指称：有宇航员从国际空间站擅自进入她正在打离婚官司伴侣的银行账户。这很有可能成为第一例在太空涉嫌犯罪的指称。

据美国《纽约时报》报道，美国宇航员安妮·麦克莱恩（Anne McClain）承认，自己的确从国际太空站内登入了对方的银行账户，但否认有任何做错的地方。

该报还报道说，麦克莱恩的伴侣萨默·沃尔顿（Summer Worden）就她擅自进入自己的银行账户向美国联邦贸易委员会提出投诉。

目前，有关调查正在进行中，而麦克莱恩也已经从国际太空站返回地球。

离婚大战

麦克莱恩的代理律师向该报解释说，她从国际太空站登入对方的银行账户查看，只是要确认财政资金没有问题，有足够的钱支付帐单费用，以及关心沃尔顿的儿子。这个孩子曾由她俩共同抚养。

麦克莱恩毕业于美国著名的西点军校，曾是美国空军飞行员，有在伊拉克战区飞行800多个小时的飞行纪录。她后来成为合格的试飞员，2013年被美国国家航空暨太空总署（NASA）选中为宇航员。

沃尔顿是美国空军情报官员。她们二人于2014年结婚，2018年沃尔顿提出离婚。美国媒体报道称，离婚程序预定将在今年10月完成。

美国媒体报道说，沃尔顿在与麦克莱恩结婚之前，通过人工代孕育有一个儿子。麦克莱恩在近4年的婚姻中，共同抚养过这个孩子。

被指控盗入沃尔顿银行账户时，麦克莱恩正在国际太空站进行为期6个月的飞行任务。她原本将加入国际太空站3月29日第一次全部由女太空人参加的太空行走，但在最后一刻美国太空总署的通知说，没有尺码合适的太空服，女宇航员太空行走活动被迫取消。

太空法律？

在国际空间站内如何执法呢？美国、俄罗斯、欧盟、日本和加拿大这五个国际空间站国家对此在1998年曾达成协议：各国法律适用于太空站内的各国人员和资产。

也就是说，如果加拿大宇航员在太空违法，将按照加拿大法律处理；而俄罗斯宇航员涉嫌违法则按照俄罗斯法律处理。欧盟虽然有一个整体的法律框架，但是任何欧盟国家都可以将自身的法律和规定延伸到太空站内的本国人员和设备。

另外，如果一旦出现某个国家需要检控在太空犯罪的另一国的公民，太空法还就返回地球后的引渡做出了规定。

随着太空旅游业逐渐成为现实，检控太空犯罪也可能会有朝一日成为现实，不过到目前为止，有关太空的法律框架还没有经过任何案件的实际检测。



【069、美国NASA阿波罗任务控制中心的修复计划】


BBC 2019年4月19日

美国国家航天局在休斯顿的约翰逊太空中心（Nasa's Johnson Space Center），其三楼的2号任务控制室（Mocr-2）大门看起来没有什么特别之处。

只有固定在政府核准发行的灰色涂料上一块已略微残破的牌子，才能让你察觉到这个房间的历史重要性。

这个牌子列出跨度超过四分之一个世纪的42项航天任务，从1965年执行了美国航天史上第一次太空行走的双子星座4号（Gemini 4）载人飞行，到阿波罗（Apollo）登月计划，及早期的航天飞机（香港译太空穿梭机）飞行。

人类现代历史上最引人注目的一些历史时刻，包括首次登月、阿波罗13号的救援、挑战者号灾难，都是在这个房间进行监测控制的。

阿波罗任务飞行主任格里芬（Gerry Griffin）说，“当年这个地方给人工作场所熟悉的感觉，有点像戴上一副尺寸刚好的手套。但我现在再回到这里，感觉更像是一座辉煌的大教堂，是一个令人敬畏的地方。”

穿过门，很明显看到这座航天历史中的大教堂曾经有过的辉煌日子 。尽管2号任务控制室已经被保留为国家历史遗产，但由于它最后一次执行任务是在20世纪90年代初，现在房间已经破败，以至于最近这个历史遗产被指认为处于“濒危”状态。标志性的控制台已经破损，室内墙身褪色变黄，并显得破旧。

房间将修复回原貌，让其看起来仍然像太空竞赛期间的样子——现在，在7月份的首次登月50周年纪念之前，美国国家航天局正致力于将阿波罗任务控制中心恢复到昔日的辉煌。只不过，该项保护计划在现阶段让2号任务控制室看起来比以往任何时候都更糟糕。

屏幕空白、天花板缺失、墙壁裸露、地毯脏且破烂。室内被移除的设施贴上有编号的贴纸。椅子和一些标志性的控制台已经拿去修复，其他的则覆盖在保护性塑料布下面。

尽管如此，这个房间仍有其不同凡响之处。航天局历史遗物保存官泰特利（Sandra Tetley）说，“即使现在，房间被拆卸一空，连一面旗帜也没剩下，你也知道它是不同的。你能感觉到这里曾经创造了历史。”

泰特利负责监督修复项目，只剩不足六个月的时间，要完成的任务还很多。这个工程被称为修复而不是“翻新”。泰特利说，“我不喜欢翻新这个词。”

她解释道，“修复的目的是要达到这样的效果，当你走进后面的观景廊，你就像回到了过去，控制室看起来就好像控制航天飞行的人员刚刚离开他们的控制台。会有闪烁的灯光、正在运转的钟表、有投影的屏幕，控制台上有手册、咖啡和放在烟灰缸里的烟头。”

在1960年代航天任务的控制工作，风险高压力大，在这样的环境中上班，咖啡和香烟扮演了重要的角色。格里芬说，“每个人都抽烟，每个人都喝咖啡。你能看到房间有烟。有烟和一堆人，气味也一定很难闻，但我们没有注意到，因为一整天都在里面。”

泰特利负责监督控制室的修复能在登月50周年纪念前按时完成——修复的目标之一是保存一些这样的工作氛围。泰特利说，“原本的天花板是白色的，但在多年的香烟焦油熏染下已经泛黄。我们会保留所有这些污垢，所以你仍然会看到那种泛黄的颜色。”

墙壁也将复原回原始的墙纸图案。她说，“按计划我们不会用墙纸，但后来在一个灭火器的后面发现了一块原始的墙纸。我们能够找到制造商，他们又找到了原来制作墙纸的滚筒，所以我们能够重造墙纸。”

地毯的故事也差不多，是从控制台的下面找到了一些原始的地毯。移开控制台时的另外一处发现是气动管道系统。当年航天任务控制人员用这些管道向遍布休斯顿综合大楼的支援团队发送和接受装有信息的罐子。

泰特利说，“他们会来回发送信息。航天飞行控制人员说在控制室里有趣的事情之一就是听气动管道工作时的‘嗖嗖’声。管道已经不再使用，但控制人员说他们放进管道的东西还包括热狗和老鼠。”

考虑到这个房间呈现的高度戏剧性的场面，将2号任务控制室设计得犹如剧院也许是合适的，其后面将加一个观景廊和一排控制台，俯瞰从地板到天花板的屏幕。屏幕上播放的视频和数据是从幕后一个被称为“蝙蝠洞”（Bat Cave）的隐蔽且无窗的地方投设出来的。

这个房间也是航天任务控制人员引导阿波罗13号机组成员安全返回的地方——作为修复工作的一部分，通过现代电子设备的全面检修，这些屏幕和上面的钟表会再度恢复工作。屏幕右方的一个房间也在重建。这曾是模拟控制室，训练组可以在这里模拟执行控制任务时可能出现的问题。

格里芬说，“模拟人员给我们一些错误，看我们如何处理。他们给我们一个错误，我们得去处理，接着一个又一个，最后要搞得我们屈服认输，这搞得我们相当沮丧。”

泰特利补充说，“在（模拟室）最后面角落里有一扇门，我们会把它装回去。他们把它叫做模拟监督员逃生门，因为航天飞行控制员和模拟人员之间情绪对抗会升高到剑拔弩张的程度，模拟监督员从而可以从后门飞奔逃走。”

就在不久以前，访客来到航天任务控制楼层，还能够坐在椅子上扮演航天飞行控制员（我坦白，几年前的一次访问中，我也这么做过）。修复后，将严格限制所有控制台被人接触，以便为未来的人类保留2号任务控制室。相应的，游客将通过后面VIP观景廊的玻璃看到控制室，就好像观看一个正在执行航天飞行控制的真实任务。

完成以后，作为首次登月庆祝活动的一部分，最后坐在控制台上的将是原来的航天任务控制人员。他们坐在工作台上的画面将被拍照，以永远纪念他们对人类太空飞行的贡献。

泰特利说，看到他们回到他们曾经创造历史的房间，令人喜悦不已。

泰特利说， “他们就像是糖果店里的孩子看到糖果一样。他们会微笑着回忆在这个房间所做的一切。看到他们及他们对我们所做的修复工作的认可，我会非常的感动。”



【070、美国阿波罗登月50年给地球人带来的八大变化】


2019年7月4日 BBC

阿姆斯特朗在月球上迈出一小步所代表的人类迈出的一大步，具体体现在人们日常生活中的很多改变

“这是一个人迈出的一小步，却是人类迈出的一大步。”

美国宇航员阿姆斯特朗的这句名言是他50年前作为第一个踏足月球表面的地球人所说的第一句话。那一天是1969年7月20日。而他所指的那“一大步”是指半个世纪前人类在科技领域取得的成就。

其实，成就不仅仅是航天航空能力方面的科技突破，也包括人类日常生活中的许多跨时代变化。

美国阿波罗计划耗资巨大，当年的约250亿美元相当于今天的近2000亿美元。

这一计划把人送上月球的同时，也触发了其他领域鲜为人知的科技进步。以下是其中其中八项与人们每日生活相关的科技进步。

1. 无线吸尘器

1979年，无线吸尘器Dustbuster（灰尘克星）问世。阿波罗计划的宇航员们曾用过它的先辈。

无线电动工具在阿波罗飞船登月前就有，但进化到今天大家熟悉的样子，阿波罗计划起了很大作用。

美国电器制造商Black&Decker1961年推出一款无线电钻，但这家公司还拿到了美国宇航局的订单，研制一款特制电钻，用来在太空采集样本。

基于这款电钻研发过程中积累的电池和马达方面的新知识新技术，B&D公司得以开发出一系列新型家用电器，包括1979年问世的世界上第一台无线吸尘器。

摆脱了烦人的电线，家用电动工具方便程度显著提高。

2. 钟表更准时

巴兹·奥尔德林是登月第二人。他在月球表面戴着腕表。

登月对时间精确度要求极高，几分之一秒之差，对于宇航员来说就是生死之别。

所以，阿波罗计划对计时工具的精确度设置了极高的标准，实际上就是全世界钟表仪器可以达到的最精确程度。

高标准严要求之下，工匠们奋力达标，结果就研制出每年误差仅一分钟的石英钟。

不过，令人莞尔的是，这项科技成就的光芒被登月宇航员手上戴的“老式”腕表盖住了，因为全世界的目光都聚焦在他们和他们的穿戴身上。

3. 水更干净

游泳池的水不那么刺眼，这得感谢美国宇航局。

阿波罗计划的航天器上使用的净化水技术，现在已经在民用水源进化中普遍使用。

简单说，宇航员在太空不用漂白剂净化水，而是使用基于银离子技术的水净化装置。

现在全世界都普遍使用这项技术来净化游泳池和喷水池的水。

4. 鞋子更耐穿

宇航员穿的太空服科技含量极高，后来被用来制造运动鞋。

今天的宇航员穿的太空服采用的是1965年为阿波罗计划中在月球行走设计的模板。

这项技术还带来了制鞋工艺的创新：运动鞋变得更灵便、结实、减震能力更强。

更轻便耐磨的运动鞋问世后，又过了几年，各种休闲、远足的鞋在各项性能上也显著提高。

5. 耐火衣料

美国宇航局开发的耐火纺织面料现在在地球上用途广泛。

1967年，阿波罗1号在训练过程中起火焚毁，三名宇航员丧生，美国的太空计划陷入危机。

吸取教训，美国宇航局致力开发耐火纺织面料，后来在全世界普及。

今天用来在火箭推载升空过程中维持宇航员身体舒爽的降温系统的用途之广可能令人吃惊：除了能想到的消防员，受益者还包括多发性硬化症患者和马匹。

6. 心脏福音

植入式心脏除颤器的灵感来自美国宇航局的微型电路技术。

植入式心脏除颤器对于重度心律不齐患者来说是救命福音。

这款医疗用品的设计灵感，却来自美国宇航局的先进微型电路技术。

跟急诊室用的心脏除颤器不同，微型除颤器可以植入患者皮下，调控异常心律。

第一款植入式除颤器1980年代问世。

7. 餐食

阿波罗计划采用的冷冻干燥食物技术后来民用化、商用化，同时催生了更诱人的包装。

为了登月，必须控制飞船的重量，舱内一切物品的体积越小越好。宇航员还需要吃喝，食品需要保质。

从这个目标出发，太空速食食品技术诞生了。

阿波罗登月飞行需要13天，宇航员的饮食成了大问题。

问题的解决方案是冷冻干燥技术。新鲜熟食通过冷冻脱水干燥，吃的时候加热水泡开。

阿姆斯特朗当年以此果腹，这种食品又成了一代又一代人在登山、露营和野外旅行时的必备。

8. 救命毯

太空毯对地球人也很重要，尤其是一项重要的人道救援物资。

太空毯是别名，宇航局用这个闪闪发光的绝缘材料来保护登月舱不被太阳的高温炙坏。

贴上太空毯的飞船看上去就像裹了一层锡纸，但这项技术却催生了我们今天熟悉的救生毯。

用塑料、薄膜和铝制成的太空毯现在保护的不光是宇航员。

这项技术还被用来生产保温毯，主要用于救灾和人道救援。

另外，马拉松比赛中它也有用。

医院也经常用这项技术来改善医护人员和病患的条件。



【071、美国太空军】


美国太空军（英语：United States Space Force）是美军的太空军事部门。它是自1947年美国空军独立以来成立的第六个军事部门和第一个新设军种，也是国防部三大军事部门之一下属的一个部门。2020年《国防授权法》由美国国会通过，并于2019年12月20日将美国太空军确立为美军的独立机构。

美国太空军是作为美国空军的一个军事部门而组织的。太空部队通过空军部与空军部长领导，向美国国防部长报告，并由总统任命并获得参议院确认。就人数而言，它是美国国防部内目前最精简的机构。

太空军的首长为太空军作战部长(CSO)，同时也是太空军的最高阶指挥官，除非任一太空军军官担任美国参谋长联席会议的主席或副主席。太空军作战部长负责对太空军各部门进行监督，并在参谋长联席会议担任职位。按照国防部长和空军部长的指示，太空部队的下属作战部队将分配予美国一体化作战司令部，主要集中在美国太空司令部。一体化作战司令部指挥官将获授其部队的作战权限，而空军部长和太空军作战部长将保留对其队员的管理和训练权限。

职能与职责

任务

美国太空军的任务是“组织，训练和装备太空军，以保护美国和盟国在太空方面的利益，并为联合部队提供太空能力。其职责包括发展军事太空专业人员，建设军事太空系统，研究有关太空力量的军事理论，并组织太空军战斗司令部。

太空部队专门负责组织，训练和装备以下任务：

保持太空优势

太空领域意识（军事，民用和商业）

进攻和防御太空控制

太空部队和卫星作战的指挥与控制

太空对地球行动的支持（例如卫星通信）

太空服务支持（例如，军事，民用和商业运营商的太空运输和太空靶场操作）

从太空中支援核子指挥，控制，通信和核爆探测

从太空中支援导弹预警和导弹防御运作

职能

如《美国太空军法》所述，美国太空军的组织、训练和装备将：

为美国在太空的行动自由提供保障（Provide freedom of operation for the United States in, from, and to space）

保证迅速及持续的太空任务（Provide prompt and sustained space operations）

职责

美国太空军的职责包括：

保护在太空中的美国利益（Protect the interests of the United States in space）

阻止太空侵略（Deter aggression in, from, and to space）

执行太空任务（Conduct space operations）

组织

美国太空军是美国空军部内所属的两个对等军种之一（另一军种为美国空军），由文官担任的空军部长监督。太空军的军事负责人是太空军作战部长（Chief of Space Operations），由一名上将担任并向空军部长汇报。《太空军法》通过一年后，太空军作战部长将成为参谋长联席会议的一员。如果得到美国国防部长的授权，则可能任命太空军作战部长兼任一体化作战司令部美国太空司令部司令。太空军作战部长的职责是组织、招募、训练和装备太空军，使太空军能随时为美军各一体化作战司令部（主要为美国太空司令部）提供合适的战斗人员。

太空军的最高指挥机构为太空军作战部长办公室(OCSO)，其下的作战组织可分为三类：司令部(Field Commands)、三角翼部队(Deltas)以及中队(Squadrons)。司令部由一位上将或中将指挥，负责某一特定职能和任务的指挥工作；三角翼部队由上校领导，负责某一特定功能，例如作战、技术支援或训练；中队由中校指挥，负责特定的战术任务。

根据太空军于2020年6月底公布的组织计划，太空军将会建立三个司令部：太空作战司令部(SpOC)、太空系统司令部(SSC)和太空训练暨战备司令部(STARCOM)。太空作战司令部由一位上将指挥，是太空军的基础作战力量，负责具体的太空作战行动；太空系统司令部由一位上将指挥，负责发展、购买及部署太空武装系统，发射、测试、维护及维持武装系统运作，以及太空相关的科研工作。太空系统司令部将改组并建立自太空与导弹系统中心(SMC)、国防部商业卫星通信办公室和空军技术功能开发研究实验室等机构；太空训练暨战备司令部由一位中将领导，负责教育和训练太空军成员，使其成为专业及具备战斗能力的太空军将士。训练暨战备司令部的组成时间将不早于2021年，在此之前暂时由太空训练暨战备临时三角翼部队(STAR Delta)负责相关功能。

太空军作战部长办公室

太空军作战部长办公室(OCSO)是太空军的最高指挥机构，负责组织、训练和装备太空军，并与美国空军参谋长办公室保持紧密合作。办公室由上将担任的太空军作战部长、太空军作战副部长及太空军总军士长领导，其下设有由中将担任的太空军总参谋长，而总参谋长领导及指挥其下的三个专职的作战次长。

太空军作战部长 (Chief of Space Operations)

太空军总军士长 (Senior Enlisted Advisor of the Space Force)

太空军作战副部长 (Vice Chief of Space Operations)

太空军总参谋长 (Director of Staff)

太空军作战次长 — 人力资源及后勤 (Deputy Chief of Space Operations for Personnel and Logistics)

太空军作战次长 — 太空、网络及核子作战 (Deputy Chief of Space Operations for Operations, Cyber, and Nuclear)

太空军作战次长 — 战略、计划、项目、需求及评估 (Deputy Chief of Space Operations for Strategy, Plans, Programs, Requirements and Analysis)

编制

各三角部队和基地部队

截至2020年8月底，美国太空军的编制架构如下：

太空军作战部长办公室(OCSO)，驻地维珍尼亚州五角大楼

太空作战司令部(SpOC)，驻地加州范登堡空军基地

第二太空三角翼部队(Space Delta 2)，驻地科罗拉多州彼得森空军基地，负责太空领域态势感知和监视

第三太空三角翼部队(Space Delta 3)，驻地科罗拉多州彼得森空军基地，负责太空电子战

第四太空三角翼部队(Space Delta 4)，驻地科罗拉多州巴克利空军基地，负责导弹预警

第五太空三角翼部队(Space Delta 5)，驻地加利福尼亚州范登堡空军基地，负责指挥及管制

第六太空三角翼部队(Space Delta 6)，驻地科罗拉多州施里弗空军基地，负责赛博空间作战

第七太空三角翼部队(Space Delta 7)，驻地科罗拉多州彼得森空军基地，负责情报作战

第八太空三角翼部队(Space Delta 8)，驻地科罗拉多州施里弗空军基地，负责卫星通讯和导航

第九太空三角翼部队(Space Delta 9)，驻地科罗拉多州施里弗空军基地，负责轨道作战

彼得森—施里弗基地部队(Peterson–Schriever Garrison)，驻地科罗拉多州彼得森空军基地

巴克利基地部队(Buckley Garrison)，驻地科罗拉多州巴克利彼得森空军基地

第30太空联队(30 SW)，驻地加利福尼亚州范登堡空军基地，负责太空发射任务，按太空军规划将转换为三角翼部队

第45太空联队(45 SW)，驻地佛罗里达州帕特里克太空军基地，负责太空发射任务，按太空军规划将转换为三角翼部队

Space and Missile Systems Center.png 太空与导弹系统中心(SMC)，驻地加利福尼亚州洛杉矶空军基地

61st Air Base Group.png 第61空军基地大队(61 ABG), 驻地加利福尼亚州洛杉矶空军基地

太空训练暨战备临时三角翼部队(STAR Delta)，驻地科罗拉多州彼得森空军基地，为“太空训练暨战备司令部(STARCOM)”的预备机构

人员

2020年12月18日，时任美国副总统迈克·彭斯宣布太空军成员将会定名为守护者（Guardian），取代以往太空专家（Space Professional）的称呼，并与美国空军成员的飞行员/航空人员（Airman）称呼区分开来。

2021年的预算也包括以5.6亿美元为蓝色起源、诺斯洛普·格鲁门及联合发射联盟的火箭系统进行升级。另外，预算也要求以18亿美元购买两枚洛克希德·马丁第三代全球定位系统卫星及其他计划以保持美军在太空保持优势。除此之外，预算也拨出25亿美元用作发展下一代天基红外导弹预警卫星系统(Next-Gen OPIR)，此系统能为美军提供全球即时导弹预警的能力，以应付如北朝鲜的威胁。此系统能与现存的空基红外导弹预警系统串联使用，预计将于2022开始建造并于2025年服役。

空军太空司令部 （AFSPC）是美国空军麾下一个一级司令部，总部位于美国科罗拉多州的彼得森空军基地，该司令部成立于1982年9月，负责以人造卫星和洲际弹道导弹（ICBM）来保护美国本土，对美国掌握全球动向与武力投射非常重要，GPS也在该部管辖下。2019年12月20日，太空司令部独立升格为太空军。

成为独立军种（2019年–现在）

美国总统在安德鲁斯联合基地签署2020年国防授权法案，照片左侧为太空军首任作战部长

在2000年代起，美国开始有以独立机构执行太空军事行动的想法，并于2001年成立由时任国防部长唐纳德·拉姆斯菲尔德主持、由许多军事、太空和情报专业人员组成的太空委员会，审视美国国家太空安全的组织和架构。委员会认为，军方需要发展特定于太空的理论、作战概念和能力，包括研发和部署基于天基的武器。太空委员会得出的结论是，与空中作战相比太空作战为次要任务，建议在空军部内部建立太空部队，但从长远来看建议建立专门的军事力量。

2018年6月18日，美国总统唐纳德·特朗普在国家太空委员会发表讲话时称，他将会指示五角大楼组建“太空军”，作为美军的新军种，与包括空军在内的其他军种相互独立，但级别相同。如果正式组建，太空军将是美军继陆军、海军、空军、海军陆战队和海岸警卫队之后的第六个军种，也将是自空军组建逾七十年来美军新增的首个军种。一直以来，美国大多数的太空军事行动由建立于1982年的美国空军太空司令部管理并由美国战略司令部指挥作战。

2019年3月12日，代理国防部长帕特里克·沙纳汉成立太空发展署，是专注于太空的发展机构，并将成为太空部队的一部分。该机构的首要任务是在俄罗斯和中国正在研发高超音速导弹的同时，建立低地球轨道卫星的高超音速跟踪网络。

2019年12月11日和17日，美国国会众议院和参议院依次通过了2020财政年度的国防授权法案，该法案授权国防部组建太空军，并于2019年12月20日在安德鲁斯联合基地的签字仪式上由唐纳德·特朗普总统签署成为法律，自此太空军成为美国第六个军种，在美国空军部之下独立运作。约有一万六千名空军现役和文职人员将被分配到太空军，而该分支机构将逐步整合到美国武装部队生态系统中，据报导将在十八个月内建立包括独立的人员配备程序，培训人员，并创建制服，军衔，徽标，奖项和歌曲。2020年，来自空军廿三个单位的1,840个场所将转移到太空军。

2020年4月18日，美国空军学院的86名毕业生成为美国太空军的第一批少尉。



【072、美国太空军首支空部队没去太空】


2020-09-21 “今日俄罗斯”

美国首支“太空部队”(US Space Force)已在中东国家卡塔尔进行了部署。报道称，这支中队由20名美军组成，将负责卫星运行、监控“敌军”以及防止太空冲突等工作。对此，RT调侃称：原来美国将首支“太空部队”部署到了卡塔尔，而不是某个外太空星球。

RT：目的地…卡塔尔？美国首支“太空部队”中队登陆海湾

报道援引美国空军中央司令部“太空部队”指挥官、空军上校托德·本森的话称，这支中队由20名美军组成，已经于8月下旬抵达位于卡塔尔首都多哈西南部沙漠中的乌代德空军基地(Al-Udeid Air Base)。

本森称，这支驻扎在卡塔尔的部队将负责卫星运行、监控“敌军”以及防止太空冲突等工作。他补充说，后续将有更多的飞行员加入他们的“核心太空运作小组”中。

针对美国此举，RT在报道中调侃称，原来美国将首支“太空部队”部署到了卡塔尔，而不是某个外太空星球。

据报道，本森在接受美联社采访时称：“我们开始看到，其他国家正准备咄咄逼人地将冲突延伸到太空方面。我们必须参与到竞争中，以捍卫和保护我们国家的所有利益。”报道称，本森并未在讲话中透露具体国家的名字。

但RT认为，美国将“太空部队”部署在波斯湾地区，似乎和近期华盛顿与伊朗的持续冲突有关。报道称，今年早些时候，伊朗成功发射了一颗卫星，而这次发射却被华盛顿猛烈抨击。华盛顿声称，这次发射是“德黑兰正在发展导弹能力以威胁邻国”的进一步证据。  

据RT介绍，2019年12月，根据美国总统特朗普的一项倡议，美国国会通过法案正式成立了“太空部队”，旨在“确保美国在太空的行动自由，并威慑可能的侵略活动”。报道称，美军建立太空部队的行为受到了中国和俄罗斯的批评。

针对特朗普将太空定义为作战领域，批准设立美国第六军种太空军一事，国防部新闻发言人吴谦大校在去年12月就曾表示，外空是全人类共同财产，中方一贯主张和平利用外空，反对外空武器化和外空军备竞赛，更反对对外空物体使用或威胁使用武力。美方以所谓他国军事威胁为借口组建太空部队，意在谋求太空绝对军事优势，极易引发外空军备竞赛，严重威胁太空的和平与安全，严重威胁全球战略稳定，我们对此坚决反对。



【073、美国宇航局宇航员凯特·鲁宾斯（Kate Rubins）在国际空间站上的科学之旅 】


2021-04-15 搜狐

在过去的六个月中，NASA宇航员凯特·鲁宾斯（Kate Rubins）体现了成为国际空间站科学家的意义。她花了数百小时从事空间站实验，与研究背后的研究人员交谈，并在国家科学基金会，美国国立卫生研究院，疾病控制中心等机构担任下行链路科学大使。鲁宾斯基于她在2016年首次任务期间进行的实验，致力于新的心脏研究和DNA测序。

鲁宾斯于2021年4月17日返回地球。随着旅程的这一阶段接近尾声，请看一下她在国际空间站进行的微重力研究工作期间进行的科学研究。

在鲁宾斯上任期间，进行了许多植物生长实验。她在“植物栖息地-02”实验中工作最多，倾向于将萝卜在轨道上生长，然后将其收集回地球进行分析。这项研究可以帮助优化植物在空间中的生长以及评估植物的营养和口味。

解散DNA

2016年，鲁宾斯成为第一个在太空中对DNA进行测序的人，最终作为Expedition 48飞行工程师对超过20亿个碱基对的DNA进行了测序。在第64次探险中，鲁宾以她过去的工作为基础，开展了新的DNA测序活动。凭借在太空中对DNA进行测序的能力，宇航员可以诊断出疾病，或者识别国际空间站中生长的微生物，并确定它们是否代表健康问题。观看这些实验背后的研究团队花一点时间来认识鲁宾在科学史上的地位。



【074、美实验室引爆物理大地震！新发现超人类理解范围】


2021-04-10 科技新闻

当地时间4月7日，美国费米实验室发表了一个非常重要的首批实验结果：他们发现，一种叫缪子（muon）的基本粒子在磁场中表现出来的行为与目前基本粒子标准模型预言的结果有所差别，这一下子戳到了物理学家的兴奋点！因为这预示着很可能存在超出标准模型的新物理，该结果发表在了国际著名物理期刊《Physical Review Letters》上。

超出标准模型有什么重要的吗？当然重要！暗物质、暗能量以及如何把万有引力纳入量子力学的框架可能都需要突破标准模型。如果这个发现进一步确认，那么这意味着人类几乎止步不前的基础物理又向前迈进了一大步，也预示着打开了一扇新的窗口，说不定能发现一个全新的物理世界呢。

值得一提的是，目前这个发现的精度为4.2个标准方差，意味着出错的可能性大约为四万分之一！这还不够，在物理学上，一个斩钉截铁的发现要求精度达到5个标准方差以上。但目前这个阶段性成果已足够令人兴奋了，仿佛是正在经历慢慢长夜的人们看到了黎明前的曙光。

据悉，费米实验室的第二期和第三期数据正在分析中。与此同时，新实验还在进行第四期的取数，接下来还会有第五期的运行。未来，通过分析全部五期的数据，物理学家们能够得到更加精确的测量结果，从而对新物理的寻找更加充满信心。

什么是基本粒子的标准模型？什么是缪子？

我们大家都熟悉化学元素周期表，周期表包含了迄今组成我们世界的元素种类。从人体到高楼大厦，从高山河流到日月星辰都可分解为已知的元素。

物理学中的基本粒子标准模型更下探一步，指出不同元素及其同位素只不过是由原子核中质子数和中子数的不同造成的，而中子和质子则由更小的称为“夸克”的基本粒子组成。

总体来讲，我们日常接触到的物质不外乎由上夸克、下夸克和电子组成。从最基本的层面看，你和美女没有差别，都是由夸克和电子组成的。当然，从宏观层面看，人与人之间当然是不同的，世界上不存在完全相同的两片树叶。

那么，世界上有几种夸克？有几种电子？除了夸克和电子外，还有什么基本粒子呢？物理学家通过分析来自宇宙的高能射线以及在加速器上产生的各种奇奇怪怪的粒子，最终梳理出一个非常整齐的基本粒子标准模型。

该模型包含了6种夸克：上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克以及底夸克，除了上夸克和下夸克能稳定存在外，其他的夸克产生后很快就衰变掉了，不参与组成我们的世界。

该模型还包含6种轻子：电子、电子型中微子、缪子、缪子型中微子、陶子和陶子型中微子。

除此之外，还包含传递电磁相互作用的光子、传递弱相互作用的中间玻色子以及传递强相互作用的胶子。最后还包含2012年才发现的希格斯玻色子，就是媒体上通常称谓的“上帝粒子”。

因此，缪子是标准模型中的一个粒子，其行为和电子类似，同样带一个单位的电荷和相同的自旋，只是比电子“更胖”，质量是电子的207倍，可以形象地看作“胖电子”。

数据反常具体表现在哪里？

由于基本粒子物理离我们生活有点远，其中牵扯到较多的陌生概念，我试着用一种不太严谨的定性语言来描述一下。

用日常生活的语言来讲，基本粒子就像电影《盗梦空间》中的小陀螺一样，永不停歇地旋转。我们拿电子为例，它的自旋会产生一个对应的磁场，磁场有南北极，因此就有一个磁矩。如果用经典物理来计算，磁矩与角动量的比值是一个常数，不妨记作K。但电子是微观粒子，遵循量子力学定律，用量子力学的计算表明，这个常数为2K。也就是说，量子计算和经典计算之间相差一个为2的因子，物理上称为g因子。但用更严格的量子场论计算表明，g因子并不严格等于2，而是2.002319304362，实验测定值为2.002319304361，两者在小数点后11位都相等，精度令人发指。

对于比电子“胖”的缪子来讲，g因子的理论值与实验值符合得也这么好吗？非也！最近的测量表明：缪子g因子为2.00233184122(82)，而理论值为2.00233183620(86)。理论值与实验值在小数点后7位就开始出现差异了。

理论是同一个理论，为什么用来处理电子能够如此好用，用来处理缪子就相对不太好用了呢？因为缪子更重。

在量子场论看来，真空并不是真的空无一物，而是充满了不断产生和湮灭的虚粒子，这些虚粒子与电子相互作用，导致了g因子与2的偏离。由于缪子比电子质量更大，它与真空中的虚粒子作用的方式也会不同，容易感受到电子很难感受到的虚粒子种类。

超出标准模型的新物理会是什么？

如果最终完全确定了这个实验与理论的偏差，那么我们会发现什么新物理呢？这个问题目前尚无定论，可能是一种新粒子，甚至是一种传递全新相互作用的粒子，那么这种相互作用是完全独立于引力、电磁、强力和弱力这四大相互作用的相互作用，或者说是第五种力。如果最终真的是这样，那么这个结果将是世纪大发现。

人类已知的四种基本相互作用（力），分别为：使苹果下落的万有引力，让磁铁吸引铁钉的电磁力，约束原子核的强力以及让粒子发生衰变的弱力。

另外，这个新发现还可以为我们解开暗物质和暗能量的谜团提供新思路。

因此，缪子g因子的理论值与实验值的偏差打开了人类窥视新物理的窗口，这是几十年来物理学家梦寐以求的事情。让我们期待实验结果精度的进一步提高，来一起见证基础物理的新突破。



【075、能在梦中见到已故的人，是因为进入了多维空间？】


2021-04-13 一场

爱因斯坦是被大家公认的集伽利略牛顿之后最伟大的物理学家，爱因斯坦生前开创了现代科学技术新的纪元。爱因斯坦的出现，也把人们带到了另外一个时代。也正是因为如此爱因斯坦，讲的每一件事情都是具有价值的，还有意义的每一件事情都值得我们认真的推敲。

爱因斯坦又对了？能在梦中见到已故的人，是因为进入了多维空间？

爱因斯坦在离开这个世界之前曾经说过一句话：“我只是先一步离开！”那么这句话究竟是什么意思？所谓的离开指的是离开这个地球，前往另外一个空间吗？

生命只有一次，所以是非常宝贵的，随着现代科学技术不断的发展，人们对生命提出了不少的疑问，就比如说人为什么会诞生在地球上，为什么在生存了一段时间之后又会逝去，人一旦失去之后是否会有灵魂的存在，如果有的话，灵魂又去了什么地方？

其实关于这些问题，大家都非常的好奇，人类的起源被达尔文证实，但是其他的问题一直备受科学家的关注。有很多科学家非常的激动，因为会将这些问题和爱因斯坦生前留下的那句美图美美的话，联系在一起，爱因斯坦的逝去，其实只不过是先起他人一步离开。

科学家对爱因斯坦的理论提出了不少的猜测，就比如爱因斯坦先离开去了另外一个世界，在另外一个空间继续生活，虽然迄今为止，并没有确切的证据能够表明多维空间的存在，但人所能感受的是三维空间。

科学家对现有的空间做出了研究，认为宇宙仅凭人类目前的想象能力无法触及，但是早晚能够发现凌驾于三维空间之上的多维空间。因为从古至今在人类身上发生过很多奇怪的灵异事件，而这些很有可能是发生在多维空间与我们这个世界的时间焦点上。

有科学家对人的梦进行了研究，人能够在睡梦中见到已故的亲人或者是朋友，而且梦里非常真实，仿佛逝者活过来一样，但是睡醒之后一切又恢复了原样，最终也不过是南柯一梦。

也正是因为有了梦境的存在，很多科学家猜测人的离世并不是真正的消失而失去了另外一个维度的世界，我们的梦中世界就是多维空间的入口，但是在清醒的状态下无法达到，等睡醒了意识模糊不清的时候，或许能够有机会进入多维空间。

但是这些仅仅只是科学家的猜测，并没有实际证据去证明多维空间是否存在，或许爱因斯坦发现了真相，但是没有足够的时间去验证，就走到了生命的尽头，所以还是要依靠现代科学家不断的探索，不断的研究，不断地发现。



【076、诺贝尔奖颁错了？挑战性的新理论：假如银河中心不是超级黑洞的话】


2021-05-21 地球explore

因黑洞研究，而诞生的3个诺贝尔奖获得者

黑洞研究，在近些年来，一直都是大热的话题！特别是2020年，这一届的诺贝尔物理学奖，就曾一举被3名专门研究黑洞的学者，联袂拿下，他们分别就是：英国数学、物理学家Penrose教授，美国加州大学的Genzel教授和Ghez 教授！

在公布结果后，诺奖的评奖委员会主席，给出让人深思的理由：他们的发现，给致密和超大质量天体的研究，开辟了新天地，哪怕很多课题，还存在很多有待进一步解答的问题，但开启这个方向的研究，将帮助人类破解宇宙形成与演化，这个重大探索课题上，最重要的起点之一。

究竟凭啥，他们就该得此重大奖项

说白了，这三位学者，之所以能获得2020物理学诺贝尔奖，最根本的原因是：

一、英国人Penrose教授，用非常严谨的数学逻辑——奇点定理去证明、揭示了银河系中心，存在黑洞是爱因斯坦的广义相对论的必然结果。

二、美国加州大学的两位教授，Genzel和Ghez，用实际的观测数据去证明，我们的银河系 最中心的区域，确实存在了那个超级黑洞。

银河超级黑洞理论“诞生记”

故事首先发生在1963年，Penrose教授，受Schmidt Ｍ.类星体发现的启发，开始考虑黑洞形成的问题，然后花了2年的时间，凭借自己在数学、物理学的知识沉淀，在1964年年底完成了奇点定理证明，并于1965年正式发布自己用爱因斯坦的广义相对理论为依据，揭示出银河系中心区域存在黑洞的必然结果。

当然，他这个结果，也是理论上的证明，要想得到学术界的认可，必须有足够的天文观测数据为支撑。所以，就轮到美国加州的两位大教授出场、发挥其作用了……

不管是Ghez教授，还是Genzel教授，都有一个非常犀利的特长：都是仪器设计和观测方面高手行家。比如，Genzel教授，不仅在很长一段时间内，担任着马普地外物理研究所的所长，还直接负责整个红外观测团队。

而天文学家出身的Ｇhez教授，同样是巾帼不让须眉，从1995年开始，她就率领自己的研究团队，调用当时世界最大的、那位于夏威夷的Keck天文望远镜，对银河系中心的人马座A* X射线源附近的恒星进行跟踪观测。

然后，通过一种叫光斑干涉技术，分辨出银心存在的若干个恒星，并最后锁定了，一枚叫周期最短的S2恒星（轨道周期为16年），在接近2个轨道周期内，不断观测和计算各种天文数据。

最后，她罗列了大量的数据证明，在人马座A* X射线源附近，在那半径仅45AU（1AU，也就是1个地日距离）,而45个AU，也差不多是冥王星的轨道大小的范围内，却囤积了400~450万个太阳般重的物质。如此高密度的大型天体，在人类的认知范围内，唯有黑洞而已。

而Genzel教授，对此更是一锤定音，在2018年开始，他率领马普地外物理所，花了足足8000万欧元的研发出一套叫出 GRAVITY的精密观测仪器。鸟枪换马炮，也让他们精准地测量出S2恒星，平均约为200公里每秒的移动速度，并高精度地测量出了S2轨道的进动速度，大约是太阳系水星进动幅度的100倍。

从这个角度来看，这三位教授的联手，几乎是一锤定音地告诉人们：银河系中心，至少存在着一个超级黑洞。从1963~2020年，前后跨度将近半个世纪，最终这三位精通于数学、物理和天文知识的顶级专家，依靠着坚持不懈的专注，造就了令人津津乐道辉煌的学术辉煌，最后还一起获得了诺贝尔奖，这似乎就是故事的完美结局。

不和谐的新声音，又有挑战性新理论的提出

可在科学领域，似乎从来就没有最终的大结局！在最新的理论研究中，学术领域，又冒出了一个非常不和谐新声音：假如，我们的银河系正中心，它不是超级黑洞的话……

那是不是之前，我们所有的推论的错了呢？那是不是意味着，我们的诺贝尔奖，是不是就颁发得早了一点呢？

在天文物理领域，最新兴起的研究——暗物质、暗能量，人们赋予它的理论特性。让一些科研人员，尝试性地用计算模型，把这些物质套进人们之前的黑洞理论。

他们宣称自己的计算模型，居然在数值上，也能体现出惊人的一致！

若银河中心，是一团巨大的、高度密集的，且呈弥散状态的暗物质团块包裹着呢？那之前推论超级黑洞存在的恒星S2和G2，似乎也能与理论计算达成一致……

同时，这个研究小组，也从另一个角度，提出一个更新颖观点：在临界质量之上，假设存在的暗物质团块，接着它还有可能，也会因为重力的作用，最终坍缩成一个超重黑洞。

这个理论，你是不是觉得有点熟悉呢？

是的，它可能有助于解释超大质量黑洞，在最初的时候，是如何形成的？

因为，对于很多物理天文学家来说，那些超级黑洞的课题，依旧是个摸不着头脑的超级难题。迄今人们还是没有足够的论据，来完全解析明白：它们，究竟是如何，变得如此巨大的？当然，更无从下手，去搞明白，它们在宇宙的最早期，究竟是如何出现、如何在漫长的时间轨迹中一点点形成的。

关于暗物质

目前，相对比较主流的说法，如同黑洞那样，人们迄今还无法直接观测到。但很多物理天文学家，还是坚信：宇宙中，大约有80% 的物质，是暗物质。

最早是1933年，也是美国加州大学的另一个天文学家弗里茨·兹威基，他在计算星系团的质量时候，老是算不对，利用传统的质量引力关系，那些可见光物质计算的总质量，往往只是他理论计算值的1/400，如此巨大的质量差。让大家慢慢建立了一个新理论思维——发光星体的质量只是星系团质量的一小部分，还有很大一部分质量是看不见的或者说是未知的，于是他把这叫作“短缺质量”。

可自此之后，科学家们，从更多的方面，找到了更多的证据证明，在我们所能观察的范围之外，存在着那些远比我们所能看到的物质还要大质量物质的东西，我们是看不到的，所以“暗物质”，这个名词也慢慢被人们广为接受了！

颠覆性新理论？还需大量的质疑与验证

在过去，人们推论暗物质的出现，是因为没有足够的的黑洞，也不存在其他超大质量的、还是我们能观测到其他的天体，所以最后定义了这部分看不到的质量物质为暗物质。

但这次，这个研究小组，用一个非常创新的假设理论，去反推一个值得大家重视的观点：超级黑洞的最大缔造者，会不会是暗物质？

当然，这不是单一的脑洞大开，也有非常庞大的计算数据支撑，并且他们已初步将这颠覆性的新理论，发表在MNRAS的论文库中，以预印本的形式，接受同行们的更多质疑与考量！（预印本，往往是指尚未得到广泛认可，还需同行评审后，才能在权威科学期刊上出版的科学文献的草稿。）



【077、清除地球轨道碎片太空垃圾的难题】


Sue Nelson 2018年3月15日

两枚"重型猎鹰"（Falcon Heavy）助推器同步完成了垂直登陆，场面令人震惊窒息。几分钟之后，呈现在世人面前的是另一幅令人难忘的景象——一辆鲜红色的"跑车"在沿着地球轨道运行。来自太空探索技术公司（SpaceX）的埃隆·马斯克（Elon Musk）因为成功完成发射这枚阿波罗"土星5号"（Apollo's Saturn V）运载火箭之后尺寸最大的火箭而受到广泛赞誉。但是，这辆"跑车"却引发了争议。

它可能是太空科学的推动者，或者是一次成功的公关营销活动，但也可能是另一个临时性的、可能具有危险性的太空碎片？

从宇航员的手套到废弃的航天器和单级火箭，地球轨道上凌乱地散布着超过50万枚弹球大小的碎片和2万多枚板球大小的碎片。但是，碎片的危险程度并不与碎片尺寸成正比。

随着新一轮太空竞赛的开展，中国、印度等更多国家加入了探索宇宙的行列，人类将在地球轨道内制造越来越多的漂浮残骸。下一代太空科学家将面临一个重大挑战：如何确保未来的航天器在这不断扩张的"垃圾地带"中生存？

相关人员目前正在寻找方法让全球的太空机构能前瞻性地处理这些可能具有致命性的碎片。

美国国家航空航天局（NASA）轨道碎片首席科学家Jer Chyi Liou说道："毫米级别的轨道碎片造成的穿透风险最大，因为它对在近地轨道上的大都数航天器会产生很高的冲击速度。"

这些微小碎片的速度超过子弹的飞行速度，最高接近3万英里/小时（4.8万公里/小时）。

碎片尺寸不一，最小的像油漆斑点那么小，最大的是报废的卫星——2018年2月初，联合国宇宙空间和平利用委员会（Committee on the Peaceful Uses of Outer Space）科学和技术分委会（Scientific and Technical Subcommittee）第55次会议在维也纳召开。此次会议上，Jer Chyi Liou陈述了关于太空碎片环境及NASA运营和研究情况的最新进展。仅2017年，全球就开展了86次发射活动，在地球轨道上放置了超过400架航天器。

"地球轨道上的物质总量超过7600吨，"Jer Chyi Liou说："美国战略指挥部（US Strategic Command）的空间监视网（Space Surveillance Network, SSN）正在跟踪约2.3万个大型物体。此外，有数以千万计或更多的碎片由于尺寸太小，SSN无法跟踪，但这些碎片的尺寸仍足以威胁人类航天活动和机器人飞行任务的实施。"

来自外太空的钻石

回收式航天器美梦成真

先锋号：仍然在轨运行的世界最早科学卫星

此外，太空还存在被称为"凯斯勒症候群"（Kessler Syndrome）或"凯斯勒效应"（Kessler Effect）的风险，即一个碎片碎裂并撞击另一个碎片，引发一连串撞击，最终污染卫星的整个轨道。从远程通信到灾难监控，太空已成为人类日常生活的一部分，任何卫星的丢失都是一个严重的问题。

2007年，太空碎片数量激增，因为中国在一次反卫星装置试验中有意击毁了"风云-1C"气象卫星。两年之后，美国"铱33"通信卫星与俄罗斯报废的"宇宙2251"卫星发生了碰撞。这两次事件都在很长一段时间内产生持续性的后果。

去年，美国国家航空航天局利用无人驾驶航天器实施了21次防碰撞演习，其中四次演习的目的是躲避"风云-1C"卫星产生的碎片，两次演习的目的是躲避"铱33"和"宇宙2251"碰撞所产生的零部件。

避免潜在碰撞的一个方法是改变物体轨道令物体"让路"。但是，由于碎片数量巨大，需采取所有必要的手段开展持续的观察和预测活动。

"美国国家航空航天局将雷达、望远镜与现场测量相结合，对尺寸小至亚毫米级别的物体进行监控（但不是跟踪），"Jer Chyi Liou说道。

国际空间站上的美国国家航空航天局太空碎片感应器（Space Debris Sensor）围绕地球轨道运行。该感应器尺寸为1立方米，厚度约20厘米，外形有点像工具箱，于2017年12月连接至国际空间站欧洲"哥伦布"实验舱的外部。它将在至少两年的时间内开展毫米级碎片探测活动，提供关于对它产生撞击的所有物质的信息——尺寸、密度、速度、轨道等，并确定撞击物是来自太空还是属于人为产生的太空碎片。

美国国家航空航天局在实验室以最高1700英里/小时的速度射出碎片，对试验板进行测试——近地轨道内所有已知的碎片中，仅有约1/3是美国制造的。因此，美国国家航空航天局并非唯一研究太空碎片问题的机构。国际上的研究活动影响每一个在外太空开展活动的国家。俄罗斯的太空机构已签署一份在巴西安装新的碎片追踪望远镜的协议。

旨在监控太空碎片并向卫星运营机构出售数据的私人计划同样拥有一定的市场。此类计划包括美国的"ExoAnalytic Solutions"和英国的"Space Insight"，后者在塞浦路斯运行一套地面感应器系统。在西班牙，"Deimos Sky Survey"利用一个望远镜网络追踪小行星、太空碎片等近地物体，并曾识别出埃隆·马斯克的"跑车"。

但是防碰撞措施并不能处理所有碎片。四月，首个"欧洲主动清除碎片"（European Active Debris Removal）任务将由太空探索技术公司的"猎鹰9号"运载火箭发射升空。该任务旨在为国际空间站提供补给。名为"REMOVEdebris"的卫星包含两个立方体卫星，通过释放仿真的太空碎片验证收回碎片的若干种方法。

此次任务的协调机构英国萨里太空中心（Surrey Space Centre）主任古列尔莫·阿格列提（Guglielmo Aglietti）表示，此次任务将测试四项关键技术。这四项技术包括视觉导航系统、用于捕捉碎片的网子和叉子及用于减慢碎片速度、令其坠入地球大气中的脱离轨道装置。

在太空中设置一套叉子听起来匪夷所思，但它可以满足捕捉较大尺寸碎片的所有需求。验证工作所采用的叉子由空中客车防务与空间公司在英国制造，尺寸与钢笔相仿。

离叉子1.5m处的吊杆上将布置一个10平方厘米大小的试验板。之后，用绳系住的叉子将从航天器中射出，刺穿并收回试验板。网子用于包围并控制碎片，其原理也很简单。

实验用的脱离轨道装置是一个塑料膜。它的测试必须在其他几项测试完成后进行。"这是此次任务的最后一个阶段，"阿格列提说："在平台和它所捕捉的碎片一起脱离轨道之后启动。"

如果REMOVEdebris获得成功，欧洲后续将启动更多的任务。"我们已经证实，利用相对低成本的技术可以清除太空碎片，"阿格列提说："因此，我们希望商业机构后续可以跟进，致力于清除威胁性最大的碎片。"

即使是国际空间站也必须避开过去的太空活动遗留的碎片——在受控制的仿真碎片上对各项技术进行测试是任务推进的一个重要步骤。下一阶段的工作是在不受控制的碎片上实施各项技术。这项工作更为复杂。欧洲航天局正在向其成员国建议在2019年底启动一项名为"e.deorbit"的任务。

"e.deorbit将证实，我们可以将不受控制的物体安全地从轨道中清除，"欧洲航天局负责人霍尔格·克拉格（Holger Krag）说："我们选择的物体可能是欧洲航天局报废的、不再响应任何地面指令的卫星。这是我们首次将该项技术应用于真实的目标卫星。"

开展碎片清除工作的航天器将安装感应器组件，目的是安全地接近卫星。这不是一件容易的事情。克拉格表示："接近国际空间站等受控制的物体与其对接是一项挑战，"德国达姆施塔特市（Darmstadt）的欧洲太空控制中心（European Space Operations Centre）是克拉格工作的地方。

不受控制的卫星可能以歪斜或旋转的姿态运行。"如果它是歪斜的，你必须和它保持同步，以便通过某种方法捕捉它。你可以使用机械臂、网子或叉子。捕捉之后的步骤是是采用某种策略让它降落。"

欧洲航天局也曾遭遇意外。2016年8月，一个厘米级的颗粒撞击欧洲航天局"哨兵1A"卫星上的太阳能电池板，导致动力略有下降，并使该卫星的轨道和方向出现了轻微的变化。

"我们很重视太空碎片问题，因为我们正在达姆施塔特运行着由20个卫星组成的卫星编队，"克拉格说道："其中有10个正在污染非常严重的太空区域飞行。我们必须定期实施防碰撞策略。"

关于太空碎片问题的规模，克拉格的看法颇为务实。他说："我们可以限制但不能完全避免碰撞风险。我们只能尽力而为。"



【078、曲速：物理学家或可实现超光速星际旅行，这会是真的吗？】


2021-05-14 天文在线

如果人类希望翱翔于星际，那么必将需要超越目前我们宇宙中速度最快的物质——光。新的研究显示，我们有可能实现曲速，超越现有星际旅行速度的极限。

超光速穿越虫洞艺术概念图。如果这是可能的，人类将会在一个合理的时间范围内到达其他星系。

离地球最近的恒星，半人马座比邻星，也在4.25光年之外，距离地球25万亿英里（40万亿公里）远。迄今为止最快的飞船，已在深空中的帕克号太阳探测器，最高速度为每小时45万英里（约合每小时72万4千公里），如果用这样的速度飞行，只需要20秒就可从洛杉矶飞到纽约，但要想飞到太阳系最近的邻居那儿，却需要6633年。

如果想要让星际旅行变得更容易，人类需要超越光速。但截至目前，超光速旅行只存在于科幻之中。

在艾萨克·阿西莫夫的《基地》系列科幻小说中，人类可以在行星、恒星系以及宇宙之间来回穿梭。小时候，我读了我可以找到的所有“基地”系列故事，现在我是一个理论物理学家，研究纳米技术，但我依然痴迷于想象人类究竟会用什么方式世纪星际旅行。

有些角色——比如说电影《星际穿越》中的宇航员或“雷神托尔”——利用虫洞在瞬间实现星际间穿梭。另一种方式——对《星际迷航》的粉丝来说很熟悉——就是曲率驱动技术。尽管曲率驱动仍然是一项遥不可及的技术，但其在理论上确实是可行的。最近的两篇论文成为了三月份的热门，研究人员在其中声明已经攻克了横亘在曲率驱动理论及现实间众多难题中的一个。

但是曲率驱动理论实际上是如何工作的？人类就要实现曲速跳跃了吗？

这幅二维图像展现出曲率驱动位于中心平整、未弯曲的时空泡，其右方为被压缩的时空（向下的曲面），而左方为膨胀的时空（向上的曲面）。

压缩和膨胀

物理学家目前对“时空”的理解来自阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。广义相对论指出，时间和空间是融合的，任何事物的传播速度都不能超过光速。广义相对论还描述了质量和能量是如何扭曲时空的——比如像恒星和黑洞这样质量巨大的物体就会扭曲它们周围的时空。这种扭曲就是你感受到的重力。这也是为什么许许多多的航天英雄会担心“被困在”或“掉进”重力穴内。早期的科幻作家约翰·坎贝尔和阿西莫夫将这种扭曲视为绕开速度极限的方式。

假如一架飞船压缩前方空间同时扩张后方时空，会发生什么呢？星际迷航提出了这样的设想并将其命名为"曲率驱动"。

1994年，墨西哥理论物理学家Miguel Alcubierre提出了在太空船前方压缩时空、后方扩张时空以推进飞船的方式在广义相对论的框架下从数学的角度是可以证明的。那么，这意味着什么呢？假设两点间的距离是10米（33英尺），你位于A点，速度为1米/秒，需10秒到达B点。

然而，假设你能够以某种方式将你和B点之间的空间的距离压缩到1米，那么你以每秒1米的速度移动至B点就仅需要1秒。从理论上讲，既然你移动的速度并没有超过周围空间光速，那么这种方法就与相对论不冲突。Alcubierre表示《星际迷航》中的曲率驱动事实上在理论上是确实可行的。

比邻星我们来了！对不？不幸的是，Alcubierre压缩时空的方法有个问题：它需要负能量和负质量。

这幅二维图像展示了正质量如何弯曲时空（左方的蓝色地球）和负质量在反方向弯曲时空（右方的红色地球）。

负能量问题

Alcubierre的曲率驱动的工作原理是在飞船的周围生成一个平滑的时空泡，而在泡外弯曲时空以减少行进距离。曲率驱动要么需要负质量——一种理论上的物质——要么需要一个负能量密度的环来工作。物理学家还从没发现过负质量，因此负能量就成了唯一的选择。

要想制造负能量，一个曲率驱动引擎可能需要使用巨大的质量来破坏粒子和反粒子间的平衡。举例来说，如果一个电子和一个正电子同时出现在曲率驱动引擎旁，其中一个粒子会被质量捕获最终导致平衡被破坏。这种不平衡会导致负能量密度。Alcubierre的曲率驱动就会利用这种负能量来生成时空泡。

但是曲率驱动引擎要想产生足够的负能量，必须消耗大量的物质。Alcubierre估计曲率驱动引擎要想产生一个100米直径的时空泡，大约需要整个可见宇宙的质量。

1999年，物理学家Chris Van Den Broeck表示，扩张时空泡内部容量的同时保持其表面积不变可以极大地降低所需能量，大约仅需太阳的质量。这是一个巨大的进步，但距实际操作仍很遥远。

科幻的未来？

最近的两篇论文——一篇由Alexey Bobrick and Gianni Martire撰写，另外一篇由Erik Lentz撰写——似乎提供了将曲率驱动现实化的某些方法。

Bobrick and Martire 意识到通过以某种方式改变气泡中的时空，他们可以去除使用负能量的需要。不过这种方法无法超越光速。

Lentz也独自提出了一种不需要负能量的解决方法。他使用了一种不同的几何方法来解决广义相对论方程，通过这样做，他发现曲率驱动是可以不需要使用负能量的。Lentz的解决方法可以允许时空泡超光速运行。

必须指出的是，这些令人激动的进展还只是些数学模型。作为一个物理学家，得到实验证实前，我是不完全相信模型的。但是，曲率驱动技术正一步步走进人们的视野。作为一个科幻迷，我欢迎所有这些具有创新性的想法。借用一句皮尔德船长的话：

凡事只有在它们成为可能前才是不可能的。

Mario Borunda，俄克拉荷马州立大学物理系副教授

本文概要：如果人类想要实现星际航行，就必须超越光速。最新研究暗示建造曲率驱动引擎以打破光速限制是可行的。

BY：EarthSky Voices；FY：Astronomical volunteer team



【079、如何看待最近旅行者二号发回的数据显示人类有可能飞不出太阳系？】


如梦初醒

宇宙浩瀚无垠能孕育生命的世界和星球少之又少，特别是地球这颗蔚蓝色的星球而人类作为土著从诞生以来，一直都在探索未知也在了解更高层次，在科学界一直存在一个假设地球不止一次出现文明，根据玛雅人的描述地球出现过五次文明，而人类属于情感文明是第六届地球这颗蔚蓝色世界主宰者，上一次文明是光之文明亚特兰蒂斯按照猜测已经达到运用自然之力和电能光能，但根据传说由于掌握自然之力导致气候大陆板块异常，再者就是道德底线败坏最终消失在地球历史长河之中，其实如果假设成立按照进化论和相对论来说人类如今文明只不过又是一次循环往复，能走多远能达到如何高度或许没人能给出完整答案。想了解奥尔特星云首先要认知一个法则，造物对生命存在而潜力巨大的世界和星球进行一种保护机制，避免高维过度干预生命进化和延伸，如果高级想进入低级必定以肉体形势诞生和死亡，在人类历史发展上有很多先知和圣人他们的思想和思维超脱世界，而他们给予人类知识和解脱让人类了解善和恶生和死同时也进行了基础教育普及。但这些知识随着人类文明发展科技主导世界最终变成以人类自我了解为核心价值观的一种体现。在者就是奥尔特云具有暗物质粒子基本现在人类观察不到，据说可以杜绝一切物理和精神高维以本体降临，至于那些所谓UF0如何解释因为不是存在生命就会被造物保护反而他们进化终点就是终结不会有过多可能性，那些或许也是同一片区域的文明只不过掌握了初步的空间和时间规则，能偷偷摸摸观察地球但无法进行干预而比如像科幻电影那样对地球发起全面入侵也算。因为一旦有念头就会被直接抹杀于根源时间，公平在宇宙中是最微不足道的言论：就像人类被称为万物之灵同时在宇宙中身份何其荣耀，什么是潜力巨大的世界具体定义或许就像圣经记载一样，人是按照神的外貌被创造拥有神的外表和情感。或许有些迷信或许有些天马行空，但总之地球的时间包括人类文明的时间个人时间在宇宙浩瀚无垠星海中只不过是一瞬间而已，別以现在认知了解宇宙也别用人类思维去证实造物，因为古代先知早就把宇宙时间知识进行普及，参考中国道教和佛教时间记载，或许会颠覆科学的认知。这个问题不是人类能不能出太阳系，也不是猜测奥尔特云为啥会存在，涉及的最高纬度知识和法则不是我们能想象因为无法证实人类包括我个人能无法理解。迷信也好哲学也罢人生在世个人解脱不辜负此生足矣。就当科幻小说看看足以 毕竟没任何理论能证实属于个人无聊打发时间进行一篇文章，不涉及任何分析和科学严谨性也无任何理论依据能证实其真实性。

若按题目要求探测器顺利到达太阳系，但该探测器因为质量和体积都太小，只是飞进太阳系还不足以被探测（冥王星到太阳距离大概是地球到太阳距离的39倍，仍然不算是太阳系边缘），至少要进入到内太阳系区域，即小行星带以内（火、木星之间）才能有比较大的概率被发现和探测到。

这还要看探测器进入太阳系时与太阳系的相对速度以及进入位置和地球位置。比如虽然进入了地球轨道这么近的地方，但地球恰好在轨道远端，中间隔着大太阳，那也是要失之交臂的。若相对速度高，被发现的可能反而会更大，但探测器已经失去主动机动能力，无法规避地与星系内物质高速碰撞的结果是毁灭性的。若相对速度低，可能会在进入太阳系的过程中就被这个、那个天体（甚至小行星）捕获，甚至直接“同化”到行星轨道成为太阳系外围众多微小行星中的一员，难以接近内太阳系区域。

若规避以上风险，顺利以合适速度、位置接近地球，那么以目前人类探查手段，还是能够探测到的，毕竟探测器还骚包地穿了一身金色传说套装（隔热覆膜），阳光下非常闪耀。



【080、涉“千人计划” 美宇航局资深科学家被判监禁】


美国之音 2021-06-17

美国联邦检察官宣布，参加中国“千人计划”的美国国家航空航天局(NASA)的资深科学家梅亚·梅亚潘(Meyya Meyyappan)因向联邦调查局（FBI）做出虚假陈述而被判处30天监禁。

纽约南区联邦检察官奥黛丽·斯特劳斯(Audrey Strauss)星期三(6月16日)说：“作为得以接触美国政府敏感和机密技术与知识产权的NASA资深科学家，可以让人理解的是，梅亚·梅亚潘须服从有关在外兼职和报酬的限制措施。当FBI和NASA提问时，梅亚潘就他被中国政府资助的项目所雇用一事作出了虚假陈述，该项目招募能够获取外国技术与知识产权的人。”她说：“获取美国先进技术和知识产权的特权连带着保护这些秘密的关键职责。梅亚潘未能披露他的境外活动，接着又向FBI和NASA撒谎，加重了他的错误，从而背叛了这种信任。”

美国国家航空航天局网页上对梅亚潘的介绍——梅亚潘出生于印度南部的泰米尔纳德邦，先后在印度、英国和美国获得本科、硕士和博士学位，后成为美国公民。他从大约1996年到2021年期间受雇于NASA，约在2006年起担任位于加州硅谷的NASA艾姆斯研究中心的纳米技术中心负责探索技术的首席科学家。

根据NASA的网页，梅亚潘博士因为在纳米技术方面的贡献和领导力，获得了众多奖项，包括总统杰出服务奖和NASA杰出领导力勋章。指控文件称，梅亚潘不顾法律规定和部门限制，参加中国的“千人计划”并在中国、韩国和日本的大学担任教授职务，而且未向NASA和美国政府道德操守办公室披露这些关系和职位。2020年10月，在FBI、NASA和联邦检察官办公室对他进行的一次面谈中，梅亚潘谎称他不是“千人计划”成员，也没有在中国政府资助的中国大学任职。

梅亚潘在今年1月承认有罪。梅亚潘不是第一位因被控隐瞒参与中国政府的“千人计划”而涉入刑案的在美科研人员。

今年4月，一个联邦陪审团今年4月裁决，涉中国“千人计划”的资深化学师游晓蓉(Xiaorong You，译音)串谋盗窃商业秘密、经济间谍和电信诈骗的罪名成立。参与“千人计划”、 曾在俄亥俄州立大学和宾夕法尼亚州立大学领导一个自身免疫研究团队的免疫学专家郑颂国(Song Guo Zheng，译音)在认罪后于今年5月被判处37个月监禁。

2020年2月，哈佛大学化学系和生物化学系主任、著名纳米技术专家查尔斯·利伯(Charles Lieber)因被控在获取联邦资金时隐瞒他与中国大学的关系并参与“千人计划”而被捕。他在2020年6月被大陪审团起诉。利伯拒绝认罪，目前审判还没有开庭。



【081、深度观察：独家揭秘中国空间站】


2020年05月12日 经济社会

上世纪90 年代开始启动的中国载人航天工程，规划了“三步走”战略。从发射载人飞船将中国航天员送入太空，到太空出舱、发射空间实验室，如今已走到第三步。

5月5日，在中国文昌航天发射场，首次发射的长征五号B运载火箭，成功将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空轨道。5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱成功着陆返回，试验取得圆满成功。这也是中国空间站在轨建造阶段的第一次飞行任务，期盼已久的中国空间站建造大幕终于拉开。

上世纪90 年代开始启动的我国载人航天工程，规划了“三步走”战略。从发射载人飞船将中国航天员送入太空，到太空出舱、发射空间实验室，如今已走到第三步，即“建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题”。随着空间站工程全面展开，中国正式迈入了“空间站时代”。

按规划，空间站将在2022年前后建成。届时，它将运行在高度340—450公里的近地轨道，在轨飞行可达10 年以上，支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。而且，通过太空维修可以延长使用寿命，也可以扩展其规模。

5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱返回现场。汪江波摄

空间站长什么样？

整体呈T字构型，有三个舱段。如果把神舟飞船比作一辆轿车，天宫一号和天宫二号相当于一室一厅，空间站则像是三室两厅还带储藏间

中国空间站的名字颇具中国特色，命名为“天宫”，一般情况下驻留3人，在航天员轮换时最多可达6人，建成后将成为我国长期在轨稳定运行的国家太空实验室。

中国载人航天工程总设计师周建平介绍，空间站基本构型有3个舱段，1个核心舱，2个实验舱（如下图）。每个舱都是20吨级，三舱组合体质量约66吨。空间站整体呈T字构型，核心舱居中，实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。其中，核心舱用来控制整个空间站组合体，两个实验舱分别用于生物、材料、微重力流体、基础物理等方面的科学实验。

 未来中国空间站示意图。

中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰形象地比喻：“如果神舟飞船是一辆轿车，那么天宫一号和天宫二号相当于是一室一厅的房子，空间站则像是三室两厅还带储藏间。”核心舱命名为“天和”，全长16.6 米，最大直径4.2 米，发射质量22.5 吨，可支持3 名航天员长期在轨驻留，是我国目前研制的最大航天器。它既是空间站的管理和控制中心，也是航天员生活的主要场所，还能支持开展少量的空间科学实验和技术试验。为了让航天员在太空中的长期生活更加舒适，核心舱在设计上有很大突破，供航天员工作生活的空间约50立方米，加上两个实验舱后，航天员活动空间整体达到110立方米。

核心舱又包括节点舱、生活控制舱和资源舱三部分，有3个对接口和2个停泊口。停泊口用于连接两个实验舱，一起与核心舱组装形成空间站组合体。对接口用于载人飞船、货运飞船及其他飞行器访问空间站，另有一个出舱口供航天员出舱活动。其中，核心舱前端的两个对接口接纳载人飞船对接停靠，后端的一个对接口接纳货运飞船停靠补给。对接口可以支持其它飞行器短期停靠，并接纳新的舱段对接，扩展空间站规模。

中国航天科技集团五院空间站系统主任设计师张昊介绍，核心舱是空间站的主控舱段，主要对整个空间站的飞行姿态、动力性、载人环境进行控制。核心舱的大柱段直径4.2 米，小柱段直径2.8 米。大柱段部位主要是航天员工作和实验的地方，小柱段则是航天员的睡眠区和卫生区，保障航天员的生活和正常居住。

实验舱Ⅰ名为“问天”，主要任务是开展舱内和舱外空间科学实验和技术试验，也是航天员的工作生活场所和应急避难场所。实验舱Ⅰ配备了航天员出舱活动专用气闸舱，支持航天员出舱活动，配置了小型机械臂，可进行舱外载荷自动安装操作。实验舱Ⅰ有着核心舱部分关键平台功能，这意味着在需要的时候，它可以执行对空间站的整个管理和控制。

实验舱Ⅱ名为“梦天”，具备和实验舱Ⅰ类似的功能。实验舱Ⅱ还配置有货物专用气闸舱，在航天员和机械臂的辅助下，支持货物、载荷自动进出舱。

空间站工程也包括天地往返运输系统和货物运输系统。天地往返运输系统由神舟载人飞船和长征二号F运载火箭组成，用于航天员和部分物资往返空间站。神舟载人飞船可支持3 名航天员实现天地往返，在空间站停靠期间也作为救生船，用于航天员应急救生和返回。

空间站货物运输系统由天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成。货运飞船为空间站运送航天员生活物资、推进剂、载荷设备等补给物资。

在空间站建设阶段，长五B火箭同样承担着将空间站舱段送入轨道的重要任务。中国的空间站未来还有一个重要计划，在空间站建造完成后，会单独发射一个十几吨的光学舱，与空间站保持共轨飞行状态。光学舱命名为“巡天”，具备自主飞行能力，正常任务时与空间站共轨飞行，进行高分辨率天文观测，开展天体物理和空间天文学研究。需要燃料补给和设备维修时，光学舱可与空间站对接，进行推进剂补加和设备维修维护，提高自身寿命和工作性能。

“计划在光学舱里架设一套口径两米的巡天望远镜。如果在轨10年，可以对40%以上的天区进行观测。”周建平说。这套望远镜，可以源源不断地为科学家们研究宇宙学和天文学提供海量的观测数据。

中国空间站的设计研制，秉持规模适度、安全可靠、技术先进、经济高效的理念，总体上体现中国特色和技术进步。周建平说，中国的空间站可以进一步扩展，为未来留有发展空间。根据空间科学研究和应用的需要，可以对接更多的舱段，也可以通过在轨维修、在轨技术升级等方式来满足需求。中国空间站的研发，遵循规模适度原则，有利于控制工程的成本，重点突出载人航天的特色，突出发挥人在太空中的作用。

空间站怎么建？

分为关键技术验证、建造和运营3个阶段实施。长五B首飞后，将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“ 梦天”实验舱。航天员将多次出舱活动，参与空间站建造。

根据飞行任务规划，空间站工程分为关键技术验证、建造和运营3个阶段实施。中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍，为完成空间站建造，共规划了12 次飞行任务。在长五B首飞后，将先后发射“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱，进行空间站基本构型的在轨组装建造，也规划了发射4艘神舟载人飞船和4艘天舟货运飞船，进行航天员乘组轮换和货物补给。

“未来的11次任务是高密度的发射任务，充满了大量的新技术和新挑战，发射频率和任务复杂性都大幅提升。”周建平接受采访时说。这也将是一段非常辉煌的试验历程。11次任务的完成，将意味着中国空间站正式建成。

空间站的试验核心舱计划在2020年前后发射，目的在于验证空间站关键技术。完成验证以后，将陆续发射两个实验舱与之对接，空间站随之也将从建造阶段转入运营阶段。从核心舱阶段开始，航天员也将开始实际参与建造空间站，承担不少任务。例如，他们要多次进行复杂的出舱活动。届时，航天员可以利用机械臂协同完成载荷的在轨安装、调试、升级等工作。

实际上，在近地轨道建设空间站，就意味着需要掌握大型空间设施的建造技术和运营管理技术，具备强大的维护维修升级能力。航天员出舱和利用机械臂，都是重要的手段。

“一名航天员在舱内操作机械臂，一名航天员在舱外太空行走。无论是舱段转位、大设备的移动，还是航天员自身的移动，都可以通过机械臂完成。”周建平说，“空间站设计有两类机械臂，人机配合，让空间站建造维修成为可能。”

2008年9月25日至27日的神舟七号飞行任务中，担任飞船指令长的翟志刚正在进行出舱活动。资料图片

2008年9月25日至27日的神舟七号飞行任务中，担任飞船指令长的翟志刚正在进行出舱活动。

“往太空运送物资的成本非常高，进行物资循环利用并提高物资循环利用率，是世界载人航天关注的重大技术问题。”周建平说。

通过新的技术支持，中国航天员在空间站的补给将得到更好保障。此前我国航天员在轨飞行的最高纪录是33 天，航天员生存所必需的水和氧气由航天器直接带入太空。为了让航天员实现更久的在轨停留，空间站设计了完整的可再生生命保障系统。电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳，将通过化学反应生成氧气，这也能够降低氧气的补给需求。

空间站如此庞大的系统，需要强有力的电力保障。空间站的电源系统包含两对“ 翅膀”——单翼翼展约30 米的柔性太阳翼。这个系统能够为空间站提供可靠、充足的不间断供电。此外，空间站将采用电推进技术作为空间站轨道维持的动力装置，这将显著降低空间站运行期间的推进剂补给需求。

空间站有何用？

在轨运行期间，将面向前沿科学探索、人类生存和太空活动，支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。

空间站建成后，将是航天员的“太空之家”，也是科学研究的“太空实验室”。一流的太空实验平台，将为科学家们取得世界级的重大突破提供有力保障。

按规划，空间站将在轨运行10年以上。围绕地球运行期间，将面向前沿科学探索、人类生存和太空活动，支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。

载人航天工程空间应用系统专家说，中国的空间站既是为中国科学家，也是为全球科学家提供的科学探索平台，通过空间站这个平台，有望涌现出更多科学成果，揭示宇宙的诸多奥秘。

空间站资源十分宝贵，经过科学且慎重的遴选，空间站上将搭载安装包括生物学、材料科学、基础物理、微重力、流体等类别相关的科学研究实验设施。

包括与空间站共轨飞行的巡天望远镜在内，空间站规划部署了密封舱内的十多个科学实验柜、舱外暴露实验平台。这些科学实验柜，每一个都可看成是一个小型的太空实验室，支持一个或多个方向的空间科学与应用研究。

具体来说，在人类生存方面，空间站将围绕人类长期太空生存和提高地面生活质量方面开展研究与应用。在太空活动方面，空间站支持开展遥科学技术、在轨组装与维修维护、人机联合作业等应用技术试验验证，增强人类的太空活动能力和在轨服务能力，拓展人类的活动范围。

在空间站中，航天员既是空间站的居民，同时也是被研究对象。例如，迄今有11名中国航天员出色地完成了6次载人飞行任务，同时也有效验证了航天员选拔训练技术以及健康、生活和工作三大驻留保障技术，为未来空间站长期飞行奠定了坚实基础，提供了强有力的技术支撑和保障。空间站时代，围绕航天员的科学与技术研究将继续开展。

“我们的目标是建设并运营国家级太空实验室，为空间科学研究与应用提供全面支持，推动我国空间科学研究进入国际先进行列，并不断将取得的先进科技成果转化应用。”中国科学院空间应用工程与技术中心主任高铭说。

空间站谁来住？

在轨运行期间，将面向前沿科学探索、人类生存和太空活动，支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动

目前，执行空间站建造阶段四次飞行任务的航天员乘组已经选定，正在开展任务训练。我国第三批预备航天员选拔工作也将于今年7月前后完成。

在空间站的常态化运行中，有3名航天员作为一个乘组长期飞行，乘组定期轮换。轮换期间，最多可有6名航天员同时在空间站工作，完成交接后，前一个乘组乘坐载人飞船返回地球。

相比于此前我国载人航天飞行任务的约两年一次，空间站建造和运营期间每年有多次发射，需要航天员的类型、人数会更多。

目前，我国的航天员都是从现役空军飞行员中选拔，他们主要是航天驾驶员。空间站将开展太空科学实验，除了良好的身体素质这个共性要求外，未来需要不同类型的航天员，如航天飞行工程师和载荷专家（科学家）。飞行工程师执行对空间站的建造、维护维修等任务，科学家也就是载荷专家，可以在空间站这个太空实验室中做实验。根据空间站的实验项目，选择相关专业背景的科学家进行训练，也是航天员选拔与训练的一个主要方向。

首位进入太空的中国航天员杨利伟介绍，我国从2018年开始选拔第三批航天员，这次选拔在数量、种类、范围上都有所变化。不单单从空军飞行员当中选拔，还要面向社会的相关领域进行选拔，比如相关工业部门和科研院所、大学。

空间站任务对航天员的能力也要求更多。未来，航天员在轨驻留的时间大大延长。目前中国航天员的最长纪录是在太空驻留1个月，将来会是3个月、6个月甚至更久。航天员的技术技能将发生很大变化。过去航天员在太空做的大部分是舱内实验，将来空间站建造阶段，航天员大量的工作要在舱外空间进行。

载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬进一步解释，在空间站任务中，空间站舱段多、运行时间长，航天员每天需要把大量的时间用于站内维护和管理方面，还必须参与空间站组装、建造，进行空间站维护、维修和设备更换。同样，空间站任务中，航天员必须完成大量的空间科学实验、技术试验以及有效载荷操作，学科专业众多，跨度极大，对航天员的专业知识储备和科学素养提出了极高的要求。

执行过神舟十一号飞行任务的航天员陈冬说，空间站任务在轨飞行时间长，实验项目会更多，希望自己通过加强学习，成为科研型航天员，可以独立设计实验，“将来在太空再去亲手完成，感觉一定非常奇妙。”

记者手记

中国航天开启空间站时代

长征五号B运载火箭的成功发射，标志着空间站阶段飞行任务首战告捷，为全面实现我国载人航天工程第三步发展战略奠定了坚实基础。

经过近 30年的不懈努力，中国载人航天“三步走”战略的最后一步 — —空间站时代已经到来。这是极其复杂、极具挑战性的一步，但巨大的收获也是无可比拟的。空间站和航天技术自身的飞跃，将带动众多科学和工程技术领域的进步和突破，使航天成果广泛应用。如同中国载人航天工程总设计师周建平院士所说，太空有广泛的机会来改善人们的生活，提高经济发展的质量，提升科技进步的水平。中国空间站无疑会加快人类探索、开发、利用宇宙的步伐。

与航天强国相比，中国空间站建设起步不算早。从时间上看，1998年，国际空间站发射了第一个模块，中国空间站的建造比国际空间站晚了20多年。从规模上看，中国空间站三个舱段再对接两艘载人飞船、一艘货运飞船，加起来90多吨，规模比400吨级的国际空间站小很多。国际空间站可扩展设计、两自由度太阳翼等技术特点都值得学习。

但中国的空间站也具备自己的优势，利用当代技术成果，充分考虑了技术进步对于航天发展的作用，在能源技术、再生生保技术、空间探测技术以及科学研究设备等各个方面，都集中了这 20 多年科技发展和技术进步的成果，可以说是站在一个更高的技术和科学起点上。同时，规模由需求决定，中国空间站在论证及研发过程中，充分考虑了科学家的需求，目前的规模能够满足空间科学研究的需要，有望比过去类似规模的空间站完成更多的太空实验。

建造空间站是中国在近地空间的一个壮举，也是进一步实现载人登月、火星探测等深空探测的技术基石。机遇和挑战并存。带着好奇心，以智慧和勇气为双翼，中国人探索浩瀚太空的梦想将一往无前。



【082、深度解析：天文望远镜分成三类：折射式、反射式、折反式】


海口之光关注

2019-11-04 04:02

这是一个镜筒较短的现代折射式望远镜的横截面。大多数折射式望远镜的镜筒长度是其口径的8 倍至1 2 倍，这一特点使它们显得很笨重。然而，太阳观测者和行星观测者偏好这种望远镜呈现的高对比度图像。

高品质的折射式望远镜经常是太阳观测者和行星观测者追求的对象，因为这些观测者很看重它呈现的具有高对比度的、能经得起放大的绚丽图像。事实上，在相同口径下，一个制作精良的折射式望远镜能提供最高品质的图像。

折射式望远镜的另外一个优势是，它通常比其他类型的望远镜更结实，因为它的透镜不那么容易错位。因此，折射式望远镜特别适合想要易拆卸设备的观测者，以及不想花时间修补光学元器件的人。

不过，这些性能优势意味着很高的价格。一个很大又很精致的物镜可以说是一个由特种玻璃制成的、经过手工打磨的艺术品。因此，折射式望远镜是同等口径下最贵的。

同时，我们通常见到的望远镜中，折射式望远镜的镜筒长度使得它一点也不灵活。一个口径4英寸（约13厘米）的折射式望远镜的镜筒能有1.2米或者更长。并且，由于目镜在镜筒较低的一端，如果你想观测头顶上方的物体，一个高高的三脚架就是必需的了。这个三脚架还必须非常稳固，以防止高倍率观测下的抖动，因此三脚架不光很贵，而且会很笨重。对于深空观测者，折射式望远镜也许并不能收集足够的光线来观测暗弱物体，并且观测的视角会显得太窄。现在，最新的光学设计已经能制造镜筒长度更短、更容易操作的折射式望远镜了，当然，价格也会相当高。

典型牛顿反射式望远镜的横截面。仅从性价比上讲，反射式是最值得买的一种望远镜。但因其镜面的清洁和光学系统的矫正很烦琐，让很多观测者敬而远之。

除了折射式望远镜，还有一种形式叫反射式望远镜。这种望远镜应用反射镜来聚焦光线。反射式望远镜中最常见的形式是牛顿反射式望远镜（简称牛反，由艾萨克·牛顿发明）。牛反用一个具有一定弧度的凹面镜作主镜，放置在镜筒的末端。在接近镜筒顶端的地方，会有另外一个反射镜，它与主镜呈一定角度，从而将主镜收集的光线反射到目镜中。

如果你想用有限的钱买到口径最大的望远镜，反射式望远镜是你的不二选择。如果你购买的反射式望远镜制作精良并且保养到位，它将能呈现高清晰、高对比度的图像，而不需要你花大价钱去买一个同样口径的折射式望远镜。

反射式望远镜的另外一个优势在于，这种望远镜是唯一能够正确反映目标形态的望远镜，而不是给出观测目标的镜像对称形态。这一点在你想要对比观测区域和星图时显得格外重要。

像所有的反射式望远镜一样（反射式望远镜不止这两种形式，但是其他形式很少出现在业余爱好者的观测中，所以在此不做介绍），牛反也需要偶尔保养和维修。不像折射式望远镜的镜片是固定的透镜，反射式望远镜的镜片可能会出现错位，因此需要定期矫正来保持其观测性能，特别是当反射式望远镜经常被搬运时。当然，搬动一两次对牛反来说并不是什么大事，大多数这种形式的望远镜也就需要几个月维护一次。但是，对有些人来说，不得不矫正那些非机械造成的错位依然令人厌烦。

反射式望远镜开放的镜筒也意味着灰尘和污物容易沉积到镜面，即使在存放望远镜的过程中很小心地给它们盖上镜筒盖。这也意味着你必须经常清洁反射式望远镜。另外，如果反射镜片是由铝镀成的，就需要每10年或20年重新镀膜一次。而且，如果你生活在空气污染严重的城市或者沿海地区，需要重新镀膜的时间会更短。

折反式：折射和反射的最佳结合

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图中是牛反的一种变形—— 道布森式反射望远镜。由于它的价格优势、易用性和便携性，现在已经成为非常受欢迎的望远镜。

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施密特-卡塞洛林折反式望远镜的横截面。折反式望远镜的价格在牛反和折射式望远镜之间，结构紧凑，可加载多种配件来给望远镜升级。

但在这里我们也给出警告。就像牛反一样，施卡也需要偶尔的光学矫正，这一点削弱了施卡对不愿意花时间矫正望远镜的人的吸引力。施卡的视野范围也很小。在费用方面，同样口径下，折反式望远镜的费用比反射式望远镜贵，比折射式望远镜便宜。和牛反一样，折反式望远镜的常见形式通过把一个小反光镜放置在光路上来“折叠”光线，但这会使得一部分光线被反射镜挡住，从而削弱了其在观测月球和行星方面的表现。尽管如此，如果制作精良，施卡和马卡还是会精致地呈现出多种天体的图像。

道布森式支架。它是一种典型的地平式支架，支架上的镜筒可以沿着经线上下移动（改变经度），或者沿着纬线左右转动（改变纬度）。其他地平式支架或许还能帮助望远镜进行缓慢转动以方便控制观测角度。

赤道仪式支架

可以自动跟踪天体的地平式支架

如果没有一个稳定支架的帮助，世界上最好的望远镜也没用。望远镜必须依靠支架来瞄准目标天空，也必须依靠支架的转动来跟踪目标天体。

一个“稳定支架”指的是，当你转动高倍率望远镜来追踪天体时，支架能让镜筒在转动停止后的1秒内不再抖动。具体来说，当你操作望远镜找到最合适的焦距后，支架要能使观测画面不再颤抖。并且，当你调整观测角度时，目标不会一下子跳出视野。这样的要求已经足够排除普通商店里的大多数望远镜支架了。

尽管支架的种类很多，但你主要会遇见其中两种：地平式支架和赤道仪。

地平式支架的使用方式很像三脚架的云台，可以让望远镜低头、抬头（改变纬度）或者左右摇头（改变经度）。赤道仪也有两个可以调整的轴，其中一个轴和地球自转轴平行 从而让望远镜更好地追踪天体。

如果你的目的是用一台小望远镜偶尔观测天空或者白天观鸟，地平式支架会比较适合你。经过精心调试的这种支架可以慢慢地控制望远镜的转动，这样就能使观测视野平滑地移动（这一点在使用高倍率望远镜时特别吃香）。这个优点也会很明显地体现在你用高倍率望远镜跟踪一个天体时。

道布森式支架就是地平式支架的一种。用一些廉价的材料（比如刨花板或者特氟龙材料）就能制作它的骨架，所以这种支架花费不多、重心低、转动起来没有顿挫感。如果为牛反配上这种支架，就可以变得很好组装、操作简单、性价比超高。

更复杂的支架还有现代高科技地平式支架，这种支架内置电动马达，能够实现自动跟踪天体，完全解放你的双手。



【083、生命起源又有了新发现！哈勃望远镜在宇宙中，发现了重要线索】


2021-05-21 芝士

哈勃太空望远镜，是人们天文学观测方面的质的飞跃。自打哈勃太空望远镜起飞，大家就从此看到了不一样的宇宙。

在此之前，人们可以观测到的宇宙范畴仅有50亿亿光年。而哈勃根据无以伦比的观测工作能力，将人们的视线拓展到130亿光年之外。

在哈勃以前，人们见到的宇宙照片，还全是黑白照；而哈勃根据它的照相机、光谱分析仪、多光波长滤色片和路面望眼镜所不具有的高可靠性，向大家展现了五彩缤纷的宇宙。

哈勃太空望远镜的奉献，远远不止这种。今日，我们来汇总一下哈勃太空望远镜的5大关键发觉。

宇宙的年纪

因为光的速度是比较有限的，因此宇宙星体传出的光必须历经悠长的岁月才可以到达地球上。人们创造发明了一种与众不同的距离单位——亿光年，用尽在真空泵中散播一年踏过的间距来界定。

这一完审美观念方法告知大家：一颗星体间距大家有多少亿光年，大家见到的他们的样子便是是多少年以前的模样。

在哈勃太空望远镜起飞以前，大家针对宇宙产生的時间拥有巨大的可变性。而哈勃望眼镜，给了大家回答。

大概在100年前，英国科学家埃德温·哈勃（哈勃望眼镜便是以他的名字来取名）运用美国加州的威尔逊山的100英寸望眼镜，证实了太阳系之外的星系存在。他还告知大家：宇宙已经膨涨，越长的星系避开大家的速率就越来越快。

根据逆变技术大家推断，宇宙的问世原本便是一次爆发，从一个奇点发生爆炸后持续澎涨，产生了今日的宇宙。而漫长星系的间距和退变速率，能够告知大家宇宙的年纪究竟多少钱。

测算漫长星系的间距有多种多样，例如造父变星的方式 、Ia型cf超新星的方式 、或是是根据红移值来测算。这里有许多 数据信息是路基望远镜所无法碰触的，而哈勃太空望远镜给了大家那样的机遇。

科学家运用哈勃太空望远镜开展了很多的观测，而且加上路基望远镜的一些数据信息，最后下结论：宇宙产生于大概138亿光年前。

宇宙澎涨速率

了解宇宙是怎么来的，大家就想要知道宇宙是怎么没的。将来宇宙会发展趋势成哪些？它拥有如何的归处呢？这一切的一切，都在于它以多快的速率开展澎涨，及其澎涨的发展趋势。假如宇宙在加快澎涨，那麼宇宙很有可能最后归于沉寂；假如宇宙在降速澎涨，那麼将来很有可能会再次收拢回一个奇点。

二十世纪90年代末，由Saul Perlmutter和Brian Schmidt领导干部的2个科学研究工作组开展了一场友善但焦虑不安的“比赛”，她们的比赛內容便是根据刚刚提及的Ia型cf超新星明确星体的间距，进而分辨宇宙是以如何的速率和发展趋势开展澎涨。假如Ia型cf超新星比标准偏差更亮一些，那么就证实宇宙的澎涨速率是在减缓的。

但是，如同她们在应用路面望眼镜时发觉的結果，漫长星系中的Ia型cf超新星比预估的要黯淡得多，这代表着他们比预估的更长远。结果很显著：大家的宇宙正处在加快澎涨的情况。

Brian Schmidt精英团队下面的观测说明：宇宙在其性命的最开始80亿年上下的時间里，的确在降速澎涨。但是，伴随着宇宙的规格越来越大，宇宙物质的密度急剧下降，吸引力功效愈来愈弱，而暗能量逐渐占有主导作用，最后造成宇宙从头开始加快澎涨。

宇宙中有多少星系

1995年底，曾任室内空间望眼镜科学研究研究室优点的约翰逊-威廉姆斯运用他自由支配的观测時间，将哈勃太空望远镜指向了夜空一片宽阔的地区。

这片地区并不是确实宽阔，仅仅太阳系的行星遍布较为少，而漫长的星系十分多。根据哈勃望眼镜，他观测到很多的漫长星系，另外又降低了太阳系行星的影响，开展了一次极致的观测和拍攝。

最后，342张图像被合拼成一张让人目瞪口呆的相片——哈勃深空场。科学家们被震惊：那片看上去仅有小米粒办尺寸的宇宙室内空间，居然掩藏着1500好几个星系，并且统统是一百亿光年之外的星系，这代表着大家见到的是一百多亿光年前的宇宙。

哈勃深空场那样的相片，栩栩如生地为大家展现了宇宙最漫长的历史时间。科学家们根据这张相片意识到，在宇宙爆发后大概五亿年的情况下，“就早已发生了十分高的行星产生率，随后这类行星产生率在大概90-100亿年以前做到了一个最高值，”NASA科学家利维奥说，“事实上自此一直在降低。”

而依据2012年的哈勃极端化深场相片，科学家们推断：大家的宇宙中有着着大概20000亿次星系。这种巨大的行星群集，组成了今日的宇宙。

超大型品质黑洞的亮相

大家如今了解，宇宙中充满了超大型品质黑洞。他们执政着自身所属的星系，有着着无以伦比的强力吸引力。可是，在哈勃起飞的情况下，科学家针对黑洞的认知能力或是十分比较有限的。

有的人推断：除开行星级黑洞以外，宇宙中也有品质做到太阳光上百万乃至几百亿倍的恐怖怪物。可是，仅限于观测工作能力，自始至终没人可以证实这一猜测。

1993年12月，在哈勃望眼镜的极大缺点被修补的六个月后，哈勃科学家发布了对间距地球上约五千万亿光年的一个活跃性星系——M87——关键的开拓性观测。

运用暗星体数码相机，哈勃从M87关键处迅速转动的汽体盘周边五个部位捕获了光，进而发觉了在其中的密秘——在这个星系的关键，有着着一个品质在太阳光30亿倍左右上下的可怕星体！这般狭小的室内空间有着这般高的品质，超大型品质黑洞是唯一很有可能的回答。

此后，人们明确了宇宙中不仅有行星级黑洞，也有可怕的超大型品质黑洞。他们品质至少也是有太阳光的一百万倍，较大的乃至做到了太阳质量的660亿倍左右。而这一M87超大型品质黑洞，也恰好是人类的历史上拍攝到的第一张黑洞相片的主人公。

这一观测結果被称作超大型品质黑洞存有的“教科书式”证实，下面愈来愈多的超大型品质黑洞被发觉。他们有一些产生于宇宙的最初期，掩藏着宇宙产生的密秘。专家还必须开展大量的观测，才可以掌握这种神密的星体。

拉近大行星的间距

除开这种巨大的星体以外，哈勃望眼镜也会“接务实求真”，拍攝一些“较为小”的星体，例如大行星。

1994年，当哈勃太空望远镜的较大 系统漏洞刚被修补，太阳系行星就开演了最惊险刺激的一幕——彗木相撞。说白了赶得早比不上赶得巧，刚修复整体实力的哈勃立刻把眼光指向了木星，印证了这难得一见的奇景。

另外，哈勃太空望远镜也会经常性地观测金星的云彩和火花上的风沙，科学研究木星和土星的奔涌的可怕气流、行星环和流星，还会继续追踪天王星和海王星的卫星系统，而且在新视野号探测仪到达以前协助科学家观测冥王星。

在太阳系行星内观测大行星还算不上，2008年11月的情况下，哈勃太空望远镜还对一颗系外行星——北落师门b开展了显像。

北落师门坐落于南鱼座，间距地球上大概25亿光年。2008年的情况下，哈勃太空望远镜对它开展了观测，发觉了它周边的奇景。很多人想到到影片《指环王》，因此给它起了个外号——索伦之眼。那时候科学家推断，那边应当有一颗大行星，并取名为北落师门b。

但是，前几日的情况下，科学家公布：北落师门b很有可能仅仅一个误解，从2014年逐渐就观测不到了，从而推断本来觉得是北落师门b的星体可能是二颗行星撞击后产生的尘埃云。但是，针对科学家而言，哈勃望眼镜的此次观测依然拥有关键的实际意义，对大家科学研究太阳系行星和别的恒星系统的演变拥有极大的协助。



【084、时隔16年Science再次发布“全世界最前沿的125个科学问题”，14位领域专家全方位解析】


2021-04-19 DeepTech深科技

2021年4月10日，Science 携手上海交通大学发布了“新125个科学问题”，问题涵盖诸多领域。

DeepTech 联系十几位专家和一线青年学者，针对部分受到广泛关注的新科学问题做了专访，以下是对一些 “新 125 个科学问题” 的解读：

天文学：现有技术阻碍人类探测地外文明

关于人类能不能在另一个星球上长期居住，中国科学院国家天文台研究员 、中国科学技术大学兼职教授、中国科普作家协会副理事长郑永春表示，这取决于两方面的约束条件：

第一，地球环境的恶化程度和速度。

第二，是地球面临小行星和地外天体的撞击。

“在这个两个约束条件的前提下，我们才能够讨论是否需要到另外一个星球上生存。而到另外一个星球上生存也要解决在那个星球上寻找资源、开拓生存空间、改造环境的长期过程。所以，人类能不能移居到另外一个星球，还取决于人类是否有能力改造另外一个星球的环境。”郑永春说道。

肯定有一部分人作为人类的先锋去开拓其他星球。“我相信人类最终也会像从非洲走出大陆一样，来到欧亚大陆，然后进入太空，登陆月球甚至去往更遥远的星球，按照这样的一个过程来开展。” 他补充道。

谈及我们是不是宇宙中唯一的生命体？郑永春表示，“迄今为止还没有在任何其他的星球上找到生命，也没有找到另外一个像地球一样的星球。”

虽然宇宙中有很多星球像地球，但是只是大小相似，无法确定是否有氧气、磁场、液态水等。

“在这些生命形成条件还不完全清楚是否具备的前提下，我们很难预测那个星球上是否有生命，所以寻找地外生命的第一个前提就是寻找到像地球一样的行星，但是问题是我们离那些星球太远了，没有办法直接抵达那里去探测。” 郑永春指出。

被问及是什么阻止了人类进行深空探测？郑永春说：“其实人类的深空探测并没有被阻止，但是载人深空探测跟无人深空探测，这两者之间的争议始终存在。”

载人深空探测，其一是技术能力的受限，这比无人深空探测要难得多；其二是成本也要高得多，所以关于要不要开展载人深空探测始终会存在争议。

谈及如何让人类走向更遥远的深空，郑永春说：“我觉得要找到发展载人深空探测的独特价值，比如，对经济发展，对其他技术的提升等等。与此同时，各国也在逐步开展载人深空探测的前期研究，比如，研制重型运载火箭、重复利用飞船等，中国也正在建设空间站，航天员进行长期太空生活，为载人深空探测积累经验。”

“再比如，一些国家也正在进行载人登月的论证，实际上也是在解决载人深空探测的一些技术瓶颈，如果这些技术能够得到解决，人类走向深空的道路就会更加通顺。”郑永春补充道。

人工智能：人机互融、可感知机器人是未来

谈及群体智能是如何出现的，同济大学电子与信息工程学院副教授齐鹏表示，当我们研究单个智能体达到一定阶段后，我们会考虑多个智能体之间的配合与互动，相当于给研究增加了一个维度，这是 “从少到多” 的思考。事实上，在生物界中，群体的概念是无处不在的，比如鱼群、鸟群，也包括人群。群体之间存在的行为交互，从而形成了体现宏观群体的行为逻辑。

而从另一个 “从小到大” 的角度去思考，像文学作品中的美猴王，他的每一根毫毛都能化身为一个独立个体，而组合成一个整体后，其实又体现了一种功能的转变。群体智能在一些领域已经能看见其应用，包括军事上无人机编队、医疗机器人中纳米机器人等。

我们可以和计算机结合以形成人机混合物种吗？齐鹏认为，与其叫人机 “混合” 不如叫 “相互融合” 更为恰当。人与计算机在生理或在机器上如果实现相互融合，将会是非常令人兴奋的方向。其实现在我们已经看到 “人机融合” 的成为现实的可能，比如各种可穿戴式电子设备、假肢、外骨骼、脑机接口等的应用。随着技术的发展，也许未来，某种智能化机器人能够跟人共生。所以，“人机融合” 在未来是有可能的。

是否有可能创建有感知力的机器人？齐鹏告诉 DeepTech，计算机在推算、记忆力、思考逻辑速度等很多方面已经超越人类。未来，机器人的情感是可以 “被操控的”，也就是一种与人类的情感互动，即共情。

然而，人类的情感有其复杂性，比如开心会分泌多巴胺，是一种 “化学反应”。机器人会做到和人类情感一样吗？齐鹏表示，机器人不会做到和人类情感一样的 “复制粘贴”，所以，这或许是一个 “黑盒子”。具体来说，在机器人识别某些信号后，通过逻辑器件或他的计算逻辑，进而可以表现出来与人类情感同样的表现，进而与人类进行高层次的情感交互。

总结来说，可创建有感知的机器人，但这种感知是一种基于逻辑上的推算、设置等表现出的 “假象”。所以说，机器人会有感知，但将与人类的有本质性的不同。

能源科学：人类必将迎来 “去化石燃料” 的世界

我们可以生活在一个去化石燃料的世界中吗？

可再生能源利用专家、中国农业大学教授董仁杰表示，这是肯定是，也是必然的，原因如下：

首先，矿物燃料是有限的，去化石燃料不以人的意志为转移。当然，太阳能为我们提供充足的能量来源。随着科学技术的进步，还会有其他能源来源。

第二，月球上拥有核聚变能源原料。而且这一前景已经可以触及。

第三，发射到近太空的太阳能发电，可以为地球供电。电力的超远距离传输，是一个制约因素。

第四，地球表面上的太阳能发电和风力发电，可以提供大部分电能。问题在于这些电力的不稳定性。通过全球能源互联网，使全球能源互联网成为太阳能和风力发电的蓄电池。所有太阳能和风力发电都不会成为垃圾电。例如当美国黑夜时，中国在发电。

第五，当电力超远距离传输存在挑战时，通过当地的 power to gas 可以将 CO2和 H2转化为天然气，进入天然气管网。太阳能发电转化为太阳能生产甲烷。大气中的超量 CO2 可以称为太阳能甲烷的 C 源。海洋碳汇、森林碳汇可以不断蓄积和固定 CO2 而不需要担心人类的开采。

曹祥坤则表示，在短时间内有难度，但这是美好的愿景。在过渡阶段，既需要探索如何让传统化石燃料的使用更清洁，还需要大力扶持以太阳能、风能等为代表的清洁能源技术的研发。

氢能的未来是怎样的？

董仁杰告诉DeepTech：“在可以预见的未来，是否有必要为氢能再建设一套输气管道或者罐车？一方面投资巨大，承受不起；更关键的是 H2 的爆炸危险。

在眼下可预见的时期，氢能有两种可行的利用途径。第一，在需要超高温的用能行业，例如冶金方面，氢能是非常优质的能源。第二，剩余的氢能，应该分散生产，就地转化为甲烷进入天然气管道。”

曹祥坤则表示，氢能的未来应该是绿色的，用绿色的方法制氢（比如太阳能光催化制氢）势在必行，也是实现碳中和目标的重要途径，如何实现系统的效率的提升，以及成本的降低，是绿色制氢取代传统制氢方式的关键，也需要更多的年轻的科研工作者投入到这一事业上去。

冷聚变有可能实现吗？曹祥坤说：“科学家对于室温下的聚变一直充满兴趣，但是这个领域的进展一直举步维艰。2019 年 Nature 上的一篇文章说到‘尚未产生任何确凿证据证明冷聚变效应’。虽然当前还没有发现冷聚变的明确证据，在短时间内有难度，但长远看来是可能实现的。”

信息科学：DNA 可以作为信息储存介质

针对 “计算机的处理速度是否有上限？” 这一问题，上海交通大学计算机系副教授、博士生导师蒋力解释道，计算机从诞生之初至今，处理速度上已经发生了翻天覆地的变化，这得益于硅基的晶体管随着摩尔定律不断提高密度与性能，以及在其之上构建的计算机体系结构与软件生态。

蒋力表示，在未来十余年内，集成电路产业依然会按照摩尔定律持续推进计算机处理速度的提升。即使摩尔定律趋缓，一大批新工艺器件也将逐渐登上舞台，比如忆阻器，光子计算，甚至是量子计算。计算机的处理速度只要能带来庞大的经济效益，一定会推动人类科技，从而源源不断地继续推高计算机的处理速度。因此在当前讨论处理速度的上限还为时过早。

那么，“DNA 可以用作信息存储介质吗？”

围绕这一问题，蒋力回答道，“准确的说，DNA 已经作为生物遗传信息的存储介质已经很久了。作为信息存储介质，有几种关键要素，首先要能以某种高效的持续性的方式存储信息的编码。曾经也有人提出用一张多光谱颜色的纸来存储远大于硬盘容量的信息。单纯从存储上来说，的确是这样。”

他补充道，然而，信息存储介质更关键的是如何能高效地读出和写入数据。如果把生物病毒比作计算机病毒，不断侵入细胞，改写细胞 DNA/RNA 信息，从而复制自己进一步传播。那么，你会发现 DNA 作为介质所存储的信息具备快速 “读出” 和 “写入” 能力。

医学与健康 ：个体化医疗是努力方向

药物定制、个体化医疗是过去二十年以来医学界一直努力的方向。我们可以设计和制造出为个人定制的药物吗？

原中国医学科学院研究员、北京协和医学院教授王晨光认为，不能笼统地用 “能” 或者 “不能” 来回答这个问题。而是否可以设计和定制个体化药物取决于疾病是否有个体化特点。

具体来说，针对心血管病、2 型糖尿病这类影响范围广、患者基数大、但病因相对单一的疾病，通常不需要个人定制药物。此外，感染性疾病也不需要个人定制药物，像新冠疫情等感染性疾病，疫苗或者治疗性的抗病毒的药物是具有普适性的，不太因为个体之间的差异而表现出药效方面的差异。需要指出的是，不同群体（如老年人）在治疗策略上的差异不属于个体化治疗的范畴。

那么，具体哪类疾病个体化医疗可行呢？王晨光告诉 DeepTech，在肿瘤的免疫治疗领域已经开展了个体化医疗。像 CAR-T 疗法基基于患者自身的免疫系统和肿瘤之间相互识别的机制，用患者自身的、经过体外改造的免疫细胞作为治疗药物。还有一类适合个人定制药物的是一些单基因遗传性疾病。

比如，基因突变导致的遗传疾病有几千种之多，目前有针对性治疗手段的却非常少。个体化医疗为一些患者带来希望，但也存在一个问题，这类疾病往往患者数量太少，个人和社会难以承受高昂的治疗费用，存在社会效益方面的问题。

如何维持和调节免疫稳态？

王晨光表示，免疫系统作为人体的防御机制，存在着严密的调控网络，这使它能够在正常的生理条件下维持免疫平衡。正常情况下，当身体受到病毒感染或者细菌感染等外来抗原的挑战，就会启动特定的身体反应。但是，在特殊的情况下，这种免疫的稳态没办法维持。它会出现两种情况：一种是免疫功能不足，另一种是免疫过激。

那么，免疫稳态是如何维持以及被打破呢？王晨光告诉 DeepTech，因为在机制上认识不够深入，所以无论是免疫功能不足，还是免疫过度反应，针对具体的情况，调整身体特定的免疫细胞和免疫功能来应对这种疾病状态。

“例如，在癌症发生发展过程中，就认为是肿瘤细胞在这个过程中逃避免疫的监视，那么让身体的免疫系统重新识别肿瘤，达到杀伤和排斥肿瘤的目的，这是当前免疫治疗的一个重要的方向。”

王晨光表示，现在对于免疫过激类疾病通常是以控制症状为主。包括一些慢性的炎症性反应，还有过敏性的反应主要是以药物来缓解症状。“从这个角度来说，正是因为在机制上不清楚，所以很难从根本上来解决免疫失衡的情况。到目前为止，还基本上没有太多办法。”

生命科学：基因编辑系统可帮助治疗特定疾病

关于 “基因组编辑将如何用于治疗疾病？” 这一问题，浙江大学药学院教授、博士生导师平渊回答道：“人类的疾病成因很复杂，对于一些遗传性疾病，例如囊性纤维化、苯丙酮尿症、杜氏肌不良症等等都是由于基因突变引起的，我们可以通过在目的细胞的基因突变位点，使用基因组编辑系统修复致病基因来治疗这些疾病。”

“然而，考虑到基因组编辑系统的安全性和修复效率，我们需要在目标器官、组织或亚细胞群中，实施基因组中突变碱基的精准修复。此外，由于目前的基因编辑系统会对基因组中突变碱基以外的正常碱基进行编辑（即 ‘脱靶编辑’效应），因此在治疗过程中可能存在潜在的毒副作用。” 平渊补充道。

平渊表示：“可特异靶向疾病部位、脱靶效率低的基因编辑系统，将在未来有可能成为治疗疾病的药物。例如运用可以靶向特定器官、组织或亚细胞群的递送载体，定向地实现在肝部、肺部等疾病部位对基因组进行编辑，来治疗相关遗传性疾病。相信在不久的将来，高效靶向病灶部位的递送载体及低脱靶效率的基因编辑系统，将会被开发出应用于人类的疾病治疗。”

神经科学：人工智能将帮助诊断和治疗精神类疾病

我们可以治愈神经退行性疾病吗？

清华大学助理教授眭亚楠认为，目前部分神经系统疾病可以被有效地控制，从而显著改善患者的生活质量。但是，这离完全治愈神经系统疾病，还有一定的差距。

对于能否治愈神经退行性疾病的答案，取决于如何理解 “治愈” 的含义。

眭亚楠告诉DeepTech，“如果治愈是指患者完全回到生病以前的状态，那么可能需要依靠新的神经再生技术才能实现，这是一个非常难的问题。而如果治愈是指患者能有比较好的生活状态，减少受疾病的影响，这方面预期会有较快的研究和临床进展。”

此外，精神障碍能否有效得到诊断和治疗？

“对抑郁症、自闭症等精神类疾病，现在很难对每位患者实现客观、精细的量化评价。临床上通常是由精神科医生在与患者谈话的过程中完成相应的精神量表评估，根据量表打分进行诊断。这个评估本身的客观性和有效性一直是学界前沿的热点问题。精神障碍的亚型诊断复杂，对症治疗也是很难的问题。” 眭亚楠说。

那么，是否能结合人工智能和机器学习来进行治疗的辅助支撑，实现个性化、定制化的精神障碍诊断及治疗呢？

眭亚楠认为，以人工智能为代表的先进计算技术可以帮助部分精神障碍获得更加精准的诊断。人工智能等先进计算方法结合化学、生物相关理论，有望实现药物和疗法的低成本快速筛选，使精神类疾病的精准治疗成为可能。精神障碍的有效诊断和治疗是一个有希望取得重大突破的领域，但实现安全、有效、精准、自动的诊断和治疗，还有很大的挑战。

数学：黎曼猜想真假未知

谈到素数为什么如此特别，科普作家卢昌海博士说，“素数的特别之处，首先体现在它的乘法分解性质上，很多正整数可以分解为其他（不同于它自己的）正整数的乘积，比如 15=3×5，1001=7×11×13 等。但也有一些正整数不能这么分解，比如出现在上述分解的结果里的 3、5、7、11、13 等。这后一类正整数，即不能分解为其他正整数乘积的正整数，就是素数。”

“素数的另一个性质，是所有大于 1 的正整数都可分解为素数的乘积，这个性质与刚才提到的定义性质合在一起，显示了素数一方面可用来（在乘法意义上）构造其他正整数；另一方面，则恰好是这种构造中的‘最小单元’，因为它自身不能进一步被构造。这种性质使得素数对正整数而言，就像是物质世界里可用来构造所有分子的‘最小单元’ —— 原子。” 他补充道。

“正是由于这些特别之处，素数对于数论乃至某些其他数学及自然科学领域都有着类似原子对于物质世界那样的重要性。” 卢昌海指出。

问及数学界最大难题 —— 黎曼猜想是真的吗？卢昌海表示，“这个目前尚无人知晓。” 黎曼猜想从提出至今已有 160 多年的历史，其间虽然经过众多一流数学家的努力，却依然是数学中的 “未解之谜”，既没有人能证明其成立，也没有人能找到反例或以其他方式证明其不成立。

黎曼猜想所宣称的是一个被称为黎曼 ζ 函数的复变量函数的所谓 “非平凡零点” 全都位于一条被称为 “临界线” 的直线上。

卢昌海介绍了目前关于黎曼猜想已经证明的一些结果：

首先，“非平凡零点” 全都位于以 “临界线” 为中线的一个所谓 “临界带” 上。这个结果针对了所有 “非平凡零点”，却必须将 “临界线” 放宽为 “临界带”；

其次，至少有 41.28% 的 “非平凡零点” 位于 “临界线” 上。这个结果扣紧了 “临界线”，却只涵盖了不到一半的 “非平凡零点”；

卢昌海指出，“上述结果虽各有千秋，却都没能解决黎曼猜想。除上述结果外，还有一些其他类型或沿其他思路的研究，也都尚不能解决黎曼猜想。因此，我们目前还不知道黎曼猜想‘是真的吗？’。”

物理学：量子计算机的硬件需满足的三个条件

关于 “什么是量子不确定性”，对此，北京理工大学物理学院量子技术研究中心尹璋琦教授表示，“量子不确定性与非定域性问题，是量子物理的基本问题之一。量子不确定性告诉我们，对物理系统的测量是存在极限的。”

所谓 “鱼与熊掌不可兼得”，要想实现对系统位置的精确测量，就必须舍弃对动量信息的了解。

那为什么量子不确定性这么重要呢？尹璋琦指出，“正是基于这个认识，人们在设计和进一步提升引力波探测器时，使用了压缩光技术，使我们能够获得更加灵敏的引力波探测器。类似的技术也可以应用于超灵敏的质量、位移、加速度等物理量的测量，帮助人们进入量子精密测量的时代。”

提到量子计算机硬件问题，尹璋琦介绍，量子计算机硬件需要满足以下三个条件：

其一，量子信息能够方便的编码到其中的二能级系统中，这个二能级系统被称为量子比特，其存储量子信息的时间要足够长，远长于完成单个量子逻辑门的时间。

其二，量子比特需要能迅速地被初始化到 0 态，且其状态能高效读出。

其三，也是最关键的，量子比特数目能够很高效扩展到几百、几千乃至更多。

关于未来量子计算机硬件的发展趋势，尹璋琦表达了自己的看法，他说：“经过二十多年的发展，目前看来，超导电路和离子阱系统最被人们看好，硅基量子点和单光子系统也是很有希望的技术路线。”

尹璋琦表示，经典电子计算机技术之所以能以指数发展几十年，最关键的是高效迭代。电子计算机的计算能力与硬件设计和制造能力相互促进。量子计算机的最优硬件也得实现高效迭代才行。

工程与材料科学：人类或可突破当前能量效率转换极限

关于 “我们如何突破当前的能量转换效率极限？” 这一问题，加州大学洛杉矶分校化学与生物化学系助理教授刘翀谈道，“我假设这个问题问的是关于光伏电池的效率极限。理论上，现在的光伏太阳能电池的效率极限是被 Shockley–Queisser limit 所限制的。”

刘翀表示，这个极限的一个主要假设是一个光子产生一个电子空穴载流子对，并且所产生的载流子对在能够被利用之前和周围的环境处于热平衡。

“针对以上假设，一种人们所尝试的方向就是设计体系让一个光子产生超过一个电子空穴对（Multi-exciton Generation）。另一个方向就是让载流子对在热平衡丧失多余的能量之前被利用，即利用热电子或热载流子（hot electrons or hot carriers），这两个方向都是现在研究的前沿。” 刘翀补充道。

生态学：目前人类无法有效阻止气候变暖

关于生态学领域的问题，DeepTech 采访了以下专家：北京大学环境风洞实验室主任林官明、中国农业大学教授董仁杰、中国地震台网中心研究员孙士鋐、北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林。下面是问题和回答：

我们能把过量的 CO2 存到何处？林官明表示，可通过光合作用转为有机碳，前提是需要降低人类利用生态系统的强度，允许生态系统自然恢复。还可设法将 CO2 储存在低纬度海洋深处，但其成本要远高于种树。

董仁杰则认为，回答这个问题的前提是捕获了 CO2。CO2 是重要的 C 原料，不应该贮存而应该利用。目前可以预见的利用途径，除光和转化之外，还有两个。一个是催化转化，一个是生物转化，将 CO2 和 H2 合成为碳氢化合物，例如甲烷、甲醇等。总之可以说，将过量的 CO2 贮存到碳氢化合物中，作为能源和化工原料。

那么，我们可以阻止全球气候变化吗？林官明认为，从目前的生产生活方式还看不到阻止气候变化的可能，森林依然在大规模消失，碳循环中排入大气的碳 (以 CO2 为代表) 超过绿色植物能吸收的碳，大气中的单质氮也在降低，它以如离子形式的铵而存在。

如果地球上所有的冰融化会怎样？林官明的观点如下：所有的冰都融化，必然会出现大洪水，只有海拔高处的物种才有机会幸存，它们还得能够适应比较极端的气候，因为那时地球的气温会很高。若这部分能量来自地球外部，那就意味着其他天体跟地球的撞击，若这部分能量来自地球内部，那就意味着地球自身内部发生了剧烈变动，这两种情况均会造成大规模的物种灭绝。想象中，能导致全球性冰融化的事件大概率是地球外部天体的撞击。所以，这个问题其实更应该问是什么导致了全球性的冰融化。

我们是否能够更准确地预测灾害性地震？孙士鋐说，对于某些类型的灾害性地震我们能够更准确地预测，但要做到对所有灾害性地震，尤其是巨大灾害性地震的准确预测，目前看是不可能实现。

这是因为：

第一，地球内部对人们来说是一个黑箱。人们利用地震波探视到地球内部物质的信息有限，而地震发生在地表以下几十至几百公里的深处，无法得知那里的状态。

第二，巨大灾害性地震是小概率事件，科学研究很难持续性进行。可能其后再无发生类似事件，所以科学的探索必然是短暂的。

第三，预测巨大灾害性地震的风险太大。

此外，我们可以创造一种环保的塑料替代品吗？苑会林说：“再没有一种材料能比塑料更环保。一般塑料可以再生，生物降解塑料可以在自然界分解不会给世界带来污染。相比木材料纤维素材料，需要消耗自然资源，造纸要污染水，并不是塑料的替代品。”

化学：塑料不是废物，回收有利于人类

针对 “我们如何更好地管理世界上的塑料废物？” 这一问题，北京化工大学材料科学与工程学院教授苑会林说：

“塑料的最大特点是可以再生再利用，不存在废物一说。现在废塑料的污染，特别是海洋污染从属于人的行为不检点造成，与塑料本身没有太大的联系。规范人们的生活习惯、培养良好的素质，可以避免塑料废弃物品对自然界的污染。从多方面下手多考虑塑料回收，利于全人类。”

科学问题不会永远是没有答案的问题，但永远会有新的科学问题。这些科学问题与人类的发展息息相关，它们提出和解决是人类社会发展的重要动力。DeepTech 将会继续关注科学领域的前沿问题，聚焦新科技和科学家，助力人类在科学赛道上的长跑。-End-



【085、时光旅行：梦想成真之路上的“虫洞”和量子】


2018年7月18日

艺术构想图：虫洞可能是连接时空不同地方的捷径。

一千多年前中国就有"山中方一日，世上几千年"的故事，涉及了时间相对性的概念。1895年英国小说家乔治·威尔斯（H. G. Wells）发表《时间机器》，讲述了时光旅行。评论认为这部书是科幻小说的开始。

一百多年过去后，时光机器是否仍然停留在科幻领域，科学家是否已经摸索到制造时间机器的线索呢？

著名物理学教授马里特（Ron Mallett）说，时光旅行不是梦想："我认为我是个有热情的普通人，能激发我热情的就是有可能做时光旅行。"

他一直想建造一个时光机器。他解释说，他这方面的热情和他早年的痛苦经历有关。

马里特的父亲烟瘾很重，33岁就死于心肌梗塞，当时马里特年仅10岁。

这位康涅狄格大学的物理学者对BBC记者说，在父亲死后的第二年、也就是他11岁的时候，他看到一本改变他人生的书，那就是威尔斯的《时光机器》。

马里特说，那时候他想，如果他也能造一台时光机器，他就能回到过去，再和他父亲相聚，他可以挽救父亲生命，改变一切。

虽然时光旅行看上去还十分遥远，但是科学家正在探索一些自然谜团，这些探究终有一天能会让时光旅行的梦想成为现实。

著名物理学教授马里特（Ron Mallett）说，时光旅行不是梦想，他还做出了一个时光机器的方案。

爱因斯坦认为三维空间和时间相连，就相当于四维空间。这种系统被他称作时空，这也就是我们现在理解的宇宙模式。

但爱因斯坦还认为时空可能卷曲，产生一个"桥"。这种现象就是所谓的"虫洞"，这就像一个连结两端的隧道，每一边都和时空的不同点相连。

宇宙中可能自然存在"虫洞"，俄罗斯科学家正试图用射电望远镜探测"虫洞"。但是利用"虫洞"进行时光旅行并不容易。

最近的虫洞可能远在许多光年以外。即使你能到达"虫洞"，而且在里面旅行后生还，还是不能确定最后你能到达哪里。

有物理学家推测，将来人们可能像量体裁衣那样定制"虫洞"，不过现在我们对如何能够做到这点仍然一无所知。

物理学还预测说"虫洞"可能会坍塌，把里面的东西挤碎。如果时光机器能够利用"虫洞"，那么人们必须想办法解决"虫洞"这个能带来麻烦的特性。

神秘的暗能量可能解决这个问题。在1990年代，科学家发现宇宙在加速扩张，而不是像之前估计的那样扩张速度在减慢。

英国小说家乔治·威尔斯（H. G. Wells）的科幻小说《时间机器》在1960年代被拍成电影。

澳大利亚昆士兰大学的宇宙学家塔玛拉·戴维斯（Tamara Davis）说，"宇宙中存在的一些物质具有'反引力'效果，它有排斥力，而非吸引力。我们不知道它是什么，但是宇宙的大部分由这种物质构成。我们将它叫做暗能量。"

只有“虫洞”的"洞口"持续足够长时间，允许物体穿过，时光旅行才有可能。这需要类似负能量的东西，而这在日常世界中并不真正存在。

但是宇宙中到处都有的暗能量符合这个要求，如果我们能够弄明白这是什么东西，我们就可能打开一个"虫洞"，并且让它持续打开，从一边进去，从另外一边出来。

塔玛拉·戴维斯教授说，"虽然我们不知道是否能够作出一个"虫洞"，我们是否有这个技术能力…但是，谁也不知道未来人类文明的能力"，"技术进步如此迅速，可能时空本身也能成为受人控制的现象。"

“虫洞”属于物理学推测范畴，是实现时光旅行的一种方法。但是马里特还有其他办法。他做出了一个时光机器的方案，其概念灵感来自他12岁时读过的一本关于爱因斯坦公式的书 。

马里特教授建造了一个桌面装置来说明这些原理。他认为，按此原理能够造出真实有效的时光机器。首先，用激光生成环形光线。在这个"环形激光"内应该是被扭曲的空间，他解释说，那"就像搅拌杯里的咖啡一样"。

因为空间和时间紧密相连，空间变形应该也令时间扭曲。按照马里特教授的理论，在小空间内的激光强度足够大，就应该可能改变我们生活中正常的时间线路。

澳大利亚昆士兰大学的宇宙学家塔玛拉·戴维斯认为“虫洞”可能是时光旅行的途径。

不过为了让他的理论付诸实践，这个概念需要巨大的能量，也需要把一切缩小、微观化的途径。

但是一旦我们有了时光机器，而且能够成功地使用时光机器，就需要我们对时间本身有透彻的了解。

一般的看法是宇宙是个恒定的时空"块"；这个概念直接来自爱因斯坦公式。

澳大利亚悉尼大学的时间研究中心的主任克里斯蒂·米勒（Kristie Miller）博士说，"这个模型的重要性在于以下概念，即过去、现在和将来都同样真实。因此你能想得到的一切，也就是曾经存在过的、现在存在的、和将来存在的东西，它们都在这个时空里面。"

"恐龙仍然在过去的某个地方做恐龙应该做的事情，我们现在都在这里，未来所有的东西也存在于时空的某个地方。"

时空块的概念的基础是爱因斯坦的著名公式。

想象这种时空块模式的一个办法是，像空间的其他地方那样想象时间中的其他位置："我们在悉尼，但是其他人在新加坡和伦敦。那些地方也一样真实，只不过我们没有和他们在一起而已。"

对于那些向往时间旅行的人来说，这是个好消息，因为这意味着没有什么能阻止我们把我们现在的位置换成其他某个地方或其他某个时间。

但重要的是，这还意味着过去、现在和未来都已经确定（写好），因此，如果我们穿越时光回到过去，我们不能改变过去。援引一个常说的例子，我们应该不能回到过去杀死某人的祖父母，那样，他们的子孙在未来就不存在了。

"时空块"理论认为我们日常的时间概念是个错觉，是人们合理化理解现实的途径。不过加拿大滑铁卢圆周理论物理研究所的里·斯莫林（Lee Smolin）教授则不同意这种看法。他认为时间流逝是个真实的、基本的现象。

他说"时间旅行也许实现不了"，"如果把现在的东西当作真实的，过去的东西只是在现在的记忆和记录意义上才是真实的，未来的还没有存在…...(时光旅行)无处可去。"

里·斯莫林教授认为时间流逝是个真实的、基本的现象，而不是像"时空块"理论所说的“错觉”，因此"时间旅行也许实现不了。"

他的同事尼尔·图洛克（Neil Turok）教授是圆周理论物理研究所的主任。他认为，令人匪夷所思的量子物理可能会为此问题提供答案。

这是涉及微观世界的物理学，我们在学校教科书上学到的古典物理学规则在那里并不适用。例如，在量子世界里面，一个粒子可能同时存在于多个地方。

"显然存在某种可能，我们能在时间上退回去，"他说。"在量子世界中，没有不可能的事情--粒子能够穿墙而过。"

图洛克教授解释说，时光旅行仍然是十分遥远的希望，因为"对于如何能够从现在回到过去，没人真有任何可行的想法。"但是他又说："话不能说死，因为将来会有某个聪明人出来，告诉你如何打破已有规则。"



【086、水星计划】


水星计划（英语：Project Mercury）是美国的第一个载人航天计划，始于1959年，终于1963年，旨在将人类送入地球轨道。1962年2月20日的水星——宇宙神6号实现了这一目标。计划包含了20次不载人发射和6次载人发射。早期计划和研究都是由国家航空咨询委员会完成的。而最终是由后来成立的NASA完成的。

计划的名称来源于罗马神话中的速度之神墨丘利（Mercury），Mercury也是太阳系行星水星的名字，它的移动速度比其他行星都快。计划名称取其中速度之意，此外并没有和水星这颗行星有联系。

整个计划耗资大约3亿8400万美元。约等于2010年的29亿美元。

研发过程

1958年10月7日，NASA的首位领导人基思·格莱南批准了这个计划，到12月17日，才正式对外宣布。

12月29日，北美航空工业公司被授权开发“小乔伊”火箭做测试飞行之用。1959年1月，麦克唐纳飞行器公司被选为水星飞船的主承包商，到2月，飞船的数量确定为12艘。4月，7名航天员，即（水星计划7人）被选中参加水星计划。

1959年5月，北美航空公司交付了第一批两枚小乔伊火箭，6月，又交付首批大乔伊火箭。7月，原定的采用PGM-19木星火箭被取消，取而代之使用宇宙神火箭。10月，通用电气交付给麦克唐纳烧蚀热防护盾，安装在第一艘水星飞船上。12月，水星-红石1号已经安装在陆军弹道飞弹局的测试台准备静态测试。

1960年1月，NASA于西电公司签下水星追踪系统合同，合同价值3300万美元。同在1月，麦克唐纳交付了第一批定型的水星飞船，离签署合同不到一年。2月12日， 克里斯托弗·克拉夫特上任主持水星的管理协调工作。4月，第一艘飞船被运往瓦勒普斯岛的试验基地做逃逸塔测试。5月9日，试验圆满完成。

飞船

位于LC-14的水星计划纪念碑

由于飞船的小尺寸，许多人揶揄飞船是“穿”的，而不是“乘坐”的。1.7 m3的有效空间只是略比一名航天员的体积大。飞船内部还有120个控制器，55个电开关，30个保险丝以及35根机械杠杆。飞船由马克西姆·费格特和NASA的太空工作组共同设计。

起初NASA并不考虑航天员的乘坐感受，认为他们是设计过程的“次要参与者”，这使得航天员与设计人员之间起了很多冲突。 然而计划的领导者认为航天员应该掌控飞船，并把个人能力作为计划成功的重要因素。约翰·格伦在首次轨道飞行时手动姿态调整便是所谓“掌控”的最好证据。航天员还要求一个更大的舷窗并加增手动再入控制器，都得到了满足。

在任务的发射阶段，飞船和航天员依靠发射逃逸系统来避免受发射事故的危害。逃逸系统是安装在飞船上方的一个能产生52,000 磅力lbf (231 kN)推力的固体火箭塔。在发射事故产生时，逃逸系统在1秒内启动，将飞船和航天员带离失效的运载火箭，随后依靠飞船的降落伞着陆。助推火箭熄火后，逃逸塔完成使命从飞船上脱落，由一枚能产生800磅力（3.6KN）的固体火箭工作1.5秒提供分离推力。

箭船分离时，飞船上的三枚推力为400磅力（1.8KN）的固体火箭点火1秒。这三枚火箭成为加速火箭。

飞船只配备了姿态控制推力器，因此在轨道注入和制动减速期间，飞船不能改变轨道。飞船高低部分各有6个喷射器，每个轴上两个。喷射器的燃料补给来自两个分离的燃料罐，一个自动供给，一个手动供给。航天员可以选择控制喷射器中的任意一个。飞船还被设计为可以完全接受地面控制，以便在航天员无法控制时控制飞船。

飞船有3枚固体制动火箭，每枚推力1000磅力 (4.5 kN) ，工作时间10秒。但一枚火箭足矣将飞船带回地球。制动时一枚火箭先点火，5秒后第二枚点火，5秒后第三枚点火。

飞船的热防护盾和减速制动装置

飞船的顶端有个档板，飞船再入时如果顶端在前，流过档板的气流会将飞船调整为防护盾在前的安全姿态。再入过程中，航天员在轨道段要承受8G的加速度，在亚轨道段要承受11-12G的加速度。

原始设计时计划为飞船配备铍吸热式防护盾或者烧蚀防护盾，后续试验确定使用后者。因为烧蚀盾更可靠（可使原设计的盾厚度降低，从而降低飞船重量），更易生产（当时美国只有一家公司生产为数不多的铍）且更廉价。

NASA从麦克唐纳公司订购了20艘飞船，编号1到20，其中10,12,15,17和19号没有使用。3号和4号在无人飞行测试中因事故而被毁。11号在返回地球后沉没，直到38年后才被从大西洋底打捞上来。一部分飞船在制造后由经过了改进（发射中断事故后回收，更新设备用于更长的任务），其命名为原编号加字母，如2B, 15B。某些飞船还被改进两次，如15号飞船先改为15A，后改为15B。

NASA和麦克唐纳还制造了许多水星飞船试验版（包括实体模型，原型，复制品）用来测试飞船回收系统，逃逸塔和运载火箭。

助推火箭

水星计划使用了三种火箭：

小乔伊火箭——8次亚轨道机械测试，2次运送猴子，以及若干逃逸系统测试。

红石运载火箭——4次亚轨道机械测试，一次运送黑猩猩，2次载人亚轨道飞行。

宇宙神运载火箭——4次亚轨道机械测试，2次在轨飞行，1次运送黑猩猩，4次载人轨道飞行。

小乔伊火箭搭载试验版飞船主要用来进行逃逸塔和飞行中断程序测试。红石火箭主要用于亚轨道飞行，宇宙神火箭用于轨道飞行。小乔伊火箭是专为水星计划设计的固体火箭，而宇宙神火箭原本是用来运送核弹头，因运送比弹头更重的飞船而做了必要的加固。1958年10月，水星-朱庇特导弹也曾被考虑作为亚轨道运载工具，但在1959年又因预算原因取消了此计划。大力神系列导弹也曾考虑做水星计划的运载工具，但计划付诸实施前水星计划就终止了，大力神系列导弹用于随后进行的双子星座计划。

水星计划中，也使用了一枚侦察兵火箭，水星-侦察兵1号计划运送一颗卫星来评估遍布全球的水星追踪系统，但卫星随火箭在飞行44秒后由靶场安全系统摧毁。

无人飞行

水星计划控制大厅-卡纳维拉尔角

水星计划含有20次无人发射，并非所有发射都以进入太空为目标，也并非所有发射都达到了预期目标。其中4次飞行搭载了灵长类动物，第15次发射搭载了一只叫做山姆的猕猴。（名称源自空军的航空太空医学院School of Aerospace Medicine的缩写）。

载人发射

公众所接触到的所谓水星计划飞行标志都是某些人在水星计划结束以后很久才创作的，而水星计划的航天员所佩带的标志只是NASA的标志加个人姓名，这才是真的水星计划飞行标志。

水星计划邮票

1962年，美国邮政部门为纪念首位在轨飞行的航天员特别发行一种纪念邮票。这是美国邮政史上首次出现描绘载人航天的邮票。邮票于1962年2月20日在卡纳维拉尔角销售，当天，首位美国航天员进入地球轨道。



【087、四十年后的回眸：旅行者2号飞出日球层，带回星际空间新发现】


天文在线

1977年8月20日，旅行者2号从佛罗里达州卡纳拉尔角发射。它是第一艘用来从外部观察我们太阳系的探测器。 在那时，没有人知道探测器能否进入星际空间……

N今天，NASA应时公布一幅21世纪新版「暗淡蓝点」，这是在向30年前情人节旅行者1号拍下的那张旷世奇照致敬。

下面我们就来领略三组「暗淡蓝点」：21世纪新版修复照、20世纪原始照、21世纪新版拍摄照。

▲21世纪新版修复照：由NASA旗下的加州喷气推进实验室JPL成像处理技术工程师凯文·吉尔(Kevin Gill)对原始照片进行了全新数字技术处理，图像变得细腻，减少了颗粒感。

让我们人类目前的唯一家园——暗淡蓝点（Pale Blue Dot）看起来更清晰些。

与此同时，NASA还公布了另一组新照片，被誉为「太阳系全家福」，旅行者1号拍摄其他5颗行星（金星、木星、土星、天王星、海王星）和太阳的集合照，由60张图像拼接而成。

这幅「实拍全家福」看起来要比技术渲染出来的「艺术全家福」更真实。

▲20世纪原始照：旅行者1号拍下的那个著名的「暗淡蓝点」。

整整30年前的1990年情人节，当时旅行者1号已经飞过冥王星轨道，距离地球64亿公里，拍下最后一批照片，其中就有著名的暗淡蓝点——地球。

这是在著名科普作家、天文学家卡尔·萨根强烈建议下，旅行者1号拍下的世纪杰作：地球只是浩瀚太空里，一个毫不起眼的淡蓝小不点儿。

萨根为此感慨万千：

「在庞大的包容一切的暗黑宇宙中，我们的行星是一个孤独的斑点。由于我们的低微地位和广阔无垠的空间，没有任何暗示，从别的什么地方会有救星来拯救我们脱离自己的处境。

除了这张从远处拍摄我们这个微小世界的照片，大概没有别的更好办法可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。对我来说，这强调说明我们有责任更友好地相处，并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点——这是我们迄今所知的惟一家园。」

而旅行者1号（Voyager 1 ）光是抛物面天线直径就有3.7米，发射质量达825公斤，属于中型航天器（500～1000公斤）。

截至目前（2020年2月14日），旅行者1号已经飞行42年零5个月8天，远离地球222亿公里，距离我们148个天文单位，发出的信号需要23个小时36分钟才能到达地球，成为名副其实人类发射最远的航天器和人造物。

人类第一个星际穿越者，今天40岁生日

▲21世纪新版拍摄照：这是两年前在100万公里外的瓦力，传回的21世纪版「暗淡蓝点」。

还记得2018年5月5日，NASA年度发射最重要的星际探测任务吧——对，主角就是洞察号火星探测器。

火星地下世界「第一侦探」，终于带上鼹鼠+瓦力+伊芙，飞向红色星球！

与此同时，还有两颗立方体卫星做伴，作为通讯/导航卫星，辅助洞察号探测器。他俩名叫MarCO-A、MarCO-B，昵称更有名更好记：就是《机器人总动员》里的瓦力、伊芙。

其中一个叫瓦力（Wall-E）的立方体卫星（MarCO-B），在赶往火星的路上，顺手拍下一张照片：母星地球与伴侣月球的合影。

感概之余，问题来了：眼前这张照片啥时拍的？距离我们多远？

2018年5月9日，即发射4天后，瓦力在距离地球100万公里的深空，使用鱼眼相机拍摄的当天第一张照片。

要知道，这背后可是藏着好几个人类第一！

① 瓦力、伊芙作为立方体卫星，需要飞越6个月、4.84亿公里，飞往火星，这是人类航天史上和太空探索史上，第一批进入深空领域的立方体卫星。

要知道，所谓立方体卫星（CubeSats）基本是由10×10×10厘米左右立方单元组成的微小型航天器。以往所有立方体卫星，都被部署在800公里以下的近地轨道。从未超过800公里高度，更别说超过地月系统进入深空了。

由NASA喷气推进实验室研制的瓦力、伊芙，规格只有10×20×30厘米，属于立方体卫星范畴。

② 既然是首批立方体卫星进入深空，当然拍下的照片也是前所未有的。瓦力给我们地球月球拍下这张合影，也是第一张由微小型航天器拍摄的深空照片。

回到这三张「暗淡蓝点」，有没有触动你的宇宙观？

原来我们一直感觉偌大无比的母星，竟然也会变得如此之小，以至于挂在深空中，显得那么不起眼，似乎很容易被外星人朋友忽略似的。

仰望星空，神游宇宙，没有不谦卑的。

地球不过是浩瀚太空里一个毫不起眼的淡蓝小不点儿，千万别把自己太当回事，更别把此处当成宇宙的中心。

先驱者号

1972年人类的登月已经完成，那么我下一个目标就是向更远的地方去探索，探索之前，我们要先了解了解外面的世界是啥样，不探测清楚了我们不能派人去冒险。

所以就有了先驱者计划。

先驱者号不是一个飞船，而是20艘飞船。

我们来看看先驱者的倒霉记录

太空探测器

先驱者0号（托尔-艾布尔1号，先驱者号）月球轨道，1958年8月17日在火箭升空77秒后爆炸，失败

先驱者1号（托尔-艾布尔2号，先驱者I号）月球轨道，1958年10月11日因第三级部分故障而错过月球

先驱者2号（托尔-艾布尔3号，先驱者II号）月球轨道，1958年11月8日因第三级故障再入大气层，失败

先驱者P-1（宇宙神-艾布尔4A号, 先驱者W号）1959年9月，探测器失踪

先驱者P-3（宇宙神-艾布尔4号, 宇宙神-艾布尔4B号, 先驱者X号）月球探测，1959年11月26日，发射失败

先驱者5号（先驱者P-2，托尔-艾布尔4号，先驱者V号）地球，金星之间，1960年3月11日

先驱者P-30（宇宙神-艾布尔5A号，先驱者Y号）月球轨道，1960年9月，未达到月球轨道

先驱者P-31（宇宙神-艾布尔5B号, 先驱者Z号）月球轨道，1960年12月，上面级故障，失败

朱诺二号

先驱者3号——月球飞越，1958年12月，发射故障导致错过月球

先驱者4号——月球飞越，1959年3月，达到地球逃逸速度

内侧行星探测

先驱者6号（先驱者A号）1965年12月

先驱者7号（先驱者B号）1966年8月

先驱者8号（先驱者C号）1967年12月

先驱者9号（先驱者D号）1968年11月

先驱者E号——1969年8月，发射失败

先驱者6号和先驱者9号定位在离太阳0.8天文单位的轨道上。其轨道周期略短于地球。

先驱者7号和先驱者8号定位在离太阳1.1天文单位的轨道上。 轨道周期略长于地球。

由于它们的轨道位置在地球的两侧，有时候轨道器就在太阳地球连线上。如果太阳磁暴发生，它们可以提前向地面控制站报告。

外侧行星探测

先驱者10号（先驱者F号）木星，星际空间，1972年3月

先驱者11号（先驱者G号）木星，土星，星际空间，1973年4月

先驱者H号——与先驱者10号和11号同时筹备，未发射

金星计划

先驱者金星轨道器（先驱者金星1号, 先驱者12号）1978年12月

先驱者金星多探测器（先驱者金星2号, 先驱者13号）1978年8月 ，包括以下部件：

先驱者金星探测车——探测上层大气

先驱者金星大探测器——300 kg 着陆探测器

先驱者金星北极探测器——75 kg 着陆探测器

先驱者金星夜区探测器——75 kg 着陆探测器

先驱者金星日区探测器——75 kg 着陆探测器

重点需要说一说先驱者10号和11号，这俩最有名。他们不光是探索行星，也是人类第一努力飞出太阳系的伟大尝试。

先驱者号

这俩探测器基本一样，都带着一张地球名片。这张镀金的铝片名片计划是在飞出太阳系之后弹出飞船，希望有一天外星人能捕捉到这张地球名片。

这个名片上画了两个没穿衣服的地球人，跟外星人打招呼。

下面是太阳系信息，我们这个飞船是从太阳系里第3颗行星里飞出来的。

上面两个圈表示氢原子的两种自旋状态。说明地球科技已经达到了明白“原子是什么”的状态了。

左边放射状的，那是说明太阳在宇宙中的什么位置。那些线是太阳距离14颗脉冲星的距离。

这也是星际定位的一种方法，天上那么多恒星，谁知道飞船是哪个恒星飞出来的？

有了这幅图，再找到图中几个脉冲星，就能定位太阳在哪。

脉冲星是啥？就是高速旋转的中子星。它像宇宙中的灯塔一样。

它带着名片出去干啥？就是让外星人能找到地球。

有个寻找外星人的狂热者叫卡尔萨根，他也是非常有名的科学家和主持人，他坚信有外星人存在，所以他一定要让飞船带着名片出发。

我们看看这两艘飞船怎么飞的？

先驱者10号，于1972年3月3日发射。它是第一个成功穿越火星和木星之间的小行星带、第一艘近距离观测木星的飞行器，并于1973年12月3日发回了第一组木星的近距离拍摄的图像。

1983年6月13日，先驱者10号越过海王星轨道，之后探测器按惯性驶向毕宿五恒星（毕宿五距离地球68光年，探测器要到达毕宿五恒星大约还需要200万年）。

实际它就接近过一颗行星，就是木星。然后就一路往太阳系外面冲。但是它速度不够快，电池电量也用光了。到1997年的时候，我们再也联系不上它了。

先驱者11号，比10号晚发射1年，1973年4月6日。它也是穿过小行星带，然后去木星，它跟着木星走了半年，通过木星转向和加速之后，又向着土星飞去，然后借着土星的引力弹弓加速，往外以更高的速度甩了出去。先驱者10号是往银河系外面飞，先驱者11号正好相反，向银河系内部飞。它前面最近的恒星是天鹰座，到那最少需要400万年。实际它比10号还短命，在1995年它电池就用光了，我们跟它也失去联系了。

上面说的是先驱者，它们就是蹚道的，通过他们我们知道了小行星带根本不可怕，可怕的是木星磁场，距离木星近了飞船的零件就一个接一个的坏。

后续的计划马上跟上。因为美国航天工程师盖里弗兰德Gary Flandro在计算行星引力弹弓的时候，发现当时四大行星都在同一侧，只要准确安排飞船路线，那么可以一次经过全部的4颗大行星，这还不算，它能获得4次引力加速，不但30年的行程能缩短到12年，还能大量节省燃料。这机会太难得了，下一次这样的机会是在176年之后，那是2148年，我们都赶不上。

时间不等人，赶紧准备飞船吧。

美国人也真是急了，一算日子就在6年之后，赶紧组织11000名科学家和工程师开始加班加点的工作，建金字塔才用30000人，他们这些还都是高级知识分子。

终于在最后时限到来之前，两颗飞船和火箭全都准备好了。

1977年8月20日，旅行者2号升空。（图片是发射现场）

9月5日旅行者1号升空。

这里有2个问题：

1、为啥是2号先发射呢？因为1号准备发射的时候发现有bug，有故障，紧急拆下来修，修好了再放回去，晚了2周，原计划是1号先飞。

2、为啥要连着发射两个呢？这个时间节点太重要了，下一次就得等176年之后了，万一失败了就太可惜了。所以做的时候就做两个一样的飞船Voyager 1、Voyager 2，英文原来的意思是航海家号，我们中国人不熟悉什么是航海家，翻译过来就改成了旅行者号。825公斤重的双胞胎。这俩飞船长得都一样，这叫备份。

飞船上带着什么呢？

相机是必不可少的，它出去得拍照给地球看。这个40多年前的相机已经是非常厉害了，距离一公里，能拍清楚报纸上的字。也就是你们在学校上课认真不认真，我在家就能看到。

卡尔萨根还要给外星人发信，原来光靠那个名片不行了。

当时没有光盘，录语音都用磁带。但磁带肯定不行，几十年就得报废，就算有光盘也一样不行。只有刻在石头上的字能保存上万年。那也不能带一块大石头上去啊。

科学家研究来、研究去，决定带一张金唱片。直径30厘米的镀金铝板。

唱片的收录内容，是由以康乃尔大学的卡尔·萨根为首的一个美国国家航空航天局委员会所决定的。委员会选择了115幅图像，以及多种大自然的声音。包括滑浪、风、雷以及包括鸟鸣及鲸鱼的歌声在内的动物叫声等。另外他们也挑选了来自不同文化及年代的音乐、地球人使用55种不同语言说出的祝福句子，以及印上来自卡特总统及当时联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的讯息。

著名科普人 卡尔萨根

据信这样可以保存数百万年之久

金唱片（Golen Record）就这样诞生了

它也正是这场太空快递的主要物品

更贴心的是

金唱片封套上还附赠了一块高纯度的铀238

捕获它的外星生命可以用半衰期测定唱片的年龄

带好了东西，现在可就要上路了。

旅行者1号后发射，但跑的快，1年半后，它先到达木星。人类第二次给木星近距离拍照，原来都是在地球上用大炮筒式的天文望远镜拍，虽然大，无奈离得真太远了，拍的都是模糊不清的照片。先驱者号带的相机质量一般，拍的也不清楚。只知道上面有个斑点，不知道是啥。

但旅行者1号来了，已经接近木星了，它拍了很多照片。这回看清了，那个斑点是大红斑。竟然是一团比地球还大的超级风暴。

旅行者1号带的是相机，不是摄像机，还玩了一把延时拍摄，拍了一个动图。

它还拍到了木星的卫星。跟木星比是很小的一个，实际它比月亮还大一点。直径3642公里；月亮3476公里。

然后它又拍到了木卫二的清晰图。3100公里，零下163℃-223℃，上面是100公里的冰，下面是海。虽然它比月亮还小，但这个星球有的是水。含水量比地球海洋要多2到3倍。

先发射那个旅行者2号呢？4个月以后才晃悠到木星。

旅行者1号绕过木星加速之后，又飞了3.2年才到土星。人们也是第一次近距离看到土星的样子。像个大草帽。

又过了一年，旅行者2号才晃晃荡荡的赶到。它走的慢。但是慢有慢的好处，它拍的土星照片更清楚。能仔细分析土星环了。

原来土星环是分很多条跑道的，中间还有空环，环里还夹着大块的卫星。

旅行者1号拍完土星之后，它通过土星的引力弹弓转向了，直观的理解是它往上飞了。专业术语是离开了黄道面。

剩下的任务都交给旅行者2号。

旅行者2号经过木星和土星的加速，瞄准了位置，飞向了天王星。这一段飞了8.4年。1984年1月24日，人类第一次看清了天王星的样子。也是到现在的唯一一次。我们其实对天王星海王星研究的特别少。现在我们有的天王星的照片全部来自旅行者2号。

这个冰巨星，表面温度零下224℃，上面是氢和氦，下面是水、甲烷、氨组成的冰。

天王星的卫星天卫五则被认为是太阳系中最奇怪的星体之一

其表面分布着深达20公里的峡谷、断层显得狰狞恐怖

有科学家认为天卫五是由碎裂的物质重新组合，并且组合还没有彻底完成，所以才显示出这种景象

又飞了12年，1989年8月25日，人类第一次近距离看到了海王星，也是吓了一跳，怎么比天王星要蓝这么多？当然这也是我们人类拍摄的唯一的一次。

海王星

这时候的旅行者1号已经距离地球40亿公里了。差不多是冥王星的轨道那么远，当然，他没往冥王星那个方向飞。

1990年2月14日，地面给旅行者1号发了一个指令，让他回头给太阳系拍一张全家福。其中一张“蓝色暗点”入选了三大天文学照片。我们得仔细看这张照片。它藏在太阳光晕当中。那是我们的地球。

著名的蓝色暗点

非常有情怀的卡尔萨根说了这样一段话：

我们成功地（从外太空）拍到这张照片，细心再看，你会看见一个小点。再看看那个光点，它就在这里。那是我们的家园，我们的一切。你所爱的每一个人，你认识的每一个人，你听说过的每一个人，曾经有过的每一个人，都在它上面度过他们的一生。我们的欢乐与痛苦聚集在一起，数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说，所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯，都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。

在浩瀚的宇宙剧场里，地球只是一个极小的舞台。想想所有那些帝王将相杀戮得血流成河，他们的辉煌与胜利，曾让他们成为光点上一个部分的转眼即逝的主宰；想想栖身于这个点上的某个角落的居民，对别的角落几乎没有区别的居民所犯的无穷无尽的残暴罪行，他们的误解何其多也，他们多么急于互相残杀，他们的仇恨何其强烈。我们的心情，我们的妄自尊大，我们在宇宙中拥有某种特权地位的错觉，都受到这个苍白光点的挑战。在庞大的包容一切的暗黑宇宙中，我们的行星是一个孤独的斑点。由于我们的低微地位和广阔无垠的空间，没有任何暗示，从别的什么地方会有救星来拯救我们脱离自己的处境。

有人说过，天文学会教人谦卑并能培养个性。除了这张从远处拍摄我们这个微小世界的照片，大概没有别的更好办法可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。对我来说，这强调说明我们有责任更友好地相处，并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点——这是我们迄今所知的惟一家园。

拍完这张蓝色暗点，旅行者一号基本上也用光了所有力气，他即将进入深空，大部分设备不再有用，包括那台功勋相机，它被永久的关闭了，节省一切能节省的电力。大部分时间它都在睡觉，只是偶尔才醒过来一次，跟地球联系一下。它已经很老了。

什么电池能用这么久呢？它用的是核电池，原料是做原子弹的钚。

在发射了35年之后，2012年8月25日，旅行者1号第一次冲出了日球层顶。这是太阳风能吹到的最远的地方。过了这个边界，旅行者1号感受到的都是星际风了。

那是不是它已经冲出太阳系了呢？别着急，一会说。

旅行者2号2018年11月5日也穿过了太阳风的边界。也就是去年的事。它也去吹星际风去了。

我们发现这个日球层不是球形，应该是个大橄榄球形，太阳风影响范围内就是个泡泡。这个理论推测和实际观测真的一样，因为旅行者1号和旅行者2号测的冲出去的时候，跟地球的距离完全不一样。

回到刚才的问题，我们都吹到星际风了，是不是已经冲过奥尔特云，离开太阳系了呢？

答案是，还远着呢。

日球层顶大约是120个天文单位。

截止到2019年2月28日，2艘旅行者号现在分别位于距离太阳145和121个天文单位处。谁飞的远？还是旅行者1号。为什么旅行者2号经过4个大天体加速还没有1号快呢？我们发现2号其实一直飞的慢，它在等176年一遇的4星连珠，故意控制了速度。1号虽然只用了2个行星加速。但它是把能量用足了，所以还是它快。

那奥尔特云在哪呢？5000个天文单位起，再往外1到2光年。1光年相当于63240个天文单位。2光年，10多万天文单位。

飞出日球层，人类用了最快的方式，4大行星的引力加速，旅行者1号和2号已经是人类迄今为止速度最快的飞行器了，那还用了35年。

那旅行者1号和2号飞到奥尔特云还需要多久吗？飞到还需要300年，飞出，需要3万年。

电池再过6年，也就是2025年就会彻底没电。不过没关系，在太空当中没电一样飞，只是我们再也联系不上它们了。

他俩现在都瞄着一个比较近的恒星在飞。最快还得10万年才能到。

我们再来看一下4个飞行器都飞到哪了吧。图上是5个，还有一个是“新视野号”，它是唯一一个为了探测冥王星而发射的，2006年发射，飞了9年到达冥王星，人类第一次拍到了冥王星的照片。实际就在它刚发射之后，冥王星就降级了。看也没啥用了，我们联系不上，碰到外星人还早。我们还得继续提高自己的科技水平才行。

最后，我们用金唱片上刻的一段总统讲话来结束今天的课程。

这艘“旅行者号”宇宙飞船是由美利坚合众国建造的。我们是一个具有2亿4千万人类生命的大集体，我们与居住在地球上的40亿人类共同生存着。我们人类仍以国家划分，但是这些国家正在迅速成为一个全球化的文明世界。

我们向外星致文。此文可能在未来的十亿年中长存，届时我们的文明世界将会发生深刻的变革，地球的面貌也会发生巨大的改变。在银河系中的2亿颗星球中，一些（也许是很多的）星球是有生命居住的天体，也是具有星际公正的文明世界。如果一个这样的文明世界截获了“旅行者号”，而且能够理解这些内容，我仅为此撰写如下的致文：

这是来自一个遥远的小型世界的礼物，它是我们的声音、我们的科学、我们的意念、我们的音乐、我们的思考和我们的情感的象征。我们正努力延缓时光，以期能与你们的时光共融。我们希望有朝一日在解决了所面临的困难之后，能置身银河文明世界的共同体之中。这份信息能把我们的希望、我们的决心、我们的亲善传遍广袤而又令人敬畏的宇宙。

美利坚合众国总统吉米·卡特1977年6月16日 白宫。

你想给外星人写封信吗？

下一次课，我们将正式冲出太阳系，去探索更加广袤的宇宙。（发布于 2020-01-12）


太阳系到底有多大？旅行者号何时能飞出去？不算不知道一算吓一跳

科普大世界

我们生活在地球上，地球是太阳系中的一个天体，距离太阳约1.5亿公里，但太阳系很大，那么它到底有多大，实际上还没有准确的定义。

如果以八大行星最外层的海王星轨道作为边界的话，那么太阳系的边界只有43亿公里，但是在海王星轨道之外，还有很多太阳系天体，而且有的面积广大的柯伊伯带，乘距离太阳50天文单位的地方一直延伸到500天文单位的地方，宽达450个天文单位。

一个天文单位就是地球到太阳的距离，也就是大约1.5亿公里，柯伊伯带延伸到了距离太阳750亿公里的地方，那么如果以柯伊伯带边界来计算的话，太阳系的直径可达1500亿公里。

但是柯伊伯带之外，仍然还有围绕太阳运行的天体，它们大都是一些彗星，这些彗星被认为都属于奥尔特云，因此奥尔特云被认为是太阳系最外围的天体结构，那么如果以奥尔特云为太阳系的外界边缘来算的话，太阳系的范围可大了去了，因为奥尔特云的外围距离太阳约1光年，这样来看太阳系的直径将可达2光年了。

迄今为止人类发射的航天器中已经向太阳系外飞行的距离最远的就是旅行者1号了，截至2019年10月23日，旅行者1号已经处于距太阳211亿公里的位置上，距离我们已经相当遥远了，然而至今它连飞出柯伊伯带还很遥远，别说奥尔特云了。

旅行者1号发射于1977年9月5日，至今已经飞行了52年多的时间，不过在2012年8月25日，“旅行者1号”成为第一个穿越太阳圈并进入星际介质的宇宙飞船，但这里所说的穿越太阳圈并非是脱离了太阳系，而是飞出了太阳运行前方的太阳风所能到达的位置，飞入了可以接触其他星际物质的空间中，在那里实际上还是属于柯伊伯带的范围，即便它飞出柯伊伯带的距离，也还需要150年左右，若想要飞出奥特星云，以先前每秒钟17公里的速度，那就需要17700多年，以这个速度要飞到距离我们太阳系最近的比邻星的位置，至少还需要74,700多年。

但是由于太阳引力拖拽的原因，旅行者1号的速度会越来越慢，所以如果要真飞出太阳系和飞往比邻星的话，实际所用的时间还都要长得多。（发布于 2019-12-14）

旅行者号的星际通信能力是如何实现的？


《我们的太空》

2020 新知答主

旅行者1号于1977年9月5日发射，截止到2019年11月距离太阳约147个AU，并以每年3.579 AU 的速度远离太阳系。（1AU，即1个天文单位，约为1.5亿千米。）。旅行者2号于1977年8月

星际穿越满一年，“全村的希望”旅行者2号看到了哪些新鲜事？

中国科普博览

科普话题下的优秀答主

致知计划

星际穿越满一年，“全村的希望”旅行者2号看到了哪些新鲜事？

作者：李会超 （哈尔滨工业大学（深圳））

先行者们

当我们用力将空气吹入气球时，气球便在气球内外压强差的作用下向外膨胀。而当我们吹好气球、将口扎紧时，气球内外压强的平衡使得气球总能保持圆滚滚的形状。

在太空之中，太阳也用太阳风体吹起了这样一个“气球”，而星际物质的存在则使得这个“气球”拥有了特别的大小与形状，科学家们将这个气球称为“日球层”。太阳风与星际物质相交会的地方，则被称为“日球层顶”。

来自太阳系内部的飞行器，一旦越过日球层顶，就脱离了太阳风所能影响的空间范围，进入了“星际穿越”的新旅程中。

日球层大致结构示意图，图中Heliosphere为”日球层“，Heliopause为”日球层顶“，Termination Shock 为”终止激波“，Heliosheath为”日球鞘层“，Voyeger 1和Voyager 2分别为“旅行者1号”和“旅行者2号”。（图片来源：NASA）

太阳带领整个太阳系在银河系中运动，在与星际物质迎面相遇的那一侧，日球层顶距离太阳的距离约为一百多个天文单位（AU），也就是地球与太阳之间距离的100多倍（1天文单位=日地平均距离）。

作为人类目前飞的最远的探测器，美国于1977年发射的旅行者1号与旅行者2号，在2012年8月和2018年11月分别完成了日球层顶的穿越。

旅行者1号在地球轨道面（黄道面）以北的位置穿越日球层顶，穿越时与太阳的距离为121.7天文单位。旅行者2号则从黄道面以南穿越日球层顶，穿越时距离太阳119.0天文单位。但由于旅行者1号的PLS在上世纪八十年代就宣告罢工，而旅行者2号上的等离子体谱仪（PLS）依然能够正常工作，所以科学家们对旅行者2号的星际穿越能够带来的科学发现寄予了更大的期望。

毫不夸张地说，旅行者2号就是“全（地球）村的希望”。

本次公布的观测结果中，所发现的日球层顶附近的丰富而复杂的结构。（图片来源：文献[1]）

北京时间2019年11月5日0点，《自然·天文》期刊在线发表了五篇论文，从不同的方面介绍了旅行者2号和旅行者1号在星际空间中看到的新鲜事。通过这两个探测器的观测，科学家们发现，太阳风和星际物质的相互作用使得日球层顶附近出现了丰富而复杂的相互作用结构。

在回答原有问题的同时，这些探测结果也为未来的日球层边际探测提出了更多新的问题，有待我们研制发射更多的探测器去回答。

旅行者1号正在翻越一座星际物质的“山峰”

旅行者1号等离子体谱仪的罢工，科学家们不得不采用另一种方式来推测它所在位置的电子密度。

无论是太阳风和还是星际物质，都是由一种叫做等离子体的物质形态构成的。在等离子体中，已经被电离的电子和离子与电磁场高度耦合，电磁场的波动频率可以反映等离子体的电子密度等性质。在旅行者1号上，测量等离子体中电磁场波动的仪器仍然在工作。因为一旦从太阳喷薄而出的爆发，经过漫长的传播到达旅行者1号飞船附近，在旅行者1号所在的位置产生比较明显的电磁波动，科学家们就能够利用这宝贵的机会，计算出旅行者1号附近的等离子体密度。

帮助科学家们确认旅行者1号已经处于星际空间的，就是2012年发生的一次爆发。

旅行者号探测器外观。（图片来源：NASA）

在本次发表的有关等离子体密度观测的论文中，科学家们发现用电磁场波动推测电子密度的测量方法是靠谱的。从旅行者2号的观测数据来看，由等离子体谱仪直接测量的电子密度和用电磁波波动推测的电子密度基本一致。同时，旅行者2号与旅行者1号探测到的紧邻日球层顶的星际物质密度也基本相同，进一步证实了跨过日球层顶，密度将跃升20-50倍的理论计算结果。

利用几次爆发事件获得的探测机会而获得的旅行者1号所在位置的密度情况。（图片来源：文献[2]）

利用旅行者1号穿越日球层顶、来到星际空间之后又遇到的几次探测机会，科学家们发现旅行者1号探测到的密度越来越大，正在翻越一座星际物质的“山峰”。这座“山峰”是处于日球层外部的一个边界层，目前的一种观点认为它可能是星际物质在日球层顶附近遇到阻碍、无法前进后堆积而成的，而旅行者1号现在刚好爬上了这座山峰的峰顶。

能否如理论预测的一样在未来“下山“，以及旅行者2号是否会爬上这座“山峰”，就有待进一步观测的证实了。

有趣的是，25年前，两艘旅行者号上的射电观测设备就曾经通过遥感观测的方式发现过这个边界层的存在。而25年后，她们终于走到了那里，亲自爬上了这座她们曾经“远眺”过的“山峰”。

旅行者2号发现的“磁场屏障”（Magnetic barrier），可见在穿过磁场屏障后、进入星际空间后，子图d中所示的高能银河宇宙线通量发生了显著增加。（参考来源：文献[3]）

似乎发现了保护太阳系的“磁场屏障”

由于失去了一部分大气层的保护，经常坐飞机的旅客可能要受到更多的银河宇宙线的辐射。但是，除了成天要待在天上的空乘人员需要对此进行留意外，旅客们在一般情况下不用担心银河宇宙线的辐射剂量会带来什么风险，因为我们日球层就是银河宇宙线的另一个屏障。

在关于日球层顶附近磁场观测的论文中，通过旅行者2号的探测数据，科学家们似乎发现了到底是什么结构将宇宙线挡在了日球层之外。

从日球层内到日球层外，磁场强度如科学家们预想的那样出现了约4-5倍的增加，而这个变化是通过一个过渡区域逐渐发生的。在穿过这个区域时，银河宇宙线的强度也发生了较大的增加。科学家们将这个过渡区域成为“磁场屏障”，正是这个屏障阻挡了能量较高的银河宇宙线进入日球层当中。

科学家们推测，磁场屏障有可能是日球层内外的磁场通过磁重联等相互作用，形成的一个复杂的动力学系统。

此外，旅行者1号穿越日球层顶时，探测到了出乎科学家们意料的一个情况：磁场方向在日球层内外没有发生太大的变化。旅行者2号的观测进一步证实了这个情况。

探究这个现象背后的原因，使得相关领域的学者们又有很多工作可以做了。

旅行者1号（红线）在穿越日球层顶前所观测到的两次银河宇宙线增强事件，分别位于Day280 和Day 300。蓝线为旅行者2号观测数据。旅行者1号的数据在时间上向后平移6.2年以方便与旅行者2号数据对齐。（参考来源：文献[4] ）

实际上，“磁场屏障”可能也并非铁板一块，在另一篇专门讨论宇宙线观测论文中，科学家们展示了旅行者1号在日球层内部所遇到的两次银河宇宙线增强事件。如同心跳的脉冲一样，这两次增强呈现的都是偶发性的短时快速变化。旅行者2号在日球层内没有遇到这样的事件，但其在日球层外观测到的宇宙线特性，与旅行者1号在日球层内所遇到的这两次增强事件中，宇宙线所呈现的性质一致。

这说明，宇宙线可能通过什么机制穿透了磁场屏障，可以短时少量的入侵到了日球层内部。

在日球层内部接近日球层顶的位置上，旅行者2号能够正常工作的等离子体谱仪，让科学家们发现了两个边界层。第一个边界层比较靠内，厚度也相对较大，有1.5个天文单位。从太阳表面一路奔驰到日球层顶附近的等离子体，在这个边界层中的密度和温度开始增大。在紧靠日球层顶的地方，另一个厚度只有0.06天文单位的边界层中，等离子体远离太阳的速度呈现降低的态势。

这与旅行者1号观测到的情况有所不同。旅行者1号观测到了等离子体在到达日球层顶之前就停滞了的现象，而旅行者2号观测到的则是在第二个边界层之前都持续保持昂扬向前姿态的等离子体。

更多问题有待揭示，但我们会在2025年与旅行者们失去联系

本次公布的结果再次表明，日球层顶并非像气球的外皮一样，是日球层与星际物质的简单分隔。无论是在星际空间还是在日球层内，在靠近日球层顶的地方都存在着复杂的相互作用过程和动力学结构。

同时，虽然旅行者1号和旅行者2号兵分两路，分别对黄道面以南和以北的日球层顶结构进行了探测，但这对于勾勒出日球层的完整结构还远远不够。例如，两艘探测器所穿越日球层顶的方向，都是日球层与星际物质迎面相遇的那一侧。而在另一侧，日球层顶到底呈现怎样的形态？尚无定论。有学者认为，如果星际物质中的磁场占主导地位，那么整个日球层将呈现出椭球状的形状。反之，如果是星际物质的动能或内能占优，则日球层顶的另一侧很可能会像彗星一样，拉出长长的尾巴。

此外，令人悲伤的是，由于为两艘旅行者号探测器供电的同位素电池的电量已经近乎衰竭，科学家们可能在明年就不得不关闭所有的科学仪器，无法再产生新的科学探测数据。而到了2025年，电池输出的电能已经无法支撑旅行者号飞船最基本的运行和通信。那时，我们将不得不中断与两搜探测器的联系，再也听不到这两艘已经离家几十年的孩子在星际空间中向地球家园的呼喊。

旅行者号40周年纪念海报。（图片来源：NASA）

遥感探测在努力弥补实地探测数量不足的遗憾

除了到日球层顶顶进行实地探测外，科学们也能通过遥感探测来探索日球层顶的秘密。

目前，正在地球附近工作的NASA"星际边界探测器"(IBEX)通过收集不同能级的高能中子来对日球层进行成像观测，这些高能中子产生于太阳风和星际物质在日球层边界上的相互作用。通过记录不同方向上射来的高能中子的通量差异，IBEX的数据能够使科学家们了解不同方向上太阳风与星际物质相互作用的强烈程度。

然而，遥感探测与实地探测能够互相配合和促进，却不能彼此替代。我们仍然需要派遣更多的“探测队员“，才能更好的了解日球层的性质。这不但可以增进我们对所处的太阳系的了解，所得到的结论还能进一步推广到我们无法实地探测的宇宙中其他天体系统中。

遗憾的是，在旅行者1号、2号之后，尚无明确的日球层顶探测计划。造访过冥王星的NASA新视野号，搭载的仪器并非为日球层顶探测量身打造，目前也尚不清楚其探测器寿命和运行资金能否支持她继续进行日球层顶的扩展探测。

IBEX数据绘制的高能通量分布图。（图片来源NASA ）

今年年初，《中国科学·信息科学》期刊刊登了我国学者对太阳系边际探测的设想与计划。

这些学者中既有来自航天工业部门各个单位的工程师学者，又有来自北京大学、中科院等单位从事空间科学基础研究的学者。在这篇论文中，我国学者将太阳系边际探测的目标划分为100天文单位的近期目标和1000天文单位的远期目标，分别设想在2049年前后和本世纪末实现。在近期目标的探测中，他们提出了日球层鼻尖、日球层鼻尖反向和日球层极区这三个探测方向，而这三个方向既是两艘旅行者号飞船尚未探测的盲区，又是建立起日球层完整图像的关键区域。当然，宏伟的目标还需要突破提一系列关键技术，让探测器能够寿命长、飞的快、省燃料，与地球的通信不断线，运行中的小问题能够自主解决，探测到的科学数据精确可靠。

我国学者提出的基于核反应堆的探测器构型图。（图片来源：文献[7]）

令人感慨的是，在两艘旅行者号飞船发射时，我国才刚刚拥有了发射卫星的技术，国家的技术实力和综合国力也远达不到支撑这种复杂深空任务的程度。而在今天，随着嫦娥探月工程和火星探测工程等诸多深空探测任务的计划和开展，也许用不了多久，我们就可以开始期待更高难度的深空探测任务，比如，去往星际空间。

有关文献：

[1] Strauss, R. D. T. Voyager 2 enters interstellar space. Nature Astronomy (2019)

[2] Gurnett, D. A. and Kurth W. S. Plasma densities near and beyond the heliopause from the Voyager 1 and 2 plasma wave instruments. Nature Astronomy (2019)

[3] Burlaga, L. F. et al. Magnetic field and particle measurements made by Voyager 2 at and near the heliopause. Nature Astronomy (2019)

[4] Stone, E.C. et al. Cosmic ray measurements from Voyager 2 as it crossed into interstellar space. Nature Astronomy (2019)

[5] Richardson, J. D. et al. Voyager 2 plasma observations of the heliopause and interstellar medium. Nature Astronomy (2019)

[6] Krimigis, S. M. et al. Energetic charged particle measurements from Voyager 2 at the heliopause and beyond. Nature Astronomy (2019)

[7] 吴伟仁 等，太阳系边际探测研究，中国科学：信息科学（2019)，49（01）：1-16

出品：科普中国

监制：中国科学院计算机网络信息中心

编辑于 2019-11-05



【088、搜尋外星文明計劃找到了什麼？】


2019年06月29日編譯

世界上最大的搜尋外星人訊號的專案「突破聆聽」（Breakthrough Listen）至今已得到逾1拍位元組（petabyte，10的15次方，相當於一百萬GB）的資料，不過該專案才剛剛開始。

「突破聆聽」專案使用無線電和光學技術，在過去三年裡觀測了離銀河系較近的1300多顆恆星，篩選和判斷可能來自外星文明的訊號。

多年從事搜尋地外文明（SETI）工作的資深研究員Jill Tarter告訴美媒Axios：「如果把人類有能力搜尋的太空範圍比作地球上大海的體積，那麼人類自上世紀60年代起至今，不過才搜尋了『一浴缸』這麼點範圍的海水。」

「突破聆聽」專案由以色列-俄羅斯雙國籍富翁Yuri Milner於2015年建立，投資1億美元，打算搜尋100萬顆恆星、100個鄰近星系，尋找任何可能來自外星文明的訊號。這個專案預計需要十年時間。

今年6月18日，該專案公開了其目前為止找到的所有資料，是世界同類資訊釋出中最大量的一批。

無線電方法難度將更大

掃瞄來自太空微弱的無線電訊號本來就很難，需要高敏感度射電望遠鏡。隨著現在大量群陣衛星專案的啟動，這種掃瞄太空搜尋無線電訊號的方式未來難度可能會越來越大。

SETI研究所的Seth Shostak對這種方法不是很樂觀，他告訴Axios：「有可能我們所處的位置根本就收不到任何訊號。可能（外星文明）訊號有很多，但是我們都收不到。」

其它方法

很可能其它搜尋外星文明的方法更容易、更有可能找到外星生命。

上週，美國宇航局（NASA）的好奇號（Curiosity）探測車在火星上找到了甲烷，這很可能是火星上存在微生物的線索。

科學家也希望將來調查有著豐富水資源的衛星，如土衛二（Enceladus）或木衛二（Europa）上存在微生物的可能性。這兩個衛星目前被認為「很可能存在生命」。

NASA的下一代望遠鏡將有觀測遙遠行星上更多資訊的能力。

「找不到」是受限於人類技術水平

儘管探尋外星生命耗資大、難度高，但是美國以及其它國家仍不斷增加投入。科學家已經意識到，我們找不到外星文明，可能是受限於人類的技術能力。

「突破聆聽」專案的科學家Danny Price說：「我一直認為，搜尋地外文明（的成果）是人類文明能力的反映，我們能夠找到的東西受到我們自身技術的限制。」



【089、太空电梯】


太空电梯（Space elevator）是人类构想的一种通往太空的设备。与普通电梯类似，不同的是，它的作用并不是让乘客往返于楼层之间，而是将他们送入距地球约3.6万公里的一座空间站。

随着人类太空探索步伐的加快，科学家考虑设计一种太空电梯，实现外太空和地球之间更便捷的物资交换。

产生背景

太空电梯的概念是由著名的火箭科学先驱者齐奥尔科夫斯基(Knostantin Tsiolkovsky，父亲是波兰人)设想了一个建立在巨塔顶端的“天空城堡”（或许圣经里的巴别塔更早，不过那里没电梯）。

真正从技术角度描述了这个问题的是阿瑟·克拉克。据英国《每日邮报》报道称，科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)中曾描写过太空电梯的构想，人们可乘电梯去太空观光并运送货物。

太空电梯的主体是一个永久性连接太空站和地球表面的缆绳，可以用来将人和货物从地面运送到太空站。太空电梯还能用做一个发射系统，因为太空电梯必然被地球带动旋转，而越高的地方速度越快，所以将飞船从地面运送到大气层外足够高的地方，只要一点加速度就可以起航了。或者用太空电梯把零部件带上太空站，在那里组装。

太空天梯计划

最早提出太空天梯设想的人是俄罗斯著名学者齐奥尔科夫斯基，他的父亲是波兰人。他提议在地球静止轨道上建设一个太空城堡，和地面用一根缆绳连接起来，成为向太空运输人和物的新捷径。

所谓地球静止轨道，是因为当在该轨道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度绕地球运行时，正好与地球自转的角速度相同，故从地面上看去，好像固定在太空中不动一样，因此才被称为地球静止轨道。正缘于地球静止轨道的这种特殊功能，齐奥尔科夫斯基才提出在它上面设置一个太空城堡，垂放一根缆绳锚在地球赤道上，就可成为通向太空的天梯。这架梯子可以笔直地通向静止轨道，在无外力影响时它不会弯曲，能成为通往太空的运输线。

据俄罗斯《真理报》报道，“太空电梯”——这个世界上独一无二的设想将在最近几年有突破性进展。受欧洲太空署委托，俄罗斯萨马拉太空大学的科学家一直在研究建造这种可以把许多物品从国际空间站送回地球的装置。

报道称，俄罗斯萨马拉城的科学家已将“太空电梯”的研究工作进行到工作收尾阶段。这部“太空电梯”的主要工作原理其实并不复杂，装有货物的太空舱通过一根30公里长的特别牢固的缆绳送回地球。虽然缆绳很长，但其重量不会超过6公斤，需要用特别材料制成。当其进入大气层后，缆绳会燃烧，而货物则接着依靠气球继续缓缓地落向地球。

美国

1970年，美国科学家罗姆·皮尔森进一步完善了太空天梯的设想。1999年，美国宇航局马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯：太空的先进基础设施》一文，标志着天梯将从幻想走向现实。

2004年6月30日，在华盛顿召开的第三届国际天梯会议上，专家们对天梯这一宏伟构想进行了探讨。时隔仅仅9个月，2005年3月23日，美国宇航局正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。以研究天梯而著称的西弗吉尼亚州费尔蒙特科学研究所的布拉德·爱德华兹博士在论文中写道：“天梯可以使人类历史实现跳跃性的发展。”他认为自己构想中的初版天梯可能在2019年问世，其成本大约为70亿~100亿美元，与人类其他大型太空工程相比，这项费用并不算太大。

美国工程师欲打造太空电梯

太空天梯一旦建成，就可昼夜不停地开展运输工作，把旅游者和货物送入太空，并大大降低运送费用。如今火箭发射或航天飞机运送每公斤有效载荷约需2万美元，而太空天梯运送每公斤物品仅需10美元，从而能够推动空间技术实现跨越式发展。

在月球上建天梯

2012年，由美国航空航天局前工程师迈克尔-莱恩创办的电梯港集团公司宣称，由于在月球上建太空电梯比在地球上建更容易，所以该公司可用现有技术在月球上建造一座太空电梯，并表示这一想法能在8年内成为现实。

“大约在六个月前，我们的研发工作取得了根本性突破，我们认为这一突破将改变人类文明”，前美国国家航空航天局工程师、现任美国电梯港集团总裁迈克尔·莱恩表示，这个突破性的进展可以让他们借助现有技术，让搭载人造卫星的火箭进行月球单程之旅，以及成功建造能够在月球使用的太空电梯，而这一想法可能在八年内实现。

据报道称，该公司开发的“太空电梯”系统，计划首先利用缆绳测试该系统，然后才推出月球系统。该公司研究人员最终希望使用一个“太空电梯”把月球和空间站连接起来。为了实施这个庞大的计划，他们在网上发起了一项集资活动，希望为月球“太空电梯”筹得第一笔资金。资金主要用于创建一座与地面相连的悬浮球载平台，这样机器人可以借助它向空中上升1.2英里（约合2000米）。

2001年到2003年期间，莱恩先是与美国国家航空航天局先进理念研究所的团队合作，共同开发“太空电梯”。2003年，他加入电梯港集团，通过实验实现了让机器人在悬浮球载平台的帮助下向空中上升了1英里（约合1600米）的试验。

由于经济危机的影响，该公司在2007年到2012年期间曾被迫关闭，很多人已经离开并参与到其他项目的研发当中。莱恩说，他们正在培训一个新的合作团队。据了解，该公司进行一年的可行性研究至少需要300万美元。

该公司希望，如果这项技术成功的话，也可以应用在地球上的其他领域。比如，它们还可以在地球上充当廉价的通讯塔，以帮助提供无线网络、监控农作物生长、预防森林火灾，若在上面安装摄像机，人们还可以借助它来观测一些自然灾害的后续情况。

日本太空电梯计划2050年完工

日本建筑公司大林组计划建造一部太空电梯，将游客送入距地面约合3.6万公里的太空。太空电梯的缆绳将与太空中的一座空间站相连。根据大林组的计划，太空电梯梦想有望在2050年成为现实。

日本大林所设计的太空电梯缆线，全长为地球到月球距离的大约四分之一，这相当于9.6万公里。电梯缆线固定在地球地表一个定点上，另一头系着一个起平衡作用的铅坠。电梯电缆的中间部位是一个太空站，该太空站内将建设实验设施及居住的空间。据介绍，升降机每次可以同时搭乘30名游客升入卫星空间站中，让他们有机会“站”在太空中欣赏宇宙美景。据悉，升降机需要花费一周的时间才能到达空间站，但乘客们基本不需要接受任何太空旅行方面的训练。

该太空电梯被命名为“东京天空之树”，高2080英尺。这座高塔还将作为一个数字广播天线，陆续不断地吸引东京以及更远地区的太空观光游客。Satomi Katsuyama说：“我们的专家对建筑、气候、季风和设计等方面进行了综合分析，他们表示这座太空电梯具有一定的可行性。”

日本研制太空电梯

2012年，日本的大林组建筑宣布预期在2050年就能完成一个“天梯”的建造项目。这个项目能将乘客带到3.6万千米的高空太空舱俯瞰地球，而电梯的总建造高度将达到9.6万千米。

2012年，大林组首次完整提出“天梯”计划，为此他们邀请所有日本的大学参与进来，共同研究“天梯”所需要的技术。大林组自信能在2025年开始建造太空电梯。“天梯”需要轻而耐重的材料，纳米管就是极佳的选择，然而技术障碍是大林组还不能造出足够长度的纳米管，能造出的只有三厘米长。预计每个电梯厢能装下30名乘客。但是“天梯”项目到底能不能创收是未知数，“天梯”维护计划也没有出台。 

日本建筑业巨头大林组公司表示，“太空电梯”将在2050年之前竣工，能把人抬高9.6万公里，直接进入太空。届时，每个电梯间能坐30个人，在磁力线性发动机的推动下向上爬升7天，就能从地面直接到达在太空中新建的空间站。另外，“太空电梯”的费用还不到航天飞机的一百分之一。要知道，航天飞机平均运送1公斤货物耗资2.2万美元，相对而言，“太空电梯”仅花费200美元。

日本“太空电梯”图

专家们曾于2012年召开研讨会，肯定了“太空电梯”的可行性，同时认为，这样一个庞大的项目必须通过国际合作才能实现。而一旦有了“太空电梯”，人们就不必完全依赖航天飞机了。

大林组公司的研发经理表示，“太空电梯”的梦想之所以能够实现，得益于碳纳米技术的发展。“纳米材料的抗拉强度几乎比钢铁高出100倍……我们还做不出来那么长的纳米缆绳，最多只能做到3厘米……但是在2030年之前应该能够做到。”另外，日本神奈川大学的研究团队负责机械电梯间的研发工作，致力于改善升降以及刹车系统。 [3] 

日本科研团队的目标是2050年建成太空电梯，届时将乘客带到3.6万千米的高空旅行。 [4] 

电梯结构编辑

基座

基座基本上是在赤道上，因为这样从地球同步轨道上垂下来的距离最短。基座有提出固定式和漂移式两种选择，其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施（发电器材、指挥所、太空港），但漂浮式的，无论是海上的大型平台甚或是平流层中的大型飞行平台，都有借移动来躲避不良气候或太空杂物的可能，因此也有不少支持者。

缆绳

事实上称之为(缆带)可能更合适，因为如今的设计都倾向于使用一条扁长，像录音带那样的带子做为主缆绳。这条缆带也不会是从头到尾一样粗的 -- 据计算在地球同步轨道处缆带所承受的拉力最强，因此这地方会最粗，然后向两边变细来节省重量。缆带的材质问题是阻挠太空电梯发展的最大因素，人类已知的材料硬是没有一种能达到太空电梯所求的强度/重量比。最有希望的材质是碳纳米管，可是虽然个别碳纳米管能耐的张力已经达到承载太空电梯的标准，但拉成缆带后就无法维持这样的耐力了。不过倒也不必太担心：碳纳米管已经注定是未来一个极重要的研究方向，因为它的用途实在太多太多了。一但材料科学的研究以及大规模的生产起来，缆带终究会有解决的方案的。

电梯舱

电梯舱是在缆绳上爬的那个部份。太空电梯毕竟不是传统电梯，从天上垂一根超长的绳子下来把电梯吊上去是不太可能的 -- 电梯要自已想办法爬上去。最简单的方法是在电梯上装马达，带动夹着缆带的一组轮子转动，从而取得向上的动力。马达的电源可以从缆带上取得，或用装在电梯舱上的发电机，但这两种都会增加重量。比较省重量的方法是在电梯舱上装两片反光板，然后从地面发射激光将电梯舱「射」上去 。这 听起来很科幻，但实验表明，这其实是个可行的方案，只要激光够大能量。

太空站

太空电梯

最后，是在缆绳另一端的太空站。太空站是必须的，因为要抵消缆绳的重量。事实上，意想中的太空站不是放在同步卫星轨道上，而是更高一点点的位置，因为整条缆绳加太空站全体的重心要放在地球同步轨道上才不会发生偏离。太空站的建造会相当麻烦，因为随着缆绳的加粗，太空站的位置要不断地调整。但一切顺利的话，到最后太空站除了可以当平衡锤之外，还可以当作人类前往其它星球的发射台呢！

美国的太空电梯竞赛已经三次以无人达到标准（每秒两公尺的上升速度）告终，但美国很认真的要继续推动这个技术的发展。日本则是投入了 73 亿美元发展自已的太空电梯技术，希望能在这个领域取得领先。谁先造出第一部太空电梯，几乎就等同于赢得了殖民外层空间的门票，因此可以想象当技术进步到一定程度之后，一定会引发新一波的太空竞赛。

主要用途

根据科学家们的设想，太空电梯应该是一条从距离地面3.6万公里的地球同步卫星向地面垂下一条缆绳至地面基站，并沿着这条缆绳修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船，往来运输物资。

太空电梯可以搭载包括大型太阳能发电机、核废料等各种物品，还可以载人。更重要的是，太空升降舱上天不需要携带大量燃料，预计所耗能量不过为宇宙飞船发射的1%。英国的一项测算显示，用太空升降舱运送一个人和行李的费用仅相当于常用航天飞机运送费用的0.25%。

在进入太空探索时代后，造“太空电梯”是人类长久以来的梦想，每发射一次太空飞船所需的惊人费用让科学家重拾“太空电梯”的理念。在宇宙空间里建造超长的“太空电梯”，用车厢将货物运送到太空站或者空间基地，可以大大节省人类太空探索的成本。利用“太空电梯”运送游客，还能发展太空旅游业。电梯会携带太阳能发电系统，这样发出的电能不仅能支持电梯本身，多余的还能为地球供电。“天梯”还能当做信号发射塔，传输讯息。 [2] 

从上电梯后到3.6万千米的高空要花去7天的时间，即便每个电梯厢都在以200千米一小时的速度运动。对比之下，一架太空飞船的飞行速度能达到2.8万千米一小时，“天梯”走7天的距离太空飞船一个多小时就能走完。 [2] 

基本特点

太空电梯可以重复使用，由在轨基地的太阳能电池板供电；这种交通方式，是一种将人类和货物送入太空的低成本方式。

1、游客无须进行任何训练；2、电梯可重复使用；3、成本低。4、选择搭乘太空电梯这种方式，游客无需预先进行任何训练，让空间站成为一个真正意义上的度假胜地。

工作原理

通过升降舱工作：最多容纳30人，时速201公里；太阳能提供电力；7天左右就可抵达。

美国《大众科学》杂志的丽贝卡·博伊尔表示，太空游客将搭乘类似电梯车厢的升降舱进入太空，升降舱系在碳纳米管制造的缆绳上；太空电梯缆绳全长为地月距离的四分之一，约9.6万公里，与太空中的一个配重相连。。根据大林组的初步计划，升降舱可容纳30名游客，时速约合201公里。

安装在轨道站上的太阳能电池板负责为太空电梯提供电量。搭乘这种电梯，游客需要一周多时间便可进入太空。 [5] 

衍生问题

有专家曾经指出，纳米碳管还只是毫米级制品，距实用差距甚远；向3万多公里外的太空发射各种电梯建设材料花费巨大；这种“太空电梯”一旦因严重事故崩塌，空中和地面的损失也将十分惊人。专家们认为，面对这些难题，“天空电梯”短时间内恐怕很难开工。

还有，当太阳风向太空电梯施加压力时，来自月球和太阳的重力作用将使绳索变得摇摆不定。这将有可能使太空电梯摇摆造成太空交通障碍，太空电梯也可能会碰撞上人造卫星或者太空垃圾残骸，这样的碰撞将导致绳索断裂或太空电梯失事。为此，太空电梯必须在内部建造推进器，以稳定太空电梯致命的摇摆振动，但这又将增加电梯建造的难度和建造维护成本。



【090、太空度假12天 你想住空间站酒店吗？】


BBC 2019年4月3日

世界上第一个围绕地球轨道的太空酒店“极光空间站”（Aurora Space Station），就是为了引爆旅游世界。去年4月，在加利福尼亚州圣何塞（San Jose）举行的太空 2.0 大会（Space 2.0 Conference）上，该酒店的官方通告正式发布。在这个大小和大型私人喷气式飞机差不多的结构体里面，旅客可以在地表200英里之上遨游太空，尽揽这颗星球的壮丽景色以及南北极光。

但这是花销不菲的旅行，预定在2022年进入轨道运行的极光空间站，一趟12天的旅程起价每人高达950万美元（730万英镑）。不过公司表示，预定入住的旅客人数已经排满了7个月。

法兰克·巴格（Frank Bunger）是开发极光空间站的公司 Orion Span 的创始人兼执行官。他表示：“我们极光空间站的体验其中之一是要让人们体会职业宇航员的生活，但是我们期待大多数旅客会望向太空酒店的窗外，并与每一个他们认识的人通话；如果旅客们玩倦了，我们还有一个称为‘全甲板’的虚拟实景体验。此时，你可以做任何你想做的事情，比如你可以在太空中漂浮，或在月球上漫步，你还可以打高尔夫球。”

把极光空间站想象成与国际空间站（ISS）想象类似，规模较小但却更加豪华奢侈，相似之处在于：极光空间站的访客（4位旅客配两名工作人员）也是睡在的绑紧的睡袋里，吃的是冷冻干燥食物，所有旅客都得经过发射升空前的严格的健康筛检，而前往极光空间站的旅程本身也要受引力的 3G 所制约。

除了可以观赏恒星并回望地球之外，可以预料的是，极光空间站酒店的访客将会用一部分时间来跟进微重力实验，比如种植作物，就像现在工作人员在国际空间站中所做的那样。但也会有一些区别：水会由每一批旅客从地球带过来，而不是如国际空间站的宇航员那样用自己的尿液进行加工处理。

科学界中的许多人认为，这是人类接下来不可避免的伟大跨越。但是古话常说要三思而后行；以目前技术水平来看，就算是说民用太空旅行尚处于萌芽阶段也几乎是一种夸大之词，过高估计了这一技术的先进程度。虽然媒体大肆吹捧极光空间站酒店，但专家们却对此谨慎得多。

瑞士圣加仑大学（University of St Gallen）旅游及交通研究中心的莱塞尔（Christian Laesser）这样表示，“我的意思是，极光空间站是一个很棒的玩意儿，但是这个项目能否实现还是个未知数。”

“眼下的太空旅游领域，现实、骗局和科幻小说鱼龙混杂，这令人们很难辨别现实与愿望，”安柏瑞德航空大学（Embry-Riddle Aeronautical University）的格利希（Robert A Goehlich）补充说。他在该大学讲授世界上唯一的太空旅游课程。

他俩一致认为太空旅游已经确有其事。太空旅游始于 2001 年，当年美国人提托（Dennis Tito）支付给俄罗斯空间站（Russian Space Agency）2000万美元到国际空间站旅行了7天。一些国家已经在为这一行业的未来做准备工作；例如，10个商用太空船发射降落场已经在美国多地开始动工兴建。斯塔默（Eric Stallmer）是商业航天联盟（Commercial Spaceflight Federation）的主席，也可以说是极光空间站最大的支持者。他指出，美国已经以《商业太空发射竞争法》（Commercial Space Launch Competitive Act）的形式列明了规章制度，该法案于 2016 年获得通过，解决了太空旅游的债务、赔偿、责任方和风险等方面的问题。

少数富裕的旅行者已经成功付费游览国际空间站——格利希和莱塞尔两个人都不是爱唱反调的人，但是两人都对民用太空旅游公司能否实现计划，以及如何实现抱持观望态度。仍然有待确定的是民用航天器的安全和工程标准。巴格表示，采用更新的技术、更简化的系统以及更小面积（因此可避免更多的微流星体碰撞）的极光空间站比国际空间站更为安全，但即便如此他还是承认，不到发射升空的那一刻，没有人能够为此做出保证。

但这也引出了一些更大的而且尚未解决的问题，即极光空间站要在哪里发射，以及旅客们返回地表后会在何处被接收。

此外，在这一行业里，设立确定的日子无异是为了让人深感失望。维珍银河（Virgin Galactic）在去年12月首次进行了成功的太空往返试飞，但进度仍然晚了9年。美国太空探索技术公司（SpaceX）和蓝源公司（Blue Origin）仍在测试飞行器；而 XCOR 航空航天公司（XCOR Aerospace）则在 2017 年宣布破产。极有可能的是，各种等候名单上年纪长一点的候选旅客可能会因为年龄渐长而退出，或者因健康状况被排除在外。极光空间站的舱体本身在今年晚些之前甚至都可能不会动工修建。

接下来的就是健康问题。拿极光空间站来说，舱体长度达43.5 英尺、直径达 14.1 英尺，而且窗户并不像你想象的那样可以打开，罹患幽闭恐怖症，甚至轻微幽闭恐怖症的人们对此应该三思而后行。原因在于，包括人体体液在内的物体往往会在低重力环境中往上升，因此旅客们自拍时应该有心理准备，因为体液上涌，你自拍结果将是有损形象的“满月脸”。此外，还有一个额外的好处要送给旅客，那就是胃部因适应失重环境而产生的反胃，头晕和呕吐。

长期暴露在零重力环境中会削弱骨骼，并从根本上改变眼球结构，程度之重足以影响视力；在反重力条件下只待12天的旅客则可不必担心，尽管工作人员肯定会受影响。令人高兴的是，微重力并不会对月经造成负面影响（尽管卫生用品存放和有限的洗涤用水等问题可能会促使女性宇航员服用药丸）。由于所涉动力学的缘故，美国国家航空航天局要求宇航员禁绝性事，如此一来，这样太空之旅也就少了一些罗曼蒂克。

诸如美国太空探索技术公司 Space X 等私营公司仍在测试航天器，不过尚未准备将人送入太空——更让人害怕的是，进入太空舱的带电粒子可能会损坏你的遗传基因。尽管航天器处于隔离密闭状态，但并不能完全抵抗这些宇宙射线。宇航员过去曾报道见过闪光，研究人员猜测这是宇宙射线冲击到宇航员的视神经或者脑部视觉皮质所致。

格利希警告说，“这是一项太空任务，而且是商业载人太空任务，你不能抱持着‘我们试一下看能不能行’的这种态度。”格利希警告说，“你需要确保宇宙飞船的安全运营和环保运营，并最终成为有经济效益的运营。”

但莱塞尔认为太空旅游是大势所趋，并指出极端的环境只是延缓了这一探索，而并没有阻止其探索。他表示，“如果你回到30年前，去南极洲是不可能的，但是现在很多人在去南极洲旅游。我们拥有了这些新的领域，太空只是最新出现的一个，而且它是可以开放的。”

然而，太空到底何时会开放呢？没人能够确定。



【091、中俄太空“危险的接近”引发关注：太空垃圾触目惊心怎么办】


BBC 2020年10月16日

自从人类开始进入太空探索以来，一个无法回避的问题日积月累，变得越来越危险，那就是太空垃圾之多触目惊心，构成安全威胁。

距离地球1千多公里开外的高处，两枚在太空自由浮游的太空垃圾向彼此靠拢，距离越来越近。

一枚是久已退役废弃的俄国卫星，Kosmos-2004，残破不全，另一枚是完成了使命的中国长征号火箭残骸，它们之间一度只相隔25米，甚至更近。

如果相撞、“熊抱”，将产生更多太空金属片块，散落到空中自由飘荡，在这个高度的空间长时间停留。

对这类太空垃圾的追踪研究发现，它们一般重量超过2.5吨，相对速度接近每小时15公里，相撞的后果被认为是灾难性的，而且会制造出更多太空垃圾。

这个高度的太空碎片对正在运行的卫星和空间站构成了无法忽视的威胁。

从地面追踪太空垃圾的美国硅谷新兴企业LeoLabs见证了俄国废弃卫星和中国火箭残骸10月中旬这次危险的近距离相遇过程，发现两者最后擦肩而过。

那个时段它们下方是南极洲。LeoLabs说南极洲没有见到碎片迹象，而且仍可追踪到在空中飘游的这两砣金属。LeoLabs用自己开发的雷达网络提供轨道测绘服务。

得克萨斯大学奥斯汀分销的天体动力学家莫利巴·贾（Moriba Jah）博士和在业内享有盛誉的咨询公司航空航天公司（Aerospace Corporation）估算的结果显示，Kosmos-2004和长征火箭的残余只是隔着大约70米距离打了个招呼。

太空垃圾触目惊心

太空垃圾日积月累，近地轨道上拥堵状况严重，10年前已有科学家疾呼接近极限，安全隐患触目惊心。

太空垃圾主要指废弃的卫星残骸和其他没有彻底焚烧的金属碎片。目前估计有大约90万片大小介于指甲盖到保龄球的太空碎片，在近地轨道高速运行。

它们对卫星、火箭、空间站构成极大威胁，平均每年有一颗卫星被太空碎片击毁。

随着越来越多的卫星升空，与太空垃圾相撞的可能性越来越大。除了已经在天上的几千颗商用、军用和科研卫星，今后几年还有数千枚将陆续升空。

根据欧洲航天局2020年10月发布的年度太空环境状况报告，过去20年中，平均每年观察到12起太空垃圾事故，包括废弃的航天器和火箭上剩余的燃料及电池引起的轨道爆炸。这类事故呈不断增多趋势。

太空碎片相撞并引发连串撞击，导致卫星运行轨道整体污染，即“凯斯勒效应”，也是一大威胁。

2007年，太空碎片数量激增，因为中国在一次反卫星装置试验中有意击毁了“风云-1C”气象卫星。两年之后，美国“铱33”通信卫星与俄罗斯报废的“宇宙2251”卫星发生碰撞。这两次事件都在很长一段时间内产生持续性的后果。

美国国家航空航天局（NASA）数据显示，目前地球轨道上的人造物质总量超过7600吨；美国空间监视网（SSN）正在跟踪2万多件体积较大的残骸碎片。

专家们指出，目前太空垃圾中很大一部分是前苏联时代的泽尼特火箭残片。

美国国家航空航天局在实验室以最高1700英里/小时的速度射出碎片，对试验板进行测试——清理太空垃圾的努力过去几十年来一直没有间断，但普遍认为这方面仍面临重大的技术和经济挑战。航空航天大国之间围绕谁制造更多太空垃圾的争执还在继续，而相关的国际共识或法规有待制定。

同时，有分析指出，到2035年太空碎片监控和追踪市场将达到1亿英镑规模。

追踪太空碎片的传统方式包括雷达和光学仪器。

美国空军的“太空篱笆”项目就是使用雷达来跟踪大约20万件太空垃圾。

2014年8月，美国军工巨头洛克希德-马丁公司和澳大利亚光电技术公司EOS签约，合作追踪太空碎片，用关穴和激光技术搜寻、跟踪并识别太空残骸，合作内容包括在澳大利亚新建追踪站。

2017年12月，国际空间站实验舱外连接了一个工具箱大小的碎片感应器，随空间站围地球轨道运行，探测毫米级碎片，以及碎片撞击所有物质的数据，辨别撞击物是太空陨石还是人造垃圾。

另一个太空大国俄罗斯，与巴西签署设置新的太空碎片追踪望远镜协议。

除了政府层面的项目，私营部门也越来越多参与太空垃圾检测追踪，包括设立或运营地面感应器系统和太空望远镜网络，并向卫星运营机构出售相关数据。

掌握碎片行踪后就可以通过改变碎片的运行轨迹来避免撞击，但碎片数量巨大，防范难度较高，且难以对付所有的碎片垃圾。

多个国家和一些私人公司正在测试多种移除太空垃圾的方法，其中包括发射捕捉太空垃圾的“鱼叉”捕捉器、磁铁和大网等。

欧洲2018年6月发射卫星，测试太空垃圾清理回收的可能性。测试的关键技术包括：视觉导航系统、捕捉碎片的网和叉、迫使碎片减速后脱离轨道坠入大气层的装置。

这项称为REMOVEdebris任务的协调机构是位于英国南部的萨里太空中心。

“太空鱼叉”可以击碎较大的太空垃圾，尺寸与钢笔相仿。击碎的垃圾通过垃圾搜集网和脱轨装置进入大气层自行焚毁。

如果REMOVEdebris装置获得成功，欧洲后续将启动更多的任务，也希望商业机构后续跟进参与。

欧洲航天局选择报废的卫星测试通过e.deorbit航天器将不受地面控制的物体安全地清除出绕地运行轨道。

航天器上安装了感应器，以便安全接近卫星，与国际空间站等受控制的物体对接。

2018年英国太空清理舱上天

清除残骸（RemoveDebris）实验卫星项目由英国萨里太空中心协调

2012年 2月，瑞士科学家启动清理太空垃圾卫星计划，“清洁太空一号”(CleanSpace One )卫星的任务是在环绕地球运行的过程中收集轨道上的太空垃圾，然后携带垃圾返回地球，而返程中这些垃圾会在大气层焚毁。

2016年，日本发射“鹳”号货运飞船，为国际空间站运送给养的同时，测试清除太空垃圾技术。

飞船在太空飞行途中释放出一条金属导索，使其吸附到太空垃圾的表面，通过金属导索向其放电，利用物体在磁场中通电后会发生运动的原理，让其减速。在低于围绕地球旋转所需的速度后，坠入大气层，与大气层摩擦烧毁。

欧洲航天局计划在2025年发起首次清除地球轨道碎片垃圾的太空任务。

英国太空署希望英国企业积极参与太空垃圾追踪市场，目的是吸引更多卫星运营商到英国落户。



【092、太空人在太空種生菜，好吃又健康】


愛范兒 2020 年 03 月 15 日

如果你曾有幾天買不到新鮮蔬菜（或不會煮飯），連續吃了一段時間速食，也許你能想像生活在太空的太空人有多想要「吃草」。

太空人的主要食物都是加工包裝食物，正如大家都能想像，都不怎麼好吃。

如果你儲存冷凍食物太久，品質、口味和營養都會下降，維生素都會變少。如果太空人覺得食物難吃，他們就會吃更少，攝入營養也更不足。很多太空人的體重都下降了。

Gioia Massa 說，她是 NASA 負責生菜種植計畫的首席科學家。如果未來要前往火星或其他更長途的太空旅行，能讓太空人自己種蔬菜就更重要。

好消息是，研究過2014~2016 年寄回的太空種植生菜，科學家發現這些生菜不僅看起來很棒，且安全又有營養，基本上跟在地球種的差不多。

為了改善太空人的伙食，美國於 2014 年在國際太空站安裝了植物種植倉 Veggie，太空人開始種紅羅馬生菜（red romaine lettuce）。一般來說，這些生菜從種植到收成為 33~56 日。收割後，部分生菜會冷凍儲藏寄回地球，部分被太空人吃掉。

▲ 在太空站收菜的太空人 Peggy Whitson。（Source：NASA）

安全報告出來之前，太空人吃生菜前因安全考量，都會用消毒濕巾擦擦菜葉，因為在太空無法用水沖洗菜葉。

在失重環境下，我們習以為常的用水方式都會成為大挑戰。

除了無法洗菜，在太空站想幫菜澆水都很難：

因為我們很容易就澆太多或不夠。水可能會黏在土壤表面，塞在東西的孔洞裡，如果澆太多水，水流還可能還會沿著植物往上「爬」。

Massa 解釋。現有的 Veggie 植物倉裡，生菜並不是種在傳統土裡，而是在多孔陶瓷黏土裡，能將空氣和水分鎖在植物根部周圍。植物倉還裝了 LED 燈當光源，以及澆水系統，太空人得將水擠到管子裡，再由澆水系統灌溉。

▲ 太空站種植的白菜。（Source：NASA）

除此以外，Massa 認為在太空種植生菜，還能為太空人帶來心理正面影響。

接下來，NASA 還繼續測試研究種植更多其他蔬菜，如白菜、日本沙拉菜、番茄和胡椒。

看完這些，好奇的你也許很想來一句：「在哪裡才能買到太空菜？」我們在地球已經有太多好吃的東西了，別和太空人搶啦。

《紅酒的白藜蘆醇成分，可幫助探索火星的太空人保持肌肉強健》（台北 天文館  2019 年 07 月 26 日）报道：

以目前的科技，從地球到火星約需 9 個月。長期待在無重力或微重力環境，如果沒有外因影響，太空人的肌肉會持續萎縮，那麼，要怎麼保證當太空船抵達火星時，太空人還能站著進行日常行程和預定的科學工作呢？哈佛大學學者 Seward Rutkove 等最新研究指出：模擬暴露在火星重力環境下的實驗中，發現白藜蘆醇（resveratrol）可大致保持實驗鼠的肌肉質量和強度。相關論文發表在《Frontiers in Physiology》期刊。

在幾乎沒有重力的太空環境，肌肉和骨骼都會變弱。負重肌肉會最先開始受損且損耗最嚴重，例如小腿後側腳踝到脛骨的比目魚肌（soleus muscle）。只要在太空 3 個月，人類的比目魚肌就會萎縮三分之一，此外，還伴隨著負責肌耐力的慢速收縮肌纖維（slow-twitch muscle fiber）流失。火星表面重力只有地球 40% 左右，為了太空人能安全執行長期火星任務，勢必要提出適當緩解肌肉功能失調的策略，膳食可能就是關鍵對策，特別當太空人航向火星時，太空船內並沒有像國際太空站的運動器材，可供太空人鍛鍊肌肉和骨骼。

白藜蘆醇這種營養成分常見於葡萄皮和藍莓，現在已廣泛探究此成分在抗發炎（anti-inflammatory）、抗氧化（anti-oxidative）和抗糖尿病（anti-diabetic）等醫學領域的應用效果。Rutkove 等研究發現，白藜蘆純在模擬類似太空飛行微重力環境的卸載（unloading）期間，可保持太空鼠的骨骼和肌肉質量。所以，Rutkove 等推測每天服用一些這類成分，或許可幫助太空人在類似火星重力的環境下抵抗肌肉萎縮。

為了模仿火星重力環境，科學家沿用最初由 Mary Bouxsein 發展的老鼠進行實驗，他們把老鼠套上類似高空作業防墜用的全身式安全帶，然後用鍊條將關著老鼠的籠子吊在天花板上。共有 24 隻公鼠暴露在正常的負載（地球）或僅 40% 負載（火星），吊了 14 天之久。兩種情境中，各有一半公鼠按體重每天每公斤餵食摻了 150 毫克白藜蘆醇的水，另一半只餵食一般的水，其他食物都一樣。每週測量一次小腿周長和前爪後爪的握力，14 天後則分析小腿肌肉。實驗結果如下圖，其中 A 為小腿周長，B 為前爪握力，C 為後爪握力，D 為與首日比較的握力變化。

實驗結果非常好。如同預期，火星情境下的老鼠抓握力明顯減弱，小腿周長、肌肉重量和慢速收縮肌纖維等也都縮減了，但讓人覺得不可思議的是：有服用白藜蘆醇的火星老鼠前後爪握力，幾乎全部和地球情境未餵食白藜蘆醇的老鼠差不多。更甚者，火星鼠的比目魚肌和腓腸肌的肌肉質量完全沒變，慢速收縮肌纖維流失也減少了。所以，白藜蘆醇無法完全拯救肌肉流失狀況，但比沒有補充白藜蘆醇的狀況好太多了，且完全不影響一般食物的攝取量。

科學家下一步將繼續探索增加劑量後的母鼠和公鼠反應，確認對太空人在太空航行期間確實沒有影響，才會真的應用至太空飛行。

《太空也能製造人造肉？人類首次做出一塊「牛排」》（愛范兒 2019 年 10 月 11 日）报道：

太空也能製造人造肉？是的，考慮到人類的「無肉未來」，以色列食品技術公司 Aleph Farms 正在把人造肉延伸到更遠的地方。

在距離地球 339 公里的國際太間站，Aleph Farms 創造了世界第一塊實驗室種植的「牛排」。

實驗在 9 月 26 日進行，太空人將地球的牛細胞帶到太空，然後利用 3D 生物列印機，讓活細胞生長成小規模的肌肉組織。

這模仿乳牛體內的肌肉組織再生的自然過程，所以人造牛肉的質地和結構都和真實牛肉一模一樣。

科學家突破了極端的受控微重力環境，以最少的資源培育出實驗室「種植」的小型肌肉組織。

2018 年 12 月，Aleph Farms 已 2 週內透過實驗室的細胞生產出原型的「條狀牛排」，但他們承認「牛排」的口味還需要改善。

現在，他們正與俄羅斯公司 3D Bioprinting Solutions 合作開發技術，將來不僅能為太空人，還能為太空站每個人都提供太空漢堡等肉類食品。

畢竟，人類離無肉的未來也越來越近了。

除了一直專注於人造肉、人造魚的 Impossible Foods 公司、Beyond Meat 公司，漢堡王、賽百味，甚至肯德基和麥當勞都開始嘗試人造肉食品。

製造肉類替代品，現在認為是面對未來氣候危機和糧食危機不可或缺的方法。

有研究表明，食用人造肉，預計可以減少多達 96% 的農業溫室氣體排放。

發表在《科學》雜誌的研究還發現，為了減少溫室氣體排放和避免氣候危機，必須大量減少肉食和奶製品，這也是減少個人對地球環境影響最有效的方法。

研究建立了涵蓋 119 個國家／地區近 40,000 個農場、40 種食品的資料庫，結果顯示，減少肉類、乳製品的食用，不僅能減少溫室氣體，還能減少全球環境酸化、富營養化、改善土地和水資源利用等。

英國牛津大學的約瑟夫·鮑爾表示，措施的意義遠比減少航班或購買電動車要大，因為後者只能阻止溫室氣體排放。

這次成功讓牛細胞在嚴苛太空環境生長的試驗，也表明了製造人造肉所需的土地、水和其他資源都可以很少。Aleph Farms 的老闆 Didier Toubia 說道：「畢竟在太空中，我們可沒有 1 萬多升水生產 1 公斤牛肉。」

這也標誌我們朝未來食物願景邁出重要的第一步，Didier Toubia 補充：

這願景不僅能保證自然資源可持續增長，也將能確保子孫後代的糧食供應穩定和食品安全。



【093、太空如厕非易事：这个尴尬的难题至今困扰着航天员】


2021年04月16日 新浪科技综合

教授解释航天员如厕方式，科技进步，太空行走时也可以上厕所！

揭秘女宇航员在太空是如何上厕所的？看完女生的做法真的好尴尬——宇航员在太空中是如何喝水上厕所的？非常危险，一不小心就是灾难。

宇航员在太空船上，到底是如何上厕所的？答案你绝对想不到。

日本正研发一种工作原理很像高科技尿布的马桶日本正研发一种工作原理很像高科技尿布的马桶。

中国空间站核心舱发射在即。根据规划，今明两年中国将通过11次任务完成空间站基本构型的在轨组装建造，建好后届时安排4个乘组共12名航天员执行飞行任务。

由于在空间站中身体处于失重的状态，航天员生活起居都不方便，尤其是如厕问题，即使是训练有素的航天员，面对这个难题也很棘手。然而，对空间站设计者来说，这是一个严肃的科学问题。作为航天大国的美国、俄罗斯，此前为了解决航天员的如厕问题也煞费苦心。虽然投入了重金提高航天员如厕的便利度，但这个问题至今没有得到很好的解决方案。

撰文 | 庞之浩（全国空间探测技术首席科学传播专家）；责编 | 叶水送 

在太空生活中，最让航天员感觉麻烦的事莫过于上厕所，因为航天员大小便用的太空马桶与地面上的完全不一样。由于载人航天器内是微重力环境，水不会往下流，因此太空不能使用抽水马桶，而是使用抽气马桶。这种抽气马桶是世界上最贵的，价值上千万美元。它是靠气流将大小便带走，使用这种马桶时，屁股一定要跟马桶的边缘贴紧，使马桶内完全密封。

航天员使用的马桶类似吸尘器

太空中使用的抽气马桶类似打扫卫生用的吸尘器，但大小便是分开收集的。早期的抽气马桶比较简易，它和一个塑料套相连，大小便后要快速关闭橡皮阀，使大便被气流导入不透气的橡皮口袋里，然后进入特制垃圾箱；尿被导入尿液储箱。早期曾将装满后的废物箱弹出舱外，但由于这种方法污染空间环境，遭到非议，故早已废止。

苏联联盟号飞船上使用的大小便收集器苏联联盟号飞船上使用的大小便收集器

为了使用方面，现代太空抽气马桶像陆地上的男卫生间一样，分大便用和小便用2种。大便用抽气马桶的中央有一个直径约10厘米的孔，孔内有一扁平滑片可以来回滑动，使孔打开或关闭。孔的下端装有一台抽气机，打开抽气机后可从马桶中抽气，同时还使马桶内的空气发生颤动。空气的颤动又可使大便中成形的部分碎裂，然后被抽进马桶底部的收集袋中。抽气马桶的右侧有一个银白色的推拉开关，航天员在抽气马桶上坐好后，将开关向前推，中央孔内的滑片打开，抽气机起动，排出的大便和臭气被一同抽进大便收集袋内。大便拉完后，将银白色的开关向后拉，中央孔关闭，抽气停止。

小便用抽气马桶的前端有一个漏斗状的适配器，适配器下端连接一软管，软管的另一端连有一个小的抽气机，可以将小便收集和输送到小便桶中。小便桶装满后（约3~4天），会自动将小便排放到舱外的宇宙空间或输送到水处理装置中处理，然后供航天员使用。虽然太空抽气马桶不分男女，但适配器则分男女。男用适配器是一个广口的漏斗状物，女用适配器能与下体贴紧，以防小便溅出来。

美国航天飞机上的厕所。中间为便桶，前面连着灰色管子的是小便器。马桶右侧有干、湿擦巾，用于飞行期间的洗手和洗脸。左侧墙壁上黑色的凸起物是毛巾挂钩，以不同颜色表示不同的使用者美国航天飞机上的厕所。中间为便桶，前面连着灰色管子的是小便器。马桶右侧有干、湿擦巾，用于飞行期间的洗手和洗脸。左侧墙壁上黑色的凸起物是毛巾挂钩，以不同颜色表示不同的使用者

训练太空“解手”技术

在太空拉大便不是一件容易的事情，航天员必须经过专门的训练，要将肛门对准中央孔把大便拉出来，否则大便就可能从马桶中飘出来，在舱内到处乱飞，好像“天女散花”，成为一场灾难。

通过训练，航天员一定要记住自己屁股与马桶座部的相对位置。为了训练航天员拉大便，美国约翰逊航天中心还专门设计了一个马桶训练器。在训练器的马桶内装有一台电视摄像机，当航天员坐在马桶上时，通过电视，可以看到自己的肛门是否对准中央孔。

美国航天飞机的航天员在大小便时用一条束带将人和坐便器固定紧，用特殊的装置把大小便收集起来。如果大小便装置发生故障时，可以用备用的大小便收集袋。航天飞机坐便器的大便收集贮存容器内，含有衬套、网套，并可与外太空真空相通，便后开闭相关的阀门后，可使便桶与外太空真空相通，将桶内的大便进行真空干燥，并用旋转式叶片压实器定期压实，以减少废物的贮存空间。

在美国航天飞机第12次飞行时，由于航天飞机上卫生间小便装置出口处结上了冰，堵住了厕所，所以机上的6名（5男1女）航天员为此几乎陷入困境。经请示地面指挥系统，他们决定除1名女航天员可以继续使用原厕所外，其它5人一律使用备用的大小便收集袋进行大小便。这给航天员生活带来极大的不便。他们最担心的是怕把大小便弄到空间，因而处处小心翼翼。

现在，航天飞机已有新型抽气马桶了。这种新型马桶不仅更卫生、更可靠，而且造价低、存贮容量大。新型抽气马桶下方有一个圆筒，在航天员使用厕所前马桶内就自动放置一个装排泄物的塑料袋。用完厕所后塑料袋自动密封好，并有一个带杠杆的活塞将塑料袋推到圆筒的底部。同时又自动更换上新的塑料袋，以备下一次使用。当圆筒装满大便袋后，自动换上新的圆筒。圆筒上有密封装置，臭气不能发散出来，因此更卫生和实用。

“国际空间站”卫生间全貌。在该站上共有两个，一个常用和一个备用“国际空间站”卫生间全貌。在该站上共有两个，一个常用和一个备用。

2009年7月19日，“国际空间站”上的常用厕所发生故障，其原因是用来冲马桶的约6升水可能错误流入（厕所）分离器以及其他地方，结果导致空间站和美国奋进号航天飞机共13名航天员面临“如厕难”问题。为此，6名空间站航天员暂时使用备用厕所，奋进号7名机组成员暂时使用航天飞机上的厕所。

2009年7月，“国际空间站”的厕所泵分离器进水出现故障，导致6位空间站航天员和7位奋进号航天飞机到访航天员共同使用一个美方厕所，或者提出要求才可使用俄方厕所2009年7月，“国际空间站”的厕所泵分离器进水出现故障，导致6位空间站航天员和7位奋进号航天飞机到访航天员共同使用一个美方厕所，或者提出要求才可使用俄方厕所。

航天员需要方便时，只需要将马桶上的塑料软管紧贴到排泄器官上，马桶内的抽气设备将会把航天员的大小便收集到一个固定的容器里。小便也许比较简单，但大便就不太容易了。根据美国和俄罗斯航天员的经验，在无重力的环境里人体内的肠子漂浮着，内脏并不能正常工作，许多人从太空马桶上下来时经常喃喃自语：“又失败了。”

中国造太空卫生间

中国太空第一人杨利伟在太空飞行的近一天中，始终没有使用厕所，只携带了“尿不湿”，即航天服里有一个类似于“尿不湿”的小便收集装置，通过吸水材料把小便变成絮状的固态物，并且能除臭。

不过，由于神舟6号飞船在太空飞行了5天，所以厕所成为了航天员在太空生活的必备品。在神舟6号飞船的轨道舱里安装了一个大小便收集器，它吸收了联盟号飞船废物收集系统的技术经验，采用半自动的废物收集和处理系统，由废物收集筒、尿液贮箱、收集装置支、应急小便收集器、管组件、除臭装置、大小便收集装置、废物残渣收集袋包等组成。

其中的大小便收集装置上有两根管子分别用来对准大便和小便器官，能够强力吸走排泄物。大小便训练是神舟6号航天员训练的一个内容。这么看似简单的训练要经过3个阶段：理论上了解、学习设备操作、实际体验。

在神舟6号上，航天员使用厕所就如同是在骑马。该厕所由2个和身体接触的小口容器、1根长管子以及一个尿液收集容器、1个垃圾桶和1个抽风装置组成。厕所上与身体接触的2个装置的形状与人的体形非常相似，它们分别在大便和小便时使用。

为使粪便不易飞出来，大便时使用的装置直径只有10厘米左右，而小便装置的直径有5厘米左右。它们的下面被安装了1根长管，通向尿液的收集容器。使用时航天员需要用手抓住两个装置下面的长管子，并通过对管子用力，使整套装置贴紧身体。

其样子看起来就像倒过来拿着1个皮揣，捅向自己的身体。航天员排泄小便之后，排泄物将随着管子向下进入收集容器。而大便排泄物还留在与航天员身体接触的装置里，里面有特制的大便带，航天员需要用手将其取出，直接扔进垃圾桶。

由于太空中飞船会处于失重环境，飞船中任何没有密闭的东西都有可能四处漂浮。因此，航天员在使用厕所前，要首先打开位于整套装置最末端的抽风机，这样整个装置都保持向内抽风的状态，排泄物一旦和人体分离，会立即向下运动。排泄物就不会因为失重，而散落到装置以外。所以，它要经过一番训练才能使用。据了解，对于航天员来说，整套如厕装置比较简单，使用起来并不费力，他们只要坐准把口封死就行。

“神舟”飞船的航天服内设置了直接接触式小便收集袋和大便收集装置，这些装置可以像短裤那样穿在身上，用于身着航天服的航天员在飞行阶段收集大小便。飞船舱内还设置了废物收集软袋，用于收集其他固体废物。

需要注意的是，太空中放屁也得小心，因为其反作用力可能会把人推走，而且还会污染航天器座舱中的环境。屁中的氢和甲烷等成分还是可燃气体，严重时可引起爆炸，因此必要的时候最好到厕所里解决，看来在太空里只好忍一忍了。

新一代太空厕所

2020年10月2日，美国用“天鹅座”货运飞船把1个叫“通用废物管理系统”的新型太空马桶送往“国际空间站”，以方便航天员们上厕所。其研制始于2014年，花6年多时间，耗资2300万美元，约合1.6亿元人民币，堪称史上最贵马桶。

新型太空马桶重45公斤，高71厘米，它的尺寸比目前在空间站使用的马桶体积减少了65%，重量降低了40%，减少了对空间站宝贵空间的占用，可以集成到不同航天器的生命维持系统中。为了确保不会乱飘，新型太空马桶采用的是3D打印的钛合金风扇分离器，可以产生强大的吸力将尿液和便便吸入马桶。

新型太空马桶的尿液回收效率提升了，处理之后可以转变为饮用水的比重增加了。其尿液净化功能是通过尿素生物反应器电化学系统来实现的，能将尿液中的尿素有效地转化为氨，然后将氨分解为水和能量。这种将航天员排出的尿液进行循环利用、过滤净化得到的纯净水，据悉比地球上任何水都要干净。

与旧太空马桶所相比，新型太空马桶还有一个新的特点，即打开马桶盖后，气流会自动启动，从而控制异味的扩散。同时，它更符合人体工程学设计，钛合金材料大大提高了马桶的耐腐蚀性和耐久性，从而节省了更多的清洁和维护时间，使航天员能够将更多的精力投入到科研和探索任务中。

美国航空航天局用2300万美元重金打造的太空马桶美国航空航天局用2300万美元重金打造的太空马桶

新型太空马桶的另一个特点是它对女性航天员更加友好。它可以坐在马桶上排便，用异形漏斗和软管吸尿，而旧厕所只能单独进行。

在太空中进行水的循环利用可以大大降低经费，因为每年向“国际空间站”提供2200升饮用水的运输费用高达2200万美元，而且空间站储存饮用水的空间有限。此外，如果人类想离开近地轨道，进一步探索星际空间，补给将更加困难。新型太空马桶的设计目标是在人类前往火星之前实现98%的液体回收率，所以先运到“国际空间站”进行试验。

太空厕所还需改进

2007年，美国曾斥资1900万美元从俄罗斯订购了一个太空马桶，并表示这比自己研发的更划算，但它却成了许多航天员的噩梦，有时航天员要用手抓住漂浮在空中的粪便。

早期研制的耗资2.5亿美元的太空厕所早期研制的耗资2.5亿美元的太空厕所

目前，“国际空间站”上的两个厕所都是采用气流吸出排泄物，通过旋转扇叶将固体废物分散在容器中，比起过去已经有很大进步，但如厕时依旧不容易，因为太空马桶的开口只有我们日常使用的1/4，要瞄准并不容易。因此空间站专门在马桶旁安装了一个模拟马桶供宇航员练习，这个模拟马桶开口内置了一个摄像头，坐上去后能通过旁边的显示器观察你是否对准。方便之后，航天员还要拿一块镜子照照后面，看看是否还有不应该出现的东西遗留在身后。

当太空马桶失灵，带来的不只是卫生问题，甚至会威胁到航天员的健康。美国已在空间站厕所中发现对抗生素具有高耐药性的细菌菌株，它们有可能会进化成致病细菌，导致宇航员患病。

俄罗斯航天帕达尔卡曾向媒体报怨，他在“国际空间站”工作期间，被告知不得使用美国舱段的卫生间。

为了设计出更好的太空马桶，2020年 6月，美国还启动了一项“月球厕所挑战赛”的活动。面向全球征集“月球厕所”的设计方案，用于 2024 年的登月计划。它必须满足多项设计要求，比如同时在微重力和月球重力环境下正常运作、兼容男性和女性使用者、可同时排尿和排便等。

目前，最大的困难时在太空行走时如何如厕，因为在太空中排出的大便与航天员身体接触的时间太长，有可能导致感染或脓毒症。美国航空航天局曾举行过“太空大便挑战赛”，以寻求最佳办法，来自“几乎地球上每个国家”的总共1.9万名参赛者组成的150多支队伍提供了5000多种解决方案。

据悉赢得这一比赛的是美国军医卡登，他利用自己在微创手术方面掌握的知识研发了一套系统。他的设计理念是在太空服裆部加个小气密舱，像导管和充气便盆这样的东西可以通过这里。他由此获得了1.5万美元的奖金。



【094、太空之旅 男女宇航员反应有何差别】


BBC 2019年10月24日

自从人类开始探索太空以来，医生和相关领域的学者们关注的一个问题是，太空对男宇航员和女宇航员是否“一视同仁”；毕竟在生理上男女是有区别的。

1963年，前苏联宇航员瓦莲京娜·捷列什科娃（Valentina Tereshkova）进入太空，成为第一位女太空人。1983年，莎莉·莱德（Sally Ride）成为第一位进入太空的美国女宇航员。

2019年10月18日，美国宇航局（NASA）的“女子组合”太空漫步宣告成功。

迄今为止，在太空工作过的宇航员全世界总共约564人，其中女性65人。

瓦尔萨·杰因博士（Dr Varsha Jain）在爱丁堡大学MRC生殖健康中心做博士生。作为课题的一部分，她在美国宇航局做兼职太空妇产科医生，研究太空环境里的女性健康。

遨游太空，男女有别？就此她接受了BBC广播5台采访。

太空对男女一视同仁吗？

一般来说，男女在适应太空环境方面没有明显的差别，但细节上还是有不同之处。

进入太空时女性更容易感到晕眩恶心，回归地球途中男性更容易产生恶心、呕吐感。

回到地球之后，男性在视觉和听觉上会出现较多问题。女性没有这方面的问题，但血压会出现问题，让她们犯晕。

目前还不清楚导致这些细微差别的原因，究竟是因为激素方面的不同还是生理上的变化。从长远来看，找到这些差别背后的原因将有助于加深对地球上的人类健康问题的理解。

2019年10月18日，杰西卡·迈尔（左）和克里斯蒂娜·科克顺利完成了NASA的“女子组合”太空漫游，载入历史。

在太空来例假会有什么问题？

美国宇航局对女性进太空的考虑之一是例假问题。太空旅行有点像野外宿营，事先必须考虑到方方面面，尽量备足卫生用品。

这样，问题就来了。最开始有关人员估计每周需要100-200条卫生棉条，后来很快意识到不需要那么多。

实际上绝大多数女宇航员都用口服避孕药来推迟例假。她们身体都很健康，这么做没有问题。

瓦莲京娜·捷列什科娃（Valentina Tereshkova），前苏联宇航员，是第一位进入太空的女性。

在太空上厕所男女有别？

国际太空站里有两个厕所，不过工程师们最初设计时没有考虑到经血的问题。

在太空，尿液不能浪费，而是经过循环再生处理，最后要从中提取饮用水的。女性的经血属于固态物质，而太空站现有的厕所不会区分固态和液态物质，因此经血里的水分就不能循环再利用。

在太空如何用水洗漱清洁也有限制，因此女性例假期间的个人保洁在太空就可能成为一个问题。

太空航行是否会影响生育能力？

目前没有明显的证据表明宇航员的生育能力受影响。事实上男女宇航员完成太空航行返回地球后生儿育女的例子很多。

值得一提的是，女宇航员第一次进入太空时平均年龄是38岁。

我们知道宇航员在太空会有遭受辐射的风险，但对于太空辐射如何影响女性生育能力目前一无所知。

已经知道的是，从太空返回地球后，男宇航员的精液和精子数量会减少，但过一段时间就会恢复正常水平。所以，没有迹象表明这方面有长远的影响。

NASA很支持女宇航员进太空前冷冻卵子，以防万一。

长期太空生活对人体的影响

杰因博士指出，太空旅行会导致人体内出现变化，不分性别，就像加速老化的过程。

比如，宇航员进太空时会出现骨质流失。回到地球之后，即使有各种先进的补救措施和康复项目，还是无法恢复到之前的水平。

骨钙流失可能导致肾结石和更容易骨折。

另外，在太空缺乏锻炼，时间长了会导致肌肉软弱、萎缩。

在太空失重环境下，心脏不需要像在地球引力环境中那样工作，形状可能会缩小，而脊柱可能会拉长，回到地球后身高增多几厘米。

俄罗斯医学专家发现，10位宇航员在太空生活了几个月后，脑髓中的灰质和白质明显减少，而白质的变化属于不可逆的。至于这种变化对宇航员日后的生活会造成什么影响目前还无法判断。



【095、天文学家发布新的银河系外围全天空地图 或为暗物质理论提供新的检验标准】


2021-04-24 科学蓝

据外媒报道，天文学家利用美国宇航局和欧空局望远镜的数据，发布了一张我们银河系最外层区域的新的全天空地图。这个区域被称为银河系的光晕 ，位于形成银河系可识别的中心盘的旋转旋臂之外，并稀疏地布满了恒星。尽管光晕可能看起来大部分是空的，但据预测它也包含一个巨大的暗物质库，这种神秘的、看不见的物质被认为构成了宇宙中所有质量的大部分。

新地图的数据来自欧空局的盖亚任务和美国宇航局的近地天体广域红外巡天探测器(NEOWISE)，该探测器在2009年至2013年期间以WISE的名义运行。这项研究利用了航天器在2009年至2018年间收集的数据。

这张新地图揭示了一个叫做大麦哲伦星系（LMC）的小星系是如何被命名的——因为它是围绕银河系运行的两个矮星系中较大的一个——像一艘船在水中航行一样穿过银河系的光晕，它的引力在它身后的恒星中产生了一个尾流。LMC距离地球约16万光年，质量不到银河系的四分之一。

尽管光晕的内部部分已经被高度精确地绘制出来，但这是第一张提供光晕外部区域的类似图片的地图，在那里可以找到尾流--距离银河系中心大约20万光年到32.5万光年。以前的研究已经暗示了尾流的存在，但是全天空地图证实了它的存在，并提供了它的形状、大小和位置的详细视图。

光晕中的这种干扰也为天文学家提供了一个研究他们无法直接观察到的东西的机会：暗物质。虽然它不会发射、反射或吸收光线，但暗物质的引力影响已经在整个宇宙中被观察到。它被认为是建立星系的“脚手架”，如果没有它，星系会在旋转中飞散。

尽管关于暗物质的性质有多种理论，但所有这些理论都表明，它应该存在于银河系的光晕中。如果是这样的话，那么当LMC经过这个区域时，它也应该在暗物质中留下一个尾迹。在新星图中观察到的尾流被认为是这个暗物质尾流的轮廓；恒星就像这个看不见的海洋表面上的叶子，它们的位置随着暗物质的变化而变化。

暗物质和大麦哲伦云之间的相互作用对我们的银河系有很大影响。当大麦哲伦云绕着银河系运行时，暗物质的引力会拖住大麦哲伦云并使其减速。这将导致这个矮星系的轨道越来越小，直到这个星系在大约20亿年后最终与银河系相撞。这些类型的合并可能是整个宇宙中大质量星系增长的一个关键驱动力。事实上，天文学家认为银河系在大约100亿年前与另一个小星系合并了。

"这种对较小星系能量的掠夺不仅是LMC与银河系合并的原因，也是所有星系合并发生的原因，"哈佛大学天文学博士生、这篇新论文的共同作者Rohan Naidu说。"我们地图中的醒觉是一个非常巧妙的确认，我们对星系如何合并的基本描述是正确的！"

一个罕见的机会

这篇论文的作者还认为，新的地图--连同额外的数据和理论分析--可能为有关暗物质性质的不同理论提供一个测试，例如它是否由粒子组成，像普通物质一样，以及这些粒子的属性是什么。

"你可以想象，如果船在水中航行或在蜂蜜中航行，船后的尾流将是不同的，"查理-康罗伊说，他是哈佛大学教授和天体物理学中心的天文学家他是这项研究的合著者。"在这种情况下，尾流的特性是由我们应用哪种暗物质理论决定的。"

康罗伊领导的团队绘制了光晕中1300多颗恒星的位置。挑战出现在试图测量从地球到这些恒星中很大一部分的确切距离。通常不可能弄清楚一颗恒星是微弱的、靠近的还是明亮的、遥远的。该小组使用了来自欧空局盖亚任务的数据，该任务提供了天空中许多恒星的位置，但不能测量与银河系外围区域的恒星的距离。

在确定了最有可能位于光晕中的恒星（因为它们显然不在我们的银河系或LMC内）之后，研究小组寻找属于一类具有NEOWISE可探测到的特定光 "特征 "的巨型恒星。知道了所选恒星的基本属性，研究小组就可以计算出它们与地球的距离，并绘制出新的地图。它描绘了一个从银河系中心开始约20万光年的区域，或者说是预测的LMC的尾流开始的地方，并在此基础上延伸了约12.5万光年。

康罗伊和他的同事在了解到位于图森的亚利桑那大学的一个天体物理学家小组制作计算机模型，预测银河系光晕中的暗物质应该是什么样子之后，受到了启发，开始寻找LMC的尾流。这两个小组共同进行了这项新的研究。

亚利桑那小组的一个模型，包括在新的研究中，预测了新地图中显示的星体尾流的一般结构和具体位置。一旦数据证实该模型是正确的，研究小组就可以确认其他调查也暗示的内容：LMC很可能是在其围绕银河系的第一个轨道上。如果这个较小的星系已经进行了多次运行，那么尾流的形状和位置就会与已经观察到的情况明显不同。天文学家认为，LMC与银河系和附近的另一个星系M31在相同的环境中形成，而且它接近完成围绕我们银河系的漫长的第一条轨道（大约130亿年）。由于它与银河系的相互作用，它的下一个轨道将大大缩短。

亚利桑那大学天文学博士生Nicolás Garavito-Camargo说：“用观测数据证实我们的理论预测告诉我们，我们对这两个星系之间互动的理解，包括暗物质，是在正确的轨道上。”

新地图还为天文学家提供了一个难得的机会来测试我们自己星系中的暗物质的特性。在新研究中，Garavito-Camargo及其同事使用了一种叫做冷暗物质的流行暗物质理论，该理论与观察到的星图相对吻合。现在，亚利桑那大学的团队正在运行使用不同暗物质理论的模拟，看看哪一种最符合在恒星中观察到的尾流。

"这是一组非常特殊的情况，它们共同创造了这种情景，让我们测试我们的暗物质理论，"该研究的共同作者、亚利桑那大学的副教授古尔蒂娜-贝斯拉说。"但是我们只能通过这个新地图和我们建立的暗物质模拟的结合来实现这个测试。"

WISE航天器于2009年发射，在完成其主要任务后于2011年进入休眠状态。2013年9月，美国宇航局重新启动了该航天器，主要目标是扫描近地天体，该任务和航天器被重新命名为NEOWISE。位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室为美国宇航局的科学任务局管理和运行WISE。这项任务是在美国宇航局的探索者计划下通过竞争选出的，由该机构位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理。NEOWISE是加州理工学院下属的JPL和亚利桑那大学的一个项目，由NASA的行星防御协调办公室支持。



【096、天文学家发现96个银河系“微星团”】


2011年08月03日评论

一个国际研究团队报告说，他们利用欧洲南方天文台的“VISTA”红外线望远镜，在银河系中发现了96个“微星团”(指星体数量较少的星团)。

美国、中国、巴西等国的天文学家在新一期《天文和天体物理学》杂志上发表论文说，他们利用世界上最大的红外望远镜VISTA，对银河系中的恒星形成区域进行了测算分析，发现了众多被尘埃隐藏的微星团。

该项目首席天文学家丹特·明尼蒂说，前人进行的可见光测试并未在这一区域发现天体，但得益于高度精确的观测设备，研究人员发现了仅由10至20颗恒星组成的微星团。

研究人员认为，这些星团长期“隐藏”，是因为其绝大部分可见光被周围尘埃吸收和扩散，亮度仅是原来的万分之一至亿分之一。

截至目前，银河系中已发现了约2500个星团。据天文学家估计，约3万个星团隐藏在银河系尘埃和气体中，新发现的近百个星团只是其中的很小一部分。



【097、天舟二号货运飞船遇故障，发射再一次推迟，是出现什么大问题了？】


2021-05-21 环球科学

“中国空间站”建设是中国2021年主要的太空项目之一，因为按照计划是在2年内完成建设，在这两年之中预计是有“11次”，包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船发射以及4次载人飞船发射。而在我国发射天和核心舱之后，进行了各种测试，表现也完全正常。不过在发射“天舟二号”，也就是天舟二号货运飞船的时候，我们遇到了“故障”。

天舟二号的发射已经连续两次进行延迟了，第三次什么时间进行发射，暂时还不清楚。不过相继进行了两次的发射延迟，很多人又在进行猜测了，下面我们来看看。

天舟二号

天舟二号，也就是天舟二号货运飞船——是中国空间站的一个关键部分，并且关键技术验证及建造阶段首飞货运飞船，对我国来说是非常重要的，该货运飞船按照计划来看，是将携带3名航天员消耗品、舱外航天服、平台物资与在轨运行的天和核心舱进行交会对接，所以这是我国走进太空的重要部分。当然这一个部分建造成功之后，那后面就更加方便了。

可以采取相同的方式，进行其他太空舱部分的对接，建造等等。空间站建造分为空间站关键技术验证和空间站建造两个阶段，而刚好“天舟二号”就是关键技术验证，所以我们是要确保“万无一失”才行。不过如今确实也出现了一些问题，那就是天舟二号货运飞船的发射出现了先后延迟，已经出现了两次延迟了，上面我们已经说明了，这是什么情况？

天舟二号延迟与美国“信号干扰”有关？

当然，天舟二号在推迟消息出来之后，大家又将目光转向了美国，从天舟二号的发射位置来看，是位于我国文昌发射场，确实美国最近也在我国近海区域进行活动，所以大家直接将目光转向了美国。到底是不是这个原因呢？很多人说可能是美国配备了电子设备，有可能干扰我国天舟二号的火箭，导致一些问题的出现。

所以我国连续取消天舟二号的发射，可能就是因为美国在搞事情？美国可能进行“信号干扰”。但是这个消息并没有得到证实。只不过恰好在天舟二号发射的时段，美国就来“找事情”了，所以两者是巧合，还是故意的，其实这个并没有得到官方的证实，所以，我们也不知道是不是因为美国的活动可能对天舟二号的发射，产生了信号干扰。

天舟二号延迟是出现大问题了？除了上面的说法之外，同时还有一些说法出来了，有人说第一次天舟二号延迟发射，是因为喷淋系统出现了问题——也就是我们说的“点火过压保护/噪声抑制系统”(Ignition Overpressure/Sound Suppression system)”。

这个喷淋系统有什么用处呢？简单的来说就是我们看到的火箭尾巴部分，在火箭发射台上喷水除了可以降温、防止火箭的尾焰烧坏发射台之外，这几个系统还有一个关键性的作用——就是抑制火箭燃烧产生的巨大噪声。

说的是因为这个技术问题导致延迟的，但是我国航天局说明的是因技术原因推迟实施，并没有直接说是这个系统，这算是大家传言。而第二次说延迟发射，有人说是因为“火箭主体气封性出现问题”，所以到底是不是这些原因，官方暂时也没有说明，这都是大家的猜测说明。

综合这两次的延迟情况来看，似乎都没有说与美国“信号干扰”有关，大家可能是真的想多了，美国的近海活动与这个有没有关系，具体我们只能等待官方说明。就算是大家说是“喷淋系统”问题，还是后面说的“火箭主体气封性出现问题”，暂时无法进行证实，所以这里也提醒大家别猜测了，等待具体情况公布吧。

中国空间站快速建设，是有什么用处？

中国空间站的建设，之所以加速实施，主要还是为太空实验做准备，并且这也是属于我国首个空间站，也是一个体验技术的时候。虽然很多人将中国的空间站与国际空间站进行比较，确实不在一个级别上，但是我们“不比规模，而是要比效益”，在建设之后，我国有望产出一大批重大科学成果，突破一大批核心关键技术，这是我们最关键的。

同时，还可以利用空间站培育优良物种、探索疾病机理、研发生物药物等等，为我国人民带来切身利益的东西，还可以促进新型清洁能源开发、改善地球环境等等，为全球人类做贡献。所以我国这个具有“现代化”的国际空间站，在未来必然会受到世界的关注。同时在全球范围之中，已经有17国获批加入，所以大家都想在未来用中国的空间站。

总结

中国空间站工程是我国重要的工程，虽然天舟二号如今遇到了一些问题，但是这并不影响我们接下来的工作，我们是追求“精、准、稳”等成功，要做就一次做好，所以遇到问题不怕，解决就行了，这都不是什么大问题。

第三次什么时间发射，我们只需要继续等待公布即可。同时再次强调，我国说明了技术原因推迟，并没有说到什么点上，所以“技术问题”与大家说的美国信号干扰存在的可能性不大，同时大家传出来的因素，也未得到证实，后面说明了我们也再来看看。



【098、外太空可繁殖老鼠】


《外太空可繁衍后代了？试验证实可行》（2021-06-13 星洲日报）报道：

日本山梨大学开发机构（JAXA）研究团队多年前开始执行一项前所未有的宇宙生物实验，团队在2013年利用火箭将数份老鼠精子送到国际太空站冷冻保存，并陆续取回进行人工授精系列，从而测试受精率。相关研究论文本月12日刊出，证实这些精子即使暴露在高强度宇宙辐射下近6年仍能正常受精，顺利繁殖出168只“宇宙鼠”。

综合外媒报道，从12只老鼠身上取出的精子分成6份，3份送到外太空，另3份留在地球作对照组，研究长时间暴露在太空中强辐射下是否会影响精子健康度。报道说，研究团队分别在2014、2016和2019年取回保存在太空站的3份精子进行人工受精，并与地球上的对照组比较“受精能力”和“生产率”，结果显示，即使太空中的精子比起地球上的精子承受强度的170倍的辐射线照射，但是两者受精率和出生率并无太大差异。

此外，研究团队针对日前产下的“宇宙老鼠”进行基因分析，也无发现异常，显示子代皆健康且能正常繁衍后代。率领山梨大学研究团队的助教若山清香表示，这个实验证实了冷冻干燥精子对高强度的太空辐射有关惊人的耐受度，理论上可在国际太空站中保存200年之久，这次实验成果成显示与老鼠同属哺乳类的人类，未来想在外太空繁衍后代并非不可能。

《人类能在宇宙中繁衍吗？美俄进行的太空受孕实验，结果很尴尬》（2020-03-13 搜狐）报道：

面对未知，人类除了恐惧，往往还伴随着探索与征服的欲望，人类一直想要移民外太空，为此制定了月球基地计划和火星登陆计划，如果人类真的移民外太空了，在宇宙中，人类是否可以正常繁衍，也是科学家要思考的问题。人类若想在太空探索上走得更远，就必须解决在太空中的繁衍问题。但太空和地球不同，尤其来自宇宙的辐射超过地球100倍，而太空中的零重力环境还会导致人体心脏跳动变慢、肌肉也会因为不需要承受重力而慢慢丧失力气，除此之外，在国际空间站上，人们受到的辐射量超过地球上的100 倍。作为身体上最敏感的部位，下体器官首当其冲。辐射会让精子产生严重的生殖问题。1994年，日本研究人员将4条成年青鳉鱼带上航天飞机，在太空巡游15天。期间，青鳉鱼进行交配，并在太空顺利孵化出8条小鱼，1995年，美科学家进行了一项太空老鼠怀孕实验。发现新生老鼠崽有异常的反应，它的重力感应刺激有问题，自己不能翻身。在2001年，美国的一对宇航员夫妻在太空上进行生殖试验。但是因为在太空上进行生殖活动的难度过大，最终也是以失败而告终。科学技术的不断发展，让我们做到了许多从前想都不敢想的事情。而人类从远古时代开始就有了对宇宙的渴望，相信总有一天，我们的科学家，一定会研究出在太空中繁衍的方法，在宇宙中开拓属于人类的文明。

《未来人类或可在太空繁衍》（2019-06-29 科技日报）报道：

想象一下，未来某一天，人类可以将精子运送到其他星球，然后创造出所谓的“太空婴儿”，在此星球上繁衍生息，并扩展人类的基因库。是不是太过于科幻？

据美国趣味科学网站报道，在近日于维也纳举行的欧洲人类生殖和胚胎学会会议上，一个国际科研团队提交的一项新研究指出，冷冻的精子样本暴露于类似太空微重力的环境下，仍然可以保持活力。这表明，在通往天基繁殖的道路上，至少有一个障碍可能是可以克服的。

但一名专家表示，这项研究并未揭示精子在太空中的真实表现，我们距离使用冷冻精子创造太空婴儿还有很长的路要走。而且，还面临诸多困难。

样本经历多种重力环境

由于很多原因，在太空中进行性行为不仅困难而且危险。此外，宇宙辐射对发育中的胚胎也会造成巨大威胁。

最新研究负责人之一、西班牙巴塞罗那妇女健康中心胚胎学实验室主任蒙特塞拉特·博阿达说，微重力还会显著损害人体的循环系统、呼吸系统和生殖系统。因此，科学家们正在研究将人工繁殖作为征服地球以外假想殖民地的主要手段。

以前的研究已经证明，人体细胞的结构和功能在低重力环境中会被破坏，所以，测试生殖细胞将受到何种影响至关重要。博阿达说：“微重力影响分子和细胞结构，科学家已经发表了很多基于动物模型和人体其他组织和细胞而进行的此类研究。但不同重力环境对配子和胚胎会产生何种影响，科学家们仍知之甚少。”

为了更好地了解微重力如何影响精子，博阿达与来自巴塞罗那理工大学的微重力工程师以及西班牙业余飞行员航空俱乐部的成员合作。他们收集了来自10名健康志愿者的精子样本，并使用地球上生育治疗中常用的技术将其冷冻。实验样本放在一架双座特技飞机上，飞行员驾驶飞机进行了大约20次抛物线机动，使样品暴露于多种重力条件下，从类似太空的微重力到2—3倍地球重力。

博阿达说：“我们选择了特技飞行，因为它在模拟太空飞行的影响方面被证明是有效的。”飞行结束后，研究人员将样本解冻，并将精子与存储在地球上的对照样本进行比较，通过测量7种特征来评估精子的活力，包括精子的浓度、运动能力、活力、形态和DNA碎片等。

博阿达说：“在暴露于微重力后，冷冻的人类精子样本似乎没有发生变化。”

英国《独立报》的报道称，研究人员表示，这一实验尽管处于研究初期阶段，但开启了“将雄配子安全运送到太空并考虑在地球外建立人类精子库”的可能性。

研究人员也指出，他们需要将冷冻精子暴露在类似太空的条件下更长时间，并分析不同重力水平对冷冻精子的影响。博阿达说：“最好的选择是利用真正的太空飞行进行实验。”

英国谢菲尔德大学的生育专家艾伦·佩西教授表示：“这是一个非常有趣的想法。”

博阿达也认为：“研究人类暴露于太空的长期影响，并考虑在地球外繁殖的可能性很重要。”

对女宇航员殖民火星有利

俄罗斯卫星网在近日的报道中指出，这一新发现可能对未来仅限女性的任务有用。比如，这些女性可被派往火星殖民。

英国《卫报》援引英国首位宇航员海伦·沙曼的话称，美国国家航空航天局（NASA）一份未发布的火星任务报告就推荐派遣同性别飞行员前往火星，以提高团队的凝聚力。

NASA局长吉姆·布里登斯廷也曾表示，第一个在火星上行走的人很可能是一名女性，该机构已设定了到2033年在火星上建立殖民地的目标。

佩西说：“女宇航员可以独自带着精子前往火星，在此处繁衍生息。”

还有很多挑战需要解决

虽然这些研究结果令人鼓舞，但仍有科学家表示，这类试点研究还远未“盖棺定论”。

美国堪萨斯大学名誉教授约瑟夫·塔什说：“这一结论未能考虑用于人类安全繁殖的精子库的要求，也未考虑长期暴露于微重力和太空飞行辐射下的太空飞行条件。”

塔什进一步解释说，此项研究中采用的抛物线机动会导致引力的快速交替变化，“在长时间真实的太空飞行中不会经历这种变化”。他正领导一项NASA研究，旨在利用来自国际空间站的样本回答类似的问题，研究结果将在11月的科学会议上公布。

塔什还表示，微重力的影响只是人类在地球之外安全繁殖的技术变得可行之前，研究人员必须清除的许多障碍中的一个。

他强调，在地球大气层以外繁殖面临诸多问题，研究人员必须面对的其他挑战包括：寻找减轻太阳辐射对配子、受精卵、发育中的胎儿和母亲的影响的方法。（刘霞）



【099、外星降落：如何登陆一个陌生的星球？】


科学好故事

人们在土卫六湖泊中游泳会是怎样的情景？

AIR & SPACE MAGAZINE

撰文：Ralph Lorenz；翻译：任天

如何登陆一个陌生的星球？

古代的探险家和地图制作者往往用海怪和龙来填补航海图上未知的区域，与此类似，今天人类的探测器在探索其他星球时，也面临着种种未知的危险，有些是真实的，也有些是想象的。在太空探索的早期阶段，美国国家航空航天局（NASA）曾一度担心阿波罗号着陆器可能会像陷入流沙一样，沉到月球尘埃之中。随着前往其他天体的探测器越来越多，我们对太阳系的了解也越来越深入，所面临的潜在威胁似乎也变得更加不可思议，比如木卫二上巨大的冰棘，以及土卫六上惊人的波涛。

目前科学家对其他星球的表面和大气状况并不完全了解，很难甚至不可能在实验室进行复制。应用物理实验室的行星科学家花了将近30年时间，试图预测这些环境条件可能带来的危险，以便为穿越太阳系的探测器在设计和运行上提供保护。即使我们知道某些行星的环境很完美（这其实有点矛盾，因为如果已经知道的话，我们还有必要再派探测器过去吗？），并且很适合在地球环境中对探测器的硬件进行测试（通常我们不知道确切的压力和温度，重力条件也很难匹配），对于大多数项目而言，时间和金钱的成本也都非常高。

因此，我们必须把握问题的主要方面。有些风险确实需要事先进行测试，但其他问题或许可以通过分析或类比来消除。而且，由于许多风险都是只能主观感知的，因此在任务中建立信心往往在交流上是一种挑战——与其说是一门科学，倒不如说是一种艺术。在外星探索中，有些风险是真实存在且不可避免的，人类必须接受这一点。

无人驾驶的勘测者3号着陆器。勘测者计划的探测结果消除了人们对月球表面可能像流沙一样吞没着陆器的担忧无人驾驶的勘测者3号着陆器。勘测者计划的探测结果消除了人们对月球表面可能像流沙一样吞没着陆器的担忧

陷入月球尘埃？

1961年，美国总统约翰·肯尼迪宣布美国将在这个十年结束前将人类送上月球。但要做到这一点，首先必须计算出月球着陆器的支撑脚应该有多大。月海（月球上比较低洼的平原）的表面可能覆盖着一层厚厚的微细尘埃，可能承受不了着陆器的重量，反而会像流沙一样，使着陆器完全下沉，不留一丝痕迹。

地质学家在观察了月球上的山峰和陨石坑之后，发现这种情况很难出现。研究者对月球表面在昼夜周期中的快速冷却过程进行了测量，发现月表最外层部分至少有几毫米的厚度呈“蓬松”状态。这一事实表明，这种担忧可能受到了超出应有程度的关注。多年后，航天器设计师考德威尔·约翰逊回忆起有一次会议，工程师欧文·梅纳德最后恼怒地宣布：月球一定就和亚利桑那州一样！没有其他情况。我们就来设计一个像这样的起落架。

幸运的是，在阿波罗任务之前的一系列无人着陆器任务，即月球勘测者计划，为阿波罗登月舱的设计提供了保证。月球表面并不会将飞船和宇航员吞没，已经设计好的阿波罗登月舱起落架也确定可以使用。

1976年，火星崎岖的地形让美国国家航空航天局的任务规划者十分苦恼，他们不得不依靠低分辨率的轨道图像来为海盗号飞船选择安全的着陆点。

1976年，火星崎岖的地形让美国国家航空航天局的任务规划者十分苦恼，他们不得不依靠低分辨率的轨道图像来为海盗号飞船选择安全的着陆点

海盗号计划（Viking program）在选择火星着陆点时也主要考虑到了危险的地形。该计划由两个航天器（海盗1号和海盗2号）组成，各自都包括轨道器和着陆器。轨道器发回的图像使NASA科学家能够近距离考察潜在的着陆点。最初，海盗1号计划于1976年7月4日登陆火星（它甚至具有一个特殊的美国建国200周年的纪念标志）。然而，随着地质学家通过轨道器观察到越来越多的火星景观，根据分辨率较低的早期任务图像所选择的地点就显得越来越可怕。他们看到，这些地点似乎是坑坑洼洼的，或者被厚厚的沙子覆盖。不过，海盗号轨道器的图像分辨率也只有100米，因此只能看到较大的地貌特征。

NASA决定使用一项新的技术：雷达。从地球发射到火星的无线电信号在火星表面反射回来形成的图像表明，火星表面的粗糙度在波长范围（约10厘米）之内，这与着陆安全关系重大。如果着陆器横跨一块直径只有50厘米的岩石，它的腹部可能就会被挤压到；或者，如果刚好一个支撑脚落在一块这么大的岩石上，着陆器的倾斜可能就会妨碍挖掘样品，或使其天线不能指向正确的方向。

然而，负责接收这些数据的人是电气工程师，他们用数学术语来描述这些发现，而数学术语在地质学家看来既模糊又陌生，因此雷达数据可能没有得到应有的重视。事实上，即使能对所有数据进行最细致的综合分析，也只能得出某种猜测。幸运的是，海盗1号在美国建国200周年纪念日16天后（1976年7月20日）安全着陆。海盗2号于当年9月3日夜安全着陆，尽管它的一个脚垫落到了一块岩石上（海盗1号的图片显示，一块能破坏着陆器的岩石就在几米开外）。

卡西尼号飞船用其雷达仪器绘制了土卫六北极的地图，生成了土卫六湖泊的伪彩色图像。研究人员通过模型计算出这些甲烷海洋中波浪的大小，为向丽姬亚海发射探测器做准备卡西尼号飞船用其雷达仪器绘制了土卫六北极的地图，生成了土卫六湖泊的伪彩色图像。研究人员通过模型计算出这些甲烷海洋中波浪的大小，为向丽姬亚海发射探测器做准备。

月球洞穴将是人类的下一个家园？

月球的洞穴不仅在科学上很不可思议，它们还可能是未来人类的家园。月球的洞穴不仅在科学上很不可思议，它们还可能是未来人类的家园。

登陆月球后我们会发现月球上是存在洞穴的。我们对月球洞穴的了解还不多，但目前所掌握的信息已经足以使它们成为未来太空探险者的目标。事实上，月球洞穴有朝一日很可能会成为人类的家。它们可以为月球居民提供庇护所，以躲避可能造成伤害的恶劣环境条件。一些研究者甚至已经在开始规划在月球上寻找合适居住地点的探险任务。

夏威夷的Nāhuku-Thurston熔岩管夏威夷的Nāhuku-Thurston熔岩管。

如果选择居住在月球洞穴中，那我们最好对它们有足够的了解。地球上的许多洞穴是因侵蚀而形成的，而这在没有空气和水流的月球上是不可能的。研究者已经证实，月球洞穴是由火山活动产生的。当热熔岩喷发到温度较低的表面时，其外部首先冷却；当熔岩流的外部变硬时，内部可以继续保持熔融状态。此外，炽热的熔岩也会在周围的岩石中形成管道。无论是哪一种方式，当剩余的熔岩流失后，会留下一条中空的通道。科学家将这种洞穴为“熔岩管”。熔岩管是熔岩洞的一种，我们可以在地球上很多地方找到这种地貌，比如冰岛、济州岛和东非大裂谷等。大多数熔岩管都只有一两公里长，但也有特例，比如夏威夷莫纳罗亚火山东南坡的卡祖穆拉（Kazumura）洞穴，至少有65公里长，有些地方的宽度超过20米。澳大利亚昆士兰州的Udara熔岩管的长度超过100公里。

月球的熔岩管可能会使地球上最大的熔岩管相形见绌。月球熔岩管的直径可达4.8公里，足以容纳整个曼哈顿岛。不过，即使在阿波罗任务完成半个世纪后，科学家仍然不太了解月球熔岩管的作用。在20世纪70年代，人们做出了一些看似很有根据的猜测，但它们主要基于对月球物质的过时认识。尽管如此，几十年来人们一直在引用这些数字。

阿波罗15号所拍摄的蜿蜒月溪阿波罗15号所拍摄的蜿蜒月溪——多亏了“辉夜号”（Kaguya）号月球人造卫星，科学家们才找到了更确凿的证据。这是一个不规则的长方体探测器，正式名称为“月球科学与工程探测器”（SELENE），由日本宇宙航空开发机构于2007年发射升空，目的是测量月球的引力场并观察其表面。在观测月球古老的马利厄斯丘陵时，辉夜号的一台摄像机拍摄到了一个不寻常的坑洞，其大小和一架波音747飞机相当。

月球古老的马利厄斯丘陵有一个不寻常的坑洞，其大小和一架波音747飞机相当，它很可能是一个熔岩管系统的“天窗”。月球古老的马利厄斯丘陵有一个不寻常的坑洞，其大小和一架波音747飞机相当，它很可能是一个熔岩管系统的“天窗”。

然而，目前科学家还没有看到月球熔岩管的内部图像，在此之前，他们还无法下任何定论。它们有多大、有多长、有多广，我们都还不清楚。然而，尽管了解不多，但深入这些洞穴并加以利用的想法却早已有之。利用月球熔岩管作为人类居所的概念并不新鲜，至少在20世纪80年代就已存在，而这也是科学家们一开始就想要寻找熔岩管的重要原因之一。

2019年，探索月球洞穴的努力突然向前推进了一大步。有5个研究小组向欧洲空间局（ESA）发送了探索计划，希望用不同的方法——包括系绳探测车、机器蜂群、重力测量仪等——来解决上述问题。目前，欧洲空间局已经将5个方案减少为2个。在正在进行的一项更高级的研究中，两组研究人员将在同一项任务的分别完成不同方面的工作。

当然，人类想要探索的不仅仅是月球洞穴。毕竟，熔岩管并不局限于月球。类似的洞穴可能存在于水星、木卫一以及其他任何具有类似地球熔岩的星球上。火星肯定存在熔岩管，它们也曾被提议作为人类的居住地。这些洞穴甚至可能是火星生命的避难所。事实上，这颗红色星球正是BRAILLE项目的终极目标。

土卫六的波涛

卡西尼-惠更斯号是一架前往土星系统的空间探测器，也是由NASA和欧洲空间局（ESA）合作进行的任务。该任务由两部分组成：环绕土星的卡西尼号和登陆土卫六的惠更斯号。2005年1月14日，惠更斯号在土卫六着陆并传回数据，成为首个在外太阳系天体完成登陆的探测器。

卡西尼-惠更斯号揭示了土卫六是一个由液态甲烷组成的湖泊和海洋的世界。2010年又提出了一项后续任务：将一艘太空舱溅落到土卫六的北极海域——直径约400公里的丽姬亚海（Ligeia Mare）。卡西尼号已经拍摄了这片海域的全地形清晰地图。

这个落到丽姬亚海的太空舱实际上是一个浮标，它会随着水流和风飘过这片液态甲烷海洋，用声纳测量其成分和深度，并记录天气数据，以了解这些奇异的大气和海洋如何相互作用。通常而言，航天器工程师对声纳并不太熟悉，但幸运的是，负责管理这个项目的约翰霍普金斯应用物理实验室以找到不少声纳专家。

该太空舱将直接将数据传回地球，这只有在土卫六北半球的夏季才有可能实现，那时太阳和地球都在地平线以上，从丽姬亚海上方就能看到。这就需要一个小型天线，在太空舱在波涛中上下摆动时，一直锁定着地球。这在原理上并不十分困难：游轮提供卫星电视信号时也会用到类似的技术。但如果要实现灵活的天线指向，首先需要评估太空舱的移动速度，而这就要求知道波的大小和周期。

第一步，当然是估计风速，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的科学家已经有了土卫六大气环流的计算机模型。单个模型提供的数据可能不够准确，但研究人员分析了4个独立的模型。尽管这些模型在季节时间和风向上有所不同，但至少在风速范围上是一致的，最大风速为每秒1米。

然后是平均风速与平均浪高的关系。在这里，需要对地球的经验关系加以修正。例如，土卫六的大气层比地球的空气密度更大，因此更容易产生波浪。但是，土卫六的重力又比地球更小，在重力较低的情况下，波浪会变得更大，但在一定尺寸下，波的移动速度会更慢。考虑到这些因素，研究人员确定，风速为每秒1米时的平均浪高将是中等的0.2米。但并非所有波浪都是同等规模的，来自不同方向的波浪会随机叠加，产生某种统计分布。例如，可能有千分之一的波浪是平均高度的两倍。由于预期的任务时间是6个土卫六日（相当于90个地球日，约200万个波周期），因此统计计算表明，有99%的把握不会遇到比平均水平大4倍的波浪。

这一切当中还有一个有趣的小问题，太空舱会像许多动力系统一样，具有一个典型的摇摆周期。这意味着，最糟糕的摇摆角度和速度实际上与最强的风无关。尽管强风会产生更大的波，但大型波浪的速度较慢；反之，中等强度的风产生的波浪周期较短，尽管其振幅较小，但它们会与太空舱运动产生共振，导致更大的摇摆。通过这一分析，研究人员确定了太空舱天线需要多快的转向速度才能与地球保持联系。

最终，NASA选择了洞察号任务来研究火星的内部结构，而没有选择用“浮标”来探索土卫六的海洋。不凑巧的是，如果探测器在21世纪20年代末到达土卫六的话，其北半球的夏季将会结束，届时也就不可能从丽姬亚海直接与地球通信了。

2026年，NASA将启动“蜻蜓号”（Dragonfly）任务，开始重返土卫六。可以想见，一架八翼直升机在另一个星球上的飞行将会面临很多挑战，任务团队需要有条不紊地应对可能出现的各种风险，比如流沙、闪电和尘暴，并确定每种风险的可能性和后果。

由麦哲伦号探测器获得的雷达图像显示了金星阿尔法区高原的三维立体特写。未来的任务规划者不仅要应对金星的复杂地形，还要应对其极端高温——早期的“先驱者金星计划”就曾遭遇这一问题由麦哲伦号探测器获得的雷达图像显示了金星阿尔法区高原的三维立体特写。未来的任务规划者不仅要应对金星的复杂地形，还要应对其极端高温——早期的“先驱者金星计划”就曾遭遇这一问题

金星的高温

达芬奇号（DaVinci）是一架拟议中的探测器，目的是测量金星的大气，并在降落时拍摄金星表面的图像。美国最后一次（也是唯一一次）到达金星表面的任务是1978年的“先驱者金星计划”，该任务由一个轨道飞行器和四个探测器组成，进入了地狱般的金星大气层深处。尽管探测器总体上运行良好，但在下降过程中，它们的外部传感器（尤其是温度传感器）都在同一高度——约12公里处——神秘失灵。当时科学家对此有多种猜测，包括可能是某种形式的放电，但对于相距数千公里的探测器来说，这种影响似乎是不太可能会如此巧合。

在先驱者金星计划的12年后，NASA终于召开了一次研讨会，以理清该任务中发生的一切。从零散发表的会议记录来看，尽管用于传感器布线的聚酰亚胺胶带在测试中显示出能经受金星大气高温能力，但Kynar收缩管也被用来加固一些线路接头。当这根管子被加热到600K（327摄氏度）以上时，会释放出腐蚀性的氟化氢气体，攻击聚酰亚胺胶带，进而导致传感器短路。可以说，是一个看似无害的改进造成了意想不到的缺陷。对材料的慎重选择将避免这个问题。事实上，苏联维加2号（VEGA-2）探测器的传感器在1985年登陆金星时就经受住了考验。

在智利安第斯山脉查南托高原上，被称为“忏悔者”的融凝冰柱大约有2.1米高。这种结构可能也存在于木卫二上，或许会对从地球发射的着陆器构成威胁。

在智利安第斯山脉查南托高原上，被称为“忏悔者”的融凝冰柱大约有2.1米高。这种结构可能也存在于木卫二上，或许会对从地球发射的着陆器构成威胁

木卫二——致命的冰矛

研究人员认为，木星冰冷的卫星木卫二有一个深约100公里的全球性海洋，其上方覆盖着15公里厚的冰层。尽管尚不清楚生命是否会在这样的环境中出现，但可能性是存在的。那么，目前对木卫二表面的了解是否足以设计出一个着陆器呢？从伽利略号探测器获得的图像显示了木卫二崎岖的表面，但这些图像只覆盖了这个星球的一小部分。因此，研究人员不得不再次思考木卫二表面景观的形成过程，以及其中潜藏的危险。

蒸发和冷凝的过程既可以在真空中发生，比如在木卫二的表面，也可以在空气中发生，并将冰从表面的日晒区域转移到较冷的区域。平坦表面的凹陷会因冰的运输而加剧，因此地球上的冰川经常形成一种“杯状”表面。这一过程有时会发展到极致，在安第斯山脉的一些区域，会形成4米半高的可怕的融凝冰柱，如同冰矛。这些结构被称为“忏悔者”（penitent），因为看起来很像礼拜者忏悔时戴的白色兜帽。对宇宙飞船设计者来说，这种地貌简直就是一场噩梦。

“像冰面一样平滑”的说法并不适用于木卫二。该星球被冰层覆盖的部分地形被认为已经破裂，并“漂流”到了新的位置——“像冰面一样平滑”的说法并不适用于木卫二。该星球被冰层覆盖的部分地形被认为已经破裂，并“漂流”到了新的位置。

木卫二固态冰蒸发的数学模型表明，尽管理论上可以形成融凝冰柱，但并不意味着它们真的会形成。而且，如果真的形成了融凝冰柱，它们会占据木卫二的多少表面，是否足以对着陆器构成威胁？让我们从另一个角度来思考这个问题：地球上的某些地点可以形成融凝冰柱，但外星飞船的设计者会把它们考虑进去吗？也许雷达可以帮助解决这个问题，因为锥形的尖刺可以有效地通过多次反射吸收能量，就像用于声学测试的消声室墙壁。NASA定于2024年发射的“欧罗巴快船”（Europa Clipper）任务将通过一系列设备来探索木卫二，其雷达测量数据和其他数据将有助于一劳永逸地解决这个问题。

但就目前而言，月球是我们的下一个目标。月球的熔岩管深处依然保持神秘，但随着时间的推移，它们正变得越来越接近现实。

在探索其他星球的过程中，任务规划者最担心的便是未知的潜在危险。他们的任务是将价值数十亿美元的宇宙飞船送往数百万公里外的外星世界，在这之前，弄清楚哪些环境条件会带来多大的风险，应该如何应对这些风险，都是必不可少的重要工作。



【100、为了一个全新的样本，NASA展开了小行星本努之旅，值得我们期待】


2021-05-15 天文在线

2016年，航天器OSIRIS-Rex与一队科学家说再见，开启了它为期两年的旅程，目的地是一个围绕太阳的神秘的小行星Bennu。东德时间周一下午12点左右，这个航天器终于抵达了小行星，展开了一段漫长而细致的探索。

来自亚利桑那大学和洛克希德马丁公司的NASA的科学家们，想要将小行星上第一份样本带回到地球，并且，由于Bennu的历史起源，希望该样本可以告诉我们关于地球的历史起源。

ErinMorton，亚利桑那大学月球和行星实验室的通信主管，告诉Inverse，团队一直在屏息等待这一天的到来。尽管它只在两年前发射，，但是Bennu被选作NASA的目标已经十年了。

OSIRIS的目标（它的旅行已经在上面的录像上被阐述了）是收集四分之一英里宽的碳质陨石，它将揭示两件事：自宇宙大爆炸开始，附着在碳上的有机分子发生了怎样的变化；我们如何将Bennu上的元素转化为深空任务的燃料。

一个“原始样本”

在地球上，碳对于生命是一个关键元素，它作为化学元素的“骨干”，其他的有机分子能附着在上面。科学家们相信，Bennu富含碳，进而也富含碳基有机分子。

一个自太阳系形成之初的原始样本

重要的是，自46亿年前太阳系形成至现在，Bennu并没有改变许多，这使它成为“一个自太阳系形成之初的原始样，”Morton说。

Bennu的尺寸，科学家希望在2023年带回的样本

“Bennu作为一个碳基小行星，我们相信这就像是一个自太阳系诞生之初的时光胶囊，”Morton说，“Bennu的组成成分从未改变，这里没有空气，因此，我们想去看看碳的初始形态。”

深空任务

虽然OSIRIS可以为我们观察太阳系的过去提供重要的视角，但其背后的科学团队也考虑到了未来。来自Bennu的样本会发挥作用在更宏伟的太空探索设计，Morton说。

“我们也需要发现燃料和其他资源在行星上，就像是路途中转站一样在未来地旅行中当坐矿石使用。”她说：”其中一个想法是含碳的行星我们认为有粘土，并且生成氢气和氧气，可以将其加热燃烧制造出液态水，用水就可以制造燃料—火箭燃料。”

周一发生了什么？

周一，OSIRIS在Bennu极点正上方进行了一次精心计算的“右转”，开始了接近小行星表面的危险旅程——但它还没有着陆。目前，它将在Bennu表面上方7至19公里处盘旋，寻找合适的着陆地点，并收集其珍贵的样本。

在制作出Bennu的3D地图并找到最佳着陆地点之后OSIRIS会进行样本收集

洛克希德·马丁公司的OSIRIS-REX任务运营项目经理桑迪·弗洛因德告诉Inverse，她等待这一时刻已经两年了：

她说：“我多年来一直致力于这项任务，自2016年启动以来，我们都在等待这一时刻。”“在过去的两年里，我们做了这么多事情，但我很高兴能参加下一阶段的任务——正式来到Bennu。”

我们一直在等着到那里，现在我们来了。

一旦OSIRIS找到合适的着陆地点，莫顿说这可能需要一到一年半的时间，飞船将收集样本，开始漫长的回家之旅。这些样本预计将在2023年返回地球。然后，计划对其中的15%进行研究。剩下的75%将储存在NASA的约翰逊太空中心，供子孙后代在我们甚至还没有梦想过的实验中使用。

“这就是工作开始的时候，”莫顿补充道。他说：“我们一直在等着到达那里。现在我们来了。”



【101、为什么阿波罗计划不是骗局？】


2017-04-07 十万个为什么

自20世纪70年代起，每过一段时间，关于“登月是骗局”的论调就兴起一阵喧嚣。出于各种目的，有些人说美国阿波罗登月是伪造的，人类根本没有去过月球，相关情景是用电影特技在地球上拍摄的，照片也是假的。他们还煞有介事地拿出了很多所谓的“证据”。然而这些“证据”根本站不住脚，每一条都已经被科学家和专业人士彻底粉碎。

“登月计划阴谋论”在国内外都很盛行，这些所谓“证据”大多来自人们对月球真空、低重力的环境缺少了解，机械地照搬地球上的情况而产生的误解。实际上，在月球上基本的物理化学等规律同样成立，只是具体环境条件不同，表现也会大不一样。科学家对此也给出了很多相应的分析，美国《国家地理》杂志还专门刊登过辟谣文章。

阴谋论者提出的所谓证据，主要有以下几条：月球上没有空气也没有风，录像中的美国国旗不应该飘动；登月照片中不应该看不见星星；登月舱降落时吹走了附近的尘土，因此航天员不可能在登月舱附近踩出脚印；月球上无法踩出如此清晰的脚印。

其实，旗帜的飘动（表面起伏）并非被风吹动，而是因为两个原因：一是使用了倒L型旗杆，使国旗呈悬挂状，看起来像在飘动；二是惯性所致——由于月球上缺少空气阻力，一开始产生的起伏运动会持续很久，这跟我们平时的经验是不一样的。这一点已经在地球上真空环境实验中得到证实，而且当旗帜停止飘动时，它会定格在“飘动”时的状态。

跟我们的“常识”也相反，登月照片中是不可能有星星的。阿波罗登月主要活动都是在月球的白天进行的。由于日照和反光强烈，在月面活动的照片中不可能拍摄到相对很黯淡的星星。在太空中要拍摄星星，需要避开强光，以及延长曝光时间，所以“哈勃”太空望远镜等都要避开强光（太阳、月亮或者白天地球的光线）。“神舟”飞船历次飞行活动也为我们带回了太空中真实的场景，从视频和照片中可以看出，在正常拍摄被阳光照亮的物体时，不可能拍摄到星星。

“月球脚印”是阿波罗登月重要的见证和纪念，也是阴谋论者攻击的重点。登月舱降落时确实会激起大量尘土，但与地球上的情况不同：由于月球上没有空气，不会形成强大的气流，因此只有登月舱正下方的尘土会被激起，登月舱周围的尘土则不会被扰动，所以航天员出舱时当然会踩出脚印。而且月球上的尘土（月壤）和地球上的尘土不一样。地球上潮湿的沙地或泥土不容易踩出线条分明的脚印。但月球上没有空气，也就没有风化磨损过程，土壤保留了棱角分明的粗糙形状，踩出脚印来是很清晰的。 

以上只是对反面意见的分析，那有没有独立的第三方证据，或客观存在的“物证”，能证实阿波罗登月确实发生过呢？当然是有的。

苏联对探月的构想始于1951年，后来在无人探月领域接连取得数次“历史第一”，然而载人登月计划的梦想却随着N1登月火箭接连发射失败化为泡影。尽管如此，在“阿波罗11号”飞船即将启程之时，苏联依然想做最后一次努力——将一个无人自动取样返回探测器“月球15号”送上月球，试图抢在美国“阿波罗”飞船之前取回月球土壤样本。1969年 7月13日，“月球15号”赶在“阿波罗11号”3天前发射。不幸的是，它在7月21日着陆时坠毁。而7月16日“阿波罗11号”发射升空，7月20日成功着陆在月球表面。“阿波罗11号”在“月球15号”坠毁后2小时从月球起飞返回地球。

这场角逐被西方航天史学界看作是冷战期间美苏“太空竞赛”最富戏剧性的高潮。2009年7月，英国焦德雷尔班克天文台首次公开了对“月球15号”的跟踪记录，其中可以分辨出“阿波罗11号”航天员与地面的通话。此外，为了避免两个月球飞行器发生相撞，苏联应美国的要求透露了“月球15号”的轨道参数。这些都证明半个世纪前那场太空中的赛跑实实在在地发生过。

而且，阿波罗计划带回了约382千克月岩和月壤。其中有少量作为礼物赠送给包括中国在内的多个国家，中国科学家利用0.5克月岩成功地分析出了它的成分和在月球上的位置。这些岩石样本有力地证实了阿波罗登月的真实性。苏联利用无人取样器也获得了326克月壤和岩芯样本，并和美国进行了部分交换。 

另外，“阿波罗11号”“阿波罗14号”“阿波罗15号”在月面上安放了3台激光反射镜。世界各地的天文台都一直使用这些反射镜测量地月距离，精确度达到厘米级别。当激光对准反射镜所在位置发射时，有相当一部分光会集中在同一瞬间返回，从而证明这些由阿波罗航天员安置在月面的激光反射镜确实存在。

进入21世纪，随着美国、欧洲航天局、中国、日本、印度等月球探测器的成功发射，“阿波罗”留在月球上的遗迹被直接拍摄到了。美国“月球勘测轨道器”拍摄了“阿波罗”各个登月点附近的照片，上面能清晰地看到登月舱下降级、放置在月面的仪器以及航天员和月球车留下的印迹等。除了“阿波罗11号”，各个登月舱附近都能看到美国国旗投下的影子，这也与事实相符。因为“阿波罗11号”的任务录像显示，美国国旗在登月舱上升级起飞时被吹倒了。它还拍摄到了苏联多个取样器的下降级，并找到了失踪已久的苏联自动月球车“月球车1号”和倾倒在月面上的“月球23号”取样器。

“嫦娥二号”也拍摄到了“阿波罗17号”着陆点的痕迹。尽管照片分辨率不及“月球勘测轨道器”，但依然可以分辨出3个像素大小的登月舱下降级，以及着陆点附近的众多地貌特征。日本通过处理“辉夜姬号”探测器的照片得到了“阿波罗15号”着陆点附近的地形分布，这与“阿波罗15号”实拍的照片一致。印度的“月船1号” 也拍下了“阿波罗15号”着陆点附近被月球车搅动过的土壤印迹。

其实阿波罗登月这一事实并不需要像考古学一样用证据才能证明其存在。半世纪前，有成千上万的科学家和工程师参与到相关项目中，见证了人类这一伟大成就。因此，怀疑登月的真实性既没有理由，也没有依据。



【102、为什么土卫六会成为最适宜人类生存的地外天体？】


科米直播

太阳，对于地球来说非常重要。地球相对太阳的位置刚刚好，使得地表温度适中，环境适宜，成为生命的摇篮。可是太阳不会永远“照顾”地球，因为它45亿多岁了，已经步入“中年”。

在约65亿年后太阳将进入红巨星阶段，它会变红，体积变得巨大，质量减至当前的60%，亮度变为现在的2000倍，地球上的温度会升高60℃左右，水分会被蒸发掉，那时人类就不得不迁居了。

1、人类能走多远？

在太阳的红巨星阶段，火星、木星的冰卫星上的水资源都会被蒸发，连作为土星特征的环也被蒸发得无影无踪。

环顾太阳系，目前科学家认为“土卫六”可能是人类最宜居的地外天体，生命会得以存活。当然，那是太阳“红巨星”阶段的事了，现在那里还很冷呢，平均温度-180℃。

2、走近“土卫六”

隔着大气层，你是否看到海洋和山脉了呢？不仔细瞧，恍惚以为是地球的孪生兄弟！

土卫六（Titan），又叫泰坦星，是土星最大的卫星，也是太阳系第二大的卫星。

与其他那些荒芜、死寂的卫星不同，土卫六有厚厚的大气层，它有风和雨，有高原，有山，甚至它还有海洋！

根据惠更斯号探测器传回的数据，土卫六的大气层是以氮气为主的，目前除地球外还没有发现第二颗具备此特征的天体。科学家分析，土卫六远古大气层的成分构成可能是氨气和甲烷，气层中的许多化学反应也都曾经在早期的地球上出现过。

土卫六也像地球一样，可以绕轴自转而产生季节变化，但是它的季节大约要持续7年。

它现在距离太阳14.5亿公里，比地球到太阳的距离远10倍，绕太阳公转需要29年。所以温度很低，就连像甲烷、乙烷这些在地球上的气体也变成了液态，汇聚成海洋。它的海洋结构很奇特，上层是油状的海洋，存在很多液态烃类有机物，下层是液态水的海洋。美国约翰霍普金斯大学的行星科学家说，“土卫六是一个拥有双重海洋的星球。原则上说，它上面可能存在我们熟知的生命，也可能有我们不知晓的生命”。

对于土卫六的了解，虽然仅是隔着厚厚的大气层远远地观测，却已经让人类兴奋不已，因为它有太多与地球相似的地方。

今天的土卫六好似地球早期的“历史记录”，有助我们了解地球最初期的情况，揭开地球生物的诞生之谜。那么，未来它会接手地球上的我们吗？一切还有待科学家们深入探索……



【103、中国公布未来十年的太空计划 雄心勃勃】


2016年12月28日 BBC

2008年北京奥运会上中国太空人表演。中国在努力成为太空探索大国。

中国制定了雄心勃勃、进展迅速的太空计划，争取在2018年前登上月球背面，2020年前到达火星。

中国政府周二举行新闻发布会，介绍了《2016中国的航天》白皮书及中国航天发展情况，介绍了中国探索太空的雄心勃勃的计划。

中国国家航天局副局长吴艳华说，中国计划在2020年左右发射第一个火星探测器，计划对火星作环绕、着陆、巡视探测，并且在第二次火星探测时表面采样。

吴艳华还说，中国还计划发射探测器去木星以及木星的月球。他说，中国总体的太空目标就是在2030年左右成为世界上的太空探测强国。

中国是加入太空竞赛相对较晚的国家，中国在1970年才发射了自己的第一颗人造卫星，而美国在那之前已经实现了宇航员登月。

但自那以后数十年，中国投入巨额资金和大量资源进行太空探索研究和培训。

自2003年开始，中国实现了太空行走，发送探测器登月，并且发射太空实验室进入地球轨道，为建设20吨重的太空站做准备。

期间，中国还派5名宇航员进入太空，成为在俄罗斯和美国之后第三个实现派太空人进入太空的国家。

中国国家航天局副局长吴艳华还强调，中国将加强同国际太空机构的合作。不过，美国宇航局似乎不在其中。自2011年后，美国国会出于国家安全考虑，禁止美国宇航局同中国合作。

美国新选总统特朗普在竞选期间表达过对美国宇航局的重视。特朗普的顾问组10月曾经说，美国政府对太空项目投资不够，而中国和俄罗斯则一直继续发展有军事意义的太空项目。

但是中国官员在周二的记者会上说，中国的太空探索和利用恪守和平目的，中国不搞太空军备竞赛。



【104、未来十年将是人类发现地外行星的“黄金年”】


新浪科技 2019-12-24

据美国生活科学网站报道，未来我们还会发现多少颗类地行星？能够揭晓外星生命的真实面目吗？在距离地球50光年的太空区域分布着大约1560颗恒星以及数千颗行星，大约有1000颗系外行星是岩石体，主要成分与地球相似，甚至一些行星潜在孕育生命的条件。由于之前太空探测技术的限制，99%的系外行星都未被观察研究，但现在情况发生了变化，美国宇航局TESS太空望远镜将有望发现数千颗系外行星。

TESS全称是凌日系外行星巡天望远镜，是美国新一代“系外行星搜索猎人”太空望远镜，能够全天域搜索邻近太阳系的潜在宜居行星，该望远镜平均每隔13.7天环绕地球一周，同时，一些先进的陆基望远镜也有望在未来几年内发现数百颗系外行星。

这将极大的改变天文学家对地球周围外星世界的理解和认识，并为新一代望远镜扫描寻找生命迹象提供目标，在短短1年多的时间里，TESS已确认发现了1200多颗候选系外行星，其中29颗已被天文学家证实是系外行星，基于TESS望远镜同时搜索数万个恒星系统的独特能力，预计它能发现1万多颗系外行星。

TESS太空望远镜令天文学家激动不已，尤其对于探索系外行星的研究人员而言，他们正在通过陆基和太空望远镜搜寻系外行星，研究分析系外行星的特征，以及孕育生命的可能性。

地球周围潜在大量未探测系外行星

地球周围有大量星球有待于勘测发现，例如：以半人马比邻星为例，这是一颗不起眼的微弱红星，普通望远镜很难观测到，在银河系有数千亿颗类似的恒星，除了它是我们地球的邻居之外，并没有什么独特之处。在半人马比邻星轨道上运行着一颗神秘星球，叫做比邻星b，直到2016年才被科学家发现。

令人惊讶的是，天文学家对比邻星b了解甚少，通常他们将一个恒星系统中发现的第一颗行星命名为“某星b”，人类从未用肉眼或者望远镜观测到这颗行星，知道它的存在是基于它对主恒星的引力作用，它使得比邻星出现轻微摆动，一支国际天文学家小组基于多个陆基望远镜采集数据发现这颗行星存在，比邻星b的岩石成分与地球十分相似，它接收到恒星的热量与地球相近。

这颗系外行星令人感到兴奋的原因在于它位于宜居地带，可能具有与地球相似的属性，例如：岩石表面、液态水，甚至大气层可能潜在着化学生命信息。

美国宇航局TESS太空望远镜于2018年4月发射，其主要目标是搜索地球体积大小的行星，但采取的观测方法较独特，TESS太空望远镜搜索罕见的恒星变昏暗事件——当行星掠过主恒星前方会遮挡一些恒星光线，该凌日事件不仅表明行星的存在，还能揭晓行星的体积大小和运行轨迹。

勘测到一颗凌日系外行星是一项重大发现，不同于“恒星摆动”发现的行星，凌日观测法有助于进一步研究凌日行星，并确定行星密度及大气成分。

红矮星

让科学家感到最兴奋的是那些体积较小的系外行星，TESS太空望远镜能够探测到环绕红矮星运行的系外行星，通常红矮星体积较小，质量不足太阳的一半。

每一个恒星系统都是与众不同的，例如：LP 791-18是距离地球86光年之遥的一颗红矮星，TESS太空望远镜在其周围发现两颗系外行星，一颗行星是“超级地球”，其体积略大于地球，主要成分是岩石，另一颗行星是“迷你海王星”，体积比海王星小，但富含气体和冰物质，它们均与太阳系行星不同。

天文学家认为最接近地球的系外行星是LHS 3884b，它的体积与地球相似，这是一颗高温“热地球”，环绕主恒星非常快，每环绕一周仅需11个小时。

迄今未发现潜在生命迹象的类地行星

2016年5月，一支由比利时科学家带领的科研团队宣称发现一个环绕超冷矮星运行的行星系统，这颗超冷矮星被命名为TRAPPIST-1，在TRAPPIST-1系统中发现7颗地球体积大小的凌日系外行星。

迄今探测的类地行星与地球的相似性究竟有多少呢？天文学家已搜寻邻近行星并进行详细研究，一支天文学家小组使用哈勃太空望远镜观测到炽热的“超级地球”LHS 3884b，研究结果表明，这颗行星的环境非常可怕，它没有大气层，行星遍布裸露的岩石，中午温度可达700摄氏度以下，午夜温度却接近绝对零度。

TESS任务最初仅获得了两年的资金提供，但由于该望远镜勘测效果较好，美国宇航局计划将任务延长至2022年，用更多的时间扫描邻近地球的明亮恒星。

然而，搜寻环绕超低温恒星运行的系外行星仍是一项挑战，通常超低温恒星是指表面温度低于2700摄氏度的恒星，由于超低温红矮星为我们搜寻和研究类似地球体积和温度的系外行星最佳机会，其他的行星搜索项目也十分关注TESS太空望远镜数据。

TESS望远镜找不到的星球

2016年5月，一支由比利时科学家带领的科研团队宣称发现一个环绕超冷矮星运行的行星系统，这颗超冷矮星被命名为TRAPPIST-1，在TRAPPIST-1系统中发现7颗地球体积大小的凌日系外行星，这是一项突破性的重大发现。

该发现还证明了小型望远镜仍可以获得革命性发现，TRAPPIST陆基望远镜从阿塔卡马沙漠高空扫描夜空光线微弱的红矮星，寻找它们亮度的细微变化，最终它在红矮星TRAPPIST-1系统中发现凌日现象，虽然该恒星距离地球仅41光年，但对于TESS望远镜的4个直径10厘米镜片而言，其亮度太微弱很难被探测到，如果TRAPPIST研究小组拥有镜片直径更大的望远镜，其地球大小的行星可能仍无法被探测到。

目前，全球有两个地外星球搜索项目正在进行中，SPECULOOS团队在阿塔卡马沙漠安装了4个机械望远镜，在北美洲安装了1个机械望远镜；地外发现与探索网络（EDEN）项目使用9座陆基望远镜连续观察红矮星变化。

SPECULOOS和EDEN项目使用的望远镜透镜直径均大于TESS太空望远镜，有助于搜寻恒星周围过于昏暗、TESS无法探测的行星，其中包括距离地球很近的凌日类地行星。

探索系外行星的十年

未来十年可能会被人们牢记，因此我们将通过多种望远镜勘测地球之外的神秘世界，预计到2025年TESS太空望远镜可能发现1-1.5万颗系外行星；预计到2030年欧洲航天局GAIA和PLATO任务有望发现另一组2-3.5万颗系外行星，GAIA将通过恒星摆动方式探测行星，而PLATO将通过与TESS望远镜相同的凌日观测法探测行星。

然而，即使我们不久发现数千颗系外行星，距离地球最近的系外行星将是首选勘测对象，这些行星有诸多可研究分析的特征，从中分析该行星是否存在生命宜居条件。同时，发现最邻近地球的系外行星代表着人类探索宇宙的重大进展，在绘制了太阳系地图之后，人类开始转向邻近的行星系统。或许有一天，比邻星b或者附近另一颗天文学家尚未发现的行星将成为星际探测器的首选目标，例如：Starshot计划，或者是载人星际飞船，但首先我们要将这些行星绘制在地图上。（叶倾城）



【105、未來的太空旅行是什麼樣子？】


品玩 2020年09月02日

進入 2020 年，人們對太空旅行的討論似乎特別多，很大程度是因為人類想了數百年的概念，正慢慢變得可行。

足以記入歷史的標誌是 SpaceX 的太空梭「Crew Dragon」成功飛行。台灣時間 5 月 31 日，Crew Dragon 載著兩位太空人前往國際太空站，順利對接後，在太空站共停留 63 天，8 月 1 日 Crew Dragon 脫離太空站傳回地球，最終在墨西哥灣海域安全降落，成功完成這場商業載人飛行首秀。

這是一個重要轉折點，意味著企業可向政府及機構或個人出售太空旅行──事實上，今年 SpaceX 已陸續簽下幾筆太空旅行訂單。

商業公司經營的太空旅行

太空旅行走進生活不是最近一兩年才有的事。早在 2001 年，世界唯一一個提供太空軌道觀光飛行的政府機構俄羅斯聯邦航太署，將美國富商丹尼斯·蒂托（Dennis Anthony Tito）送上太空，在國際太空站進行為期 8 天的旅行，他也是人類首位太空遊客。

2001~2009 年，共有 7 名自費旅客上太空，其中「Word 之父」查爾斯·西蒙尼（Charles Simonyi）還曾體驗兩次太空旅行。

當然，期間執行太空遊客飛行的主體均為政府機構（俄羅斯），且發射地都在哈薩克斯坦西南部的拜科努爾航太發射場。背景是蘇聯解體後，由於航空器維護成本極高，同時要支付哈薩克拜科努爾航太中心場租與使用場地費，俄羅斯為籌措經費，開放民間資金贊助，報酬即為讓贊助者搭乘航空器上太空。

2013 年 9 月 23 日拜科努爾 1/5 號發射台準備發射的聯盟-FG 運載火箭。

早期太空遊客都是有能力支付高額費用的億萬富翁，且由於 NASA 太空工作僅供國際專門科研用，如今太空旅遊仍以俄羅斯為主。

直到最近幾年，商業公司的載人飛行才慢慢走入大眾視線，並成為未來趨勢。

幾家有明星光環的商業太空旅行公司分別是特斯拉 CEO 馬斯克創辦的 SpaceX，世界首富、亞馬遜創始人貝佐斯創辦的藍色起源（Blue Origin），以及另一家由維珍航空創始人理查·布蘭森創立的維珍銀河 （Virgin Galactic）。

維珍銀河創立於 2004 年，並於 2019 年 10 月在紐交所上市，曾在 2018 年開啟第一輪太空旅行售票服務，共有 60 國 600 多名首批用戶預訂維珍銀河的太空飛行服務，公布的乘客名單中，不乏好萊塢明星及商業大亨。

維珍銀河之前稱將在 2020 年 6 月到 9 月搭載第一批用戶進行太空飛行，今年 3 月也有報導稱將開放第二批太空旅行預訂，不過截至目前尚無更多資訊。

藍色起源由貝佐斯 2000 年創立，並於 2015 年開始測試近地飛行，到 2019 年 12 月已順利完成第 12 次非載人飛行測試。貝佐斯曾在 2017 年坦言，他每年都會出售 10 億美元亞馬遜股票，用於資助藍色起源。之前藍色起源 CEO 鮑伯·史密斯接受採訪時表示，2020 年很可能會搭載用戶太空飛行。

相對上述兩家，SpaceX 名氣更大。SpaceX 由馬斯克 2002 年創立，之前表示將在 2023 年達成繞月飛行計劃──參與的將是富比士全球排名 630 位的日本富豪前澤友作，他在去年包下執行此次工作的 BFR 火箭（Big Falcon Rocket，大型獵鷹火箭）所有座位，還計劃邀請 6~8 名藝術家朋友同行。

太空旅行是什麼體驗

很多人會好奇太空旅行會乘坐什麼交通工具。針對不同旅行需求，交通工具及配套設施也不盡相同。

先講太空旅行的幾種方式。理論上根據離地面高度由近及遠排序，太空旅行可分成拋物線飛行、高空飛行、次軌道飛行和軌道飛行幾種。

未超出大氣層的拋物線飛行只能讓遊客體驗約半分鐘失重感飛行，太空人在訓練時為了體驗失重通常也採用這種方法；接近太空的高空飛行能讓遊客體驗身處極高空才有的感覺，當飛到距地面 18 公里高空時，便可看到腳下地球的地形曲線和頭頂黑暗的太空，體會到無邊無際的空曠感。

次軌道飛行是進入太空，介於大氣層與繞地軌道間的飛行，因未到達繞地執行的速度，會成一拋物線回到地球，遊客可感受到幾分鐘失重；軌道飛行則為真正意義的太空旅行，太空體驗更完整，比如體驗在太空吃飯上廁所等等。所以根據距離不同，遊客乘坐的工具也不同。

拋物線飛行和高空飛行通常可靠高效能飛機達成，不過也有另闢蹊徑的商業公司。如今年 6 月，新創 Space Perspective 宣布成立，計劃使用由高空氣球和密封艙構成的「海王星太空梭」，將乘客和科學載荷送至平流層，由一名飛行員駕駛，搭載多達 8 名乘客，旅行時間為 6 小時。「海王星太空梭」首次不載人試飛計畫 2021 年在美國佛州甘迺迪航太中心進行。

更高的次軌道飛行和軌道飛行需要效能更強的航空器達成。可能很多人都記得 NASA 運作過的航太飛機，設計為有一定重複使用空間的近地軌道載人航空器，本有達成太空旅行的希望，然而達成之前就因「挑戰者號」和「哥倫比亞號」慘劇暴露出安全問題，並在 2011 年正式宣告退役。

之後美國接連多年都是靠俄羅斯「聯盟」號宇宙太空梭運送太空人，直至今年 SpaceX 順利發射為止。目前看來，未來還有更多商業航太公司加入。

關於太空旅行的配套設施也有諸多設想。比如去年 11 月歐洲太空總署（ESA）提出從地球一路「睡到」火星的載人探測概念，研究將冬眠技術用於載人探測火星工作的可行方案，設計初步航空器冬眠居住模組草圖。

更早還有報導稱美國新創企業 Orion Span 宣布將建造全球首家建在國際太空站的「Aurora」太空旅館，預計 2022 年開業。當時這家公司 CEO 受訪稱遊客屆時可參加蔬果種植實驗，並將成果當成紀念品帶回地球等。

今年日本太空港協會還計劃與其他機構公司合作，建立太空港城市，旨在探索未來以太空旅行為主要目的的新型交通樞紐，涉及陸、海、空、太空等多種交通工具，涵蓋商業型態、運輸管理、智慧建築、可持續能源等不同方向。

未來太空旅行價格會是多少？

2001 年第一位太空遊客丹尼斯·蒂托付給俄羅斯聯邦航太署的費用為 2 千萬美元，如今根據 NASA 和 SpaceX 的協定，前者需向後者支付高達每人 5,500 萬美元才能送太空人上太空，而想去國際太空站完成三天兩夜旅行，遊客不僅要付給 SpaceX 5,200 萬美元，還要為在國際太空站停留期間付 NASA 錢，包括食物、空氣、生命維持系統等費用。

之前《富比士》雜誌報導，入住「Aurora」太空旅館 12 天費用為 950 萬美元，包括 3 個月行前訓練和往返交通費。

不過比起更遙遠的太空旅行，離地面越近價格就越低。如維珍銀河及藍色起源推出的次軌道飛行價格均在 20 萬至 30 萬美元；高空氣球艙費用每人預計約 12.5 萬美元。

載人航空技術不斷進步，也許普通人有生之年多賺點錢，也可以體驗一次太空旅行。

《從壓縮餅乾到「魚子醬」，太空旅行時你想要怎樣的「太空餐」？》（愛范兒 2020 年 04 月 25 日）报道：

食物從來都不只是填飽肚子的能量，還反映人和環境的關係，同時也承載著生活和回憶。

食，就是文化。人在太空吃的食物也應如此，或至少，大家希望它們未來會如此。

據義大利太空人 Paolo Nespoli 回憶，他在國際太空站最開心的時刻是從太空看義大利加爾達湖上空的雲，他和《Wired》分享了當時拍的照片：

這（雲）看起來就像瑪格麗特披薩，下一張照片，這（雲）看起來就像四季披薩。

之所以看什麼都像披薩，除了因為 Nespoli 思鄉，同時也在於太空伙食，真心難吃。

艱苦奮鬥太空人：香的脆的好吃的，都與我無關。

如果有同事斗膽在辦公室吃臭豆腐或榴槤，除了被投以殺千刀的怨恨目光，可以開窗開門通風換氣，吹走那可怕的氣味。但在太空可不行。

雖然國際太空站有空氣過濾系統，但食物的味道至少會飄浮在空氣好幾個小時。美國前太空人 Clayton C. Anderson 採訪時說：魚類食品的味道通常最刺鼻，尤其是美國版的海鮮秋葵湯。太空任務時，很多指揮員會點名禁止吃海鮮秋葵湯，正是因為它那獨特且讓人討厭的味道。

這也是為什麼，在 NASA 的「飛行材料驗收部門」裡有一個小組，專門負責審核那些要送上太空的食物的味道。

味道濃烈程度評級依次為 0~4 五個等級。常規來說，研究人員會將食物放到專門容器裡，捕捉氣味，接著直接注入氣味評測員佩戴的專門面罩。味道超過 2.5 級的食物都不能上太空。

對食物氣味的嚴格管控，除了是為了不讓國際太空站長期飄著難聞氣味，更是因為太空人的嗅覺還充當重要「危險檢測工具」：我們第一線檢測還是靠人類的嗅覺。雖然我們曾和一些公司合作研發探測器，但最後還是發現人類嗅覺才是對有害氣體最敏感的探測器。

Susana Harper 說，她是「飛行材料驗收部門」管理者。

為了阻止食物留下任何意料之外的氣味，國際太空站的食品通常都是以「一人一頓」的量來包裝，太空人吃完後處理好包裝袋就完了，不會因食品遺留變壞而製造出更古怪的味道。

除了「不香」，太空人吃的食物的口感也很單一，基本上都是「糊狀口感」，主要是為了防止太空人吃著吃著會有碎屑趁機飛走。

前太空人 Scott Kelly 曾在回憶錄透露讓人哭笑不得的故事：義大利太空人 Samantha Cristoforetti 告訴他，有一次她在空中看到像糖果的飄浮物，於是一口吃下去，結果發現那是垃圾。

1960 年代，第一位繞地飛行的太空人 John Glenn 執行任務時，吃的就是從像牙膏條裡擠出來的牛肉醬和菜泥，而壓縮成小塊狀的玉米片碎外層也裹了一層明膠，以防製造碎屑。

從阿波羅時期開始，NASA 轉提供太空人「脫水蔬菜」，太空人吃之前得先用注射器把水注入食物，擠壓攪拌，就跟泡麵的脫水蔬菜有點像。此外，經高溫處理的「濕包」也開始出現，只需加熱即可食用。

所幸現在的美國太空人都有固定配額的「個人精選」食物，讓大家挑菜單外自己喜歡的食物，如巧克力、花生醬等。

雖然現在太空人能選擇的食物類型不斷增加，保鮮技術也有提升，但無法否認的是，食物處理和保存時都會流失營養，且無法解決大部分食物還是難吃這個問題。

而「難吃」，可是很嚴重的。

正因為營養流失，太空人要吃夠多量食物才能確保攝入營養足夠，但難吃，卻讓他們沒有食慾，最終可能引發體重減輕和肌肉減少及一系列心血管疾病。

短期任務還能撐一下就過去，但未來動輒以年為單位的星際旅行，又該怎麼辦？

我們走得越遠，食物就越重要——按現在的技術來說，從地球坐太空梭到火星，大概要 8~9 個月。如果你覺得今年宅在家兩、三個月已經很崩潰，大概就能想像「太空隔離」會多難受，更別說無法吃到美食。

隔離和空間限制時，食物的重要性會大大提升，因為其他滿足感的來源都切斷了。

擔任 NASA 顧問的人類學家 Jack Stuster 說。管理海上石油鑽井工程和南極研究站團隊負責人也表示，隔離和遠距計畫下，食物和效率、士氣直接相關。

這也是為什麼海軍艦隊和導彈潛艇團隊，不僅得盡量吃好，餐桌還得鋪上桌布，讓環境更宜人。

現在太空人吃方面最大的快樂，可能就是「太空生菜」了。

2014 年，美國配給國際太空站一個植物種植艙 Veggie，從此，美國太空人的日常工作又增加一項──種菜。

一般來說，紅羅馬生菜的種植週期為 33~56 日，成熟後一半生菜會保存起來做研究，另一半就是給太空人吃。

同時，種菜還有利於太空人的心理健康。前太空人Scott Kelly 曾透露，他沒想過在太空站種花對他會那麼重要：

我開始渴望自然，綠色、新鮮泥土的味道，還有陽光灑在臉上溫暖的感覺。我從來無法想像在國際太空站的種花實驗對我會那麼重要。

這下，種生菜不僅能帶來快樂，還能製造好吃的菜。

雖然種菜很好，但從產量看，最多只能當「零食」。MIT Media Lab 旗下「太空探索計畫」，負責美食研究的 Maggie Coblentz 想設計出日常為太空旅行者帶來營養和快樂的食物。

在她看來，要達成這個目標，不僅食物好吃，關於吃的一切都要考慮。

因為終有一天，食物不再是我們寄託思念地球的載體。我們不會在太空想念披薩，而是開始享受只有在太空才能品嘗的美食，在這個時候，屬於太空的飲食文化才真正形成。

這個新的飲食文化，也能幫助我們離開地球後好好發展。

這個階段，Coblentz 正在試驗做太空「分子美食」。因為很多太空人回報在太空口味會更重，因此，很多食物的設計都嘗試加強氣味和味道刺激。

品嘗美食前，得先戴著特別為 0 重力設計的進食頭盔。

Coblentz 設計太空餐是從「聽」和「聞」開始：在耳機裡播放炸洋蔥的聲音，打開熏香盒子散出牛油洋蔥和蔬菜的氣味，讓烹飪食物散發的氣味和聲音刺激食慾。

此外，還有香檳味的「跳跳糖」，刺激舌尖，將味覺從原本被糊狀食物悶住的狀態釋放。而海藻「魚子醬」提供營養同時，透過「咬破」動作，釋放大量食物香氣。

除了這些產品，「太空探索計畫」還舉辦公開競賽，邀請各界為未來太空旅行想菜單，發明新食物。

去年底，以色列科技公司 Aleph Farms 開始嘗試在太空培育肉細胞，這也是人類首次在零重力環境嘗試培育肉細胞。

在日本，聯合 30 多家企業的 Space Food-X 聯盟，更研究設計太空旅行整體性從用餐環境到食物本身，希望 2040 年前做出可持續的食物系統。

人們對太空食物的興趣，似乎又有一波新高潮要來。這也許和近年重燃的太空旅行熱潮有關。

隨著越來越多國家和企業再次燃起對太空旅行的興趣，環境問題也讓很多人相信，離開地球到另一個環境生活是不可避免的趨勢。

星際旅行，似乎不再那麼遙遠，與之配合的「服務業」蓬勃發展也合情合理。

有生之年，也許我們真能體驗到星際旅行，到時身為「休閒旅客」，可不想像太空人一樣「吃苦」。

我們出發探索月球，卻發現了地球。

在月球拍下《地出》這張著名照片的太空人 Bill Anders，完成任務 50 年後曾這樣評論。

而現在，為遠行準備食物的我們，也在嘗試離開地球的過程，重新思考原本的「食」文化究竟意味著什麼。

太空人 Cady Coleman 回憶，在國際太空站執行任務時，所有隊員每週五晚上都會聚在一起面對面吃飯，雖然這意味著大家得一起出力維持桌子平穩，甚至因此壓出瘀青，但聚會就是有種讓人無法拒絕的吸引力。

然後，他們會問夥伴看似最沒用卻最人性化的問題：你今天過得怎樣？

《為太空旅行做準備，歐洲太空總署想讓你一覺醒來到火星》（愛范兒 2019 年 12 月 01 日）报道：

要說打臉的速度，大概沒人比 ESA（歐洲太空總署）快。今年 6 月，ESA 發表一篇部落格文，潑了馬斯克的火星殖民計畫、NASA 登陸火星計畫一盆冷水。ESA 認為，前往火星的路上輻射太高了，現階段不可能把人類送上火星。

但過了沒多久，ESA 又出來放話，表示已有對策，不僅能讓太空人減少輻射吸收，甚至還能應付一串前往火星會遇到的問題。

看 ESA 的解決方法之前，讀者不妨先了解一下，到底在去火星的路上，會遇到什麼難題。

離家很遙遠

今年 11 月 15 日，澳航「日出計畫」第二次測試航班 QF7879 平安降落雪梨機場。

之所以成為「日出計畫」是因為這趟航班是倫敦直飛雪梨航班，旅客將飛行 19 小時 19 分鐘，並會在飛機上看到兩次日出。這也是目前世界最長的直飛航線。

如果說完成這條航線的旅客是「鐵屁股」，那完成這次火星之旅的太空人，應該就是「超合金屁股」，因為去火星的路，比這遠太多了。

每經過 26 個月，就會出現一次到火星的最佳期，此時地球和火星之間會出現最短距離──5,700 萬公里。

以目前的航太飛行器平均時速 5.8 萬公里來算，約需 983 小時，也就是大概 40 天能飛到火星。

聽起來不算多，因為這是直線飛行的距離，而不幸的是，我們的太空船不可能這樣筆直向火星奔去。

目前從地球飛向火星的軌跡是稱為霍曼轉移軌道的橢圓繞日軌道。太空船需要經歷加速逃離地球引力、減速被火星擷取、最後繞火星減速飛行並最終著陸火星表面 3 個過程。

根據估算，旅程約需耗時 260 天，也就是 8~9 個月。

目前太空人每次上國際太空站也只會待大概 6 個月，在太空待過最長時間的是太空人瓦列里·波利亞科夫，他在俄羅斯氣象站創下連續工作 437 天的紀錄。

當然這無法比較，因為太空站的條件，比起去火星的旅程要好得多。

聊天有 40 分鐘延遲，還容易成為「神經病」

首先由於距離遠帶來的另一個問題，就是溝通。

前往火星的路上，太空船和地球的通訊會延遲，根據 NASA 資料，延遲平均在 20 分鐘左右，且走得越遠，延遲也越高。

這也就意味著，太空人每說一句話，需等 40 分鐘才能收到回應。

加州大學舊金山分校精神病學名譽教授尼克·卡納斯博士專門研究太空人執行工作時的心理表現，他表示：和家人即時溝通，對太空人來說是非常難的事。如果將這個功能拿走，對太空人十分殘忍，並會對太空人的心理造成極大影響。

更重要的是，溝通延遲也意味著太空人面對生理和心理突發狀況時，將無法得到即時支援。這種遠在數千萬公里以外的孤立無援帶來的壓力，即便太空人的心理素質再強大，也很難受得了。

之前俄羅斯科學家也透過名為 Mars 500 的試驗，模擬密閉空間、通訊延遲對太空人的心理影響。

科學家選擇 6 名世界不同國家的成年健康男性，並將他們「關」在模擬前往宇宙太空船的密閉空間長達 520 天。

參與實驗的 6 名男性，與真正的太空人一樣，全部具備工程和軍事背景。他們待在密閉空間的 520 天中，也需要模擬進行太空實驗及例行維護。

另外，在密閉空間，參與實驗的人將會全程體驗明暗循環隔絕、通訊延遲等。

最終測試結果顯示，一名測試者大部分時間都是輕度至中度憂鬱狀態，兩名測試者的睡眠週期異常，還有一名長期失眠及莫名的身體疲憊。

科學家還發現，這些消極的心理狀況會傳染。

壓力指數最大的測試者及長期失眠的測試者，參與多人合作的工作時，多數會與其他測試者產生衝突，最終導致工作耗時變長，甚至失敗。

不僅如此，由於生理和心理因素造成睡眠品質下降，之後還會演變成嗜睡症及功能性睡眠喪失。不斷下降的睡眠品質與不斷上升的睡眠時間，讓整個團隊的氣氛昏昏欲睡，死氣沉沉。

缺乏重力，還會引發腎結石？

大家都知道，去火星的路上一大殺手，就是太空輻射。脫離大氣層保護之後，太空輻射對人類的 DNA、細胞和組織架構都有嚴重威脅。

NASA 其實一直在研究慢性放射暴露如何影響大腦功能。他們曾和加州大學歐文分校的 Charles Limoli 博士及團隊，將小鼠暴露於模擬宇宙輻射的帶電粒子下。

結果他們發現老鼠大腦出現結構性變化，例如降低神經元分支架構的複雜性。此外，小鼠還表現出行為改變，包括記憶力減退、焦慮增加和執行功能減退等。

其實影響生理健康的還不只輻射，缺少重力也是一大問題。

飄浮在空中看起來很好玩，但實際會導致肌肉萎縮和視覺感知改變等嚴重的生理問題。

科學家湯瑪斯·威廉還認為，長期處於失重狀態，其實很容易引起腎結石，且還能引發一系列如尿路感染等問題。

既然醒著時就有這麼多危險，不如一路睡去火星吧

1999 年，放射科醫生 Anna Bagenholm 博士在挪威滑雪時不慎掉入冰凍的溪流。她被救出來時，已在冰裡泡了足足 80 分鐘。送到醫院後，她已沒有呼吸脈搏，體溫降到 13.7°C，基本上宣告死亡。

但當時醫生沒有放棄，而是將她接上體外維生系統，不斷為她供應溫暖的血液。最終在 100 多名醫護人員經歷 9 小時搶救後，把 Anna Bagenholm 成功救回來了。即便日後還是有腦損傷等後遺症，但 Anna Bagenholm 的搶救案例依舊視為醫學奇蹟，收錄至《刺胳針》期刊。

她的主治醫生、奧斯陸國家醫院教授 Petter Andreas Steen 博士認為，此醫學奇蹟之所以發生，與她之前在低溫下保持緩慢的新陳代謝，進入類似「冬眠」有密切的關係。

其實數十年來，人們對「人類冬眠」的探索從未停止，無論是科學，還是電影。太空人進入睡眠艙倒頭大睡，一覺醒來到達目的地，這樣的劇情，相信很快就不只在電影可看到了。

為了避開太空人前往火星的路上遇到各種生理和心理問題，ESA 正研究怎麼讓太空人進入「冬眠」狀態。

儘管人不會真的冬眠，但是透過適當降低溫度，使人進入新陳代謝更遲緩的「昏迷」狀態，確實有許多好處。

根據 ESA 資料，進入休眠狀態後，新陳代謝率約降低四分之三，研究表明，太空輻射對生理的影響都大大降低。另外在這種長期保持平靜的狀態下，心理健康也不容易因孤獨和空間封閉被影響。

更實際的是，太空人吃得少，需要帶的食物也變少了，太空船還能飛快一點。

根據 ESA 發表的方案，太空人需要模擬動物冬眠前的準備期，先「管住腿，張開嘴」，增加體內脂肪含量以儲存能量，然後再用特殊的藥物進入深層睡眠狀態。這種狀態會持續 180 天左右，並在前後設立適應期。

ESA 並非說說而已，甚至已設計出專門的冬眠艙，並公布草圖。

冬眠艙分為 6 人和 4 人兩種艙型。6 人艙為直徑 5.9 公尺、高 5.3 公尺的圓柱體，分為生命保障、居住、儲藏、工作等 9 個系統隔間。

ESA 還表示，會為太空人配備 AI 管家，幫助太空人冬眠時監測太空船。

當然，ESA 面前的困難還有很多，包括如何保障冬眠技術絕對安全、如何讓太空人長期睡眠後身心都能迅速適應環境並投入工作、如何確保 AI 能在人類「缺席」時接管所有工作等，這些都需要經過漫長試驗驗證。

但 ESA 似乎對此技術有相當大的決心，表示：我們研究了如何讓太空人團隊進入冬眠狀態、在緊急情況下該怎麼辦、如何處理人身安全及冬眠會對團隊心理產生什麼影響，最後，我們建立了睡眠艙初步草稿，相信在 20 年內，就能讓人類登陸火星。



【106、我国发现“新大陆”，美国一反常态，站我国这边：谁发现就是谁的】


2021-04-14 国际视角资讯

导语

地球是非常神秘的星球，直到现在，我们人类仍然没有探索全部的领域，地球上还是有很多神秘的领域，因此，对于某某发现新大陆那必定是世界级劲爆性的新闻。但这一次，我国卫星探测到“新大陆”，美方却一反常态直接表示：中国发现的那便是中国的！

发现新大陆

人类对于地球也并非就全面的认知，地球上除了国家领土以外，随着时间的推移，也可能发现一些新的领域。当我国的太空中，放置卫星以后，我国便能够从外星上看到地球上的场景。卫星不仅可以随时勘探地球上的一些景象，而且有时候还能够发现新的事物，比如这一次，我国便在太平洋地区发现了“新大陆"，而美国这一次一反常态，称我国发现的新大陆就应该归属于我国。

美国：“新大陆”属于中国

我国卫星在太平洋地区发现了新的“大陆”，而美国这次却一反常态，称我国发现的大陆，就应该是我国的。为什么美国会站在我国角度上支持我国呢？

可不要以为美国以往对我国的压迫终于想开了，想要与我国友好相处，其实，这一次发现的大陆，并不是真正意义的的土地，而是世界各国丢弃在太平洋的垃圾，长久以往，这些垃圾联系在一起，面积非常的大，让卫星都不禁认为这是新的土地。

结语

海洋垃圾对于海洋里的生物们来讲是非常致命的“武器”，没有手等部分的支撑，这些垃圾如果沾染上鱼类，那便是跟随一辈子，对于鱼类的生长也非常限制，因此，近些年来，我国也在不断地打捞海洋垃圾，想要通过正确的方式合理处理垃圾，而不是任意丢弃海洋，这对于人们的生存环境都是非常不利的表现。



【107、我们为什么要寻找脉冲星】


2018-07-28 分享

在宇宙天体中，有许多像太阳一样的恒星，恒星和人类很像，会在经历各种变化以后走向消亡。最终，恒星会变成三种物质：第一种是白矮星（特指密度较小的恒星）；第二种是黑洞（特指密度最大的恒星）；而处于这两者之间的第三种物质则被称为中子星。而脉冲星，就是中子星当中，在进行高速自转，发出脉冲信号的星系。

脉冲星，又称波霎，是中子星的一种，由恒星演化和超新星爆发而产生，因发射周期性脉冲信号而得名。脉冲星如同飞轮般高速旋转，在旋转过程中，其磁场形成强烈的电波向外界辐射，对观测者来说，就像周期性的脉冲信号。同时，它能够发出一个非常稳定的周期信号，就像我们的心跳或者脉搏一样，不同的脉冲星它的周期频率也不一样，科学家们根据这些不同的周期信号来源，对这些天体进行判断和辨识，这是科学家们研究脉冲星的一个重要方法。脉冲星有很多很特别的特性，虽然它的密度不是由宇宙中最大的恒星演变而来，但是重量却十分惊人，1亿吨重的脉冲星物质竟然只有1立方厘米大小！这个质量可以说是非常惊人了。

曾经，我们的祖先，利用北斗星座来辨识方向，这是由于在黑暗的夜晚中，北斗星座不会随意地改变自己的位置。同样的，脉冲星也拥有这样类似的特点。一方面，脉冲星具有非常明显的特征，十分容易被人所认出；另一方面，在几亿年的宇宙时间中，脉冲星也只产生了极其微小的变化，它的稳定性是毋庸置疑的，因此，它有一个外号——“宇宙灯塔”。脉冲星作为一个恒星在宇宙中的定位，位置十分精准，科学家们常利用脉冲星的绝对时空基准特征来实现宇宙中的定位。

脉冲星是死亡恒星的一种，属于高速自转的中子星。这种脉冲信号，就像灯塔发出的光，以至于脉冲星最初被发现时，一度被误以为是外星人寻找宇宙其他生命的信号。脉冲星的本质是中子星，具有在地面实验室无法实现的极端物理环境，是理想的天体物理实验室，科学家们对其进行研究，期望得到许多重大物理学问题的答案。另外，脉冲星的自转周期极其稳定，它的准确性为许多重大科学及技术应用提供了理想方法。

《宇宙中的灯塔——脉冲星》（天问专栏2018/04/26）报道：

它会一闪一闪地略过我们的眼球。

X-射线观测到的蟹状星云，它是超新星爆发留下的遗迹，遗迹中心发现了一颗脉冲星，中国古人在《宋史志》中对这次超新星爆发事件有详细记载。

《脉冲星是怎么被发现的？它（们）是中子星吗？产生脉冲的机制又是什么？》

天问专栏第二十期，带你领略宇宙中的灯塔——脉冲星的风采。

撰文 | 李柯伽（北京大学）；责编 | 吕浩然

1967年，Jocelyn Bell还是剑桥大学的一名博士生。她从导师Antony Hewish那里领取了一套包含钳子、断线钳、螺丝刀等的工具包后，就把大量的时间花在了建造Mullard天文台的行星际闪烁阵列上。

射电天文学家自己建造观测仪器是一个传统。最早大约是来源于卡文迪许实验室的Martin Ryle等人。这个传统后来或多或少被传承了下来。在行星闪烁阵列建成以后，这个仪器开始大量地获取观测数据。在计算机还不发达的上世纪六十年代，Bell每晚都要分析将近30米的记录纸带。

那年秋天，Bell注意到：每天同一恒星时，这个阵列都会从天上的同一个位置接收到一些看似像干扰的无线电信号。如果这个信号是地面上的无线电干扰，那么干扰发生的时间需要正好补偿地球围绕太阳的公转效应。这也太离奇了！要是假设这个信号不来自于地球，而是来源于远方的天体，那么整个事情似乎要更合理一些。

到了11月份的时候，Bell和整个团队终于开始了系统地探索这个奇怪的信号。为了看清楚信号的细节，他们找来了高速纸带记录仪。这一下更令人吃惊：这些信号是间隔1.33秒的、非常有规律的脉冲信号。Hewish决定在搞清楚大致情况之前先暂时保守这个秘密。

如果这个脉冲信号是来源于太阳系之外的，那么由于地球围绕太阳公转，望远镜相对信号源的速度就会以一年为周期而变化。脉冲信号的周期由于多普勒效应（编者注：观测到的频率随波源与观测者之间的相互运动而变化，如行驶中的火车所发出的鸣笛声的频率在地面观测者听来是不断变化的）也将有相应的改变。

经过几个月的数据积累，他们发现，信号周期在小数点后第7位上发生了改变，并且测量到的改变量与地球围绕太阳运动引起的多普勒效应之预言完全一致。信号的来源至此确定为太阳系之外！

那么，这个奇特的无线电脉冲信号源，究竟是在银河系内还是在更远的地方呢？

我们都知道，当白色的光穿过玻璃棱镜的时候，就会被分解成不同颜色的光（色散效应）。这个效应起源于不同频率的光和玻璃（介质）中电子的相互作用。由于这种作用，不同频率的光在介质中的传播速度是不一样的。

类似地，银河系里也充满了大量自由的电子，无线电波在这些“星际介质”中传播时，也会发生色散，而不同频率的无线电脉冲信号到达地球的时间也会有差异。理论上，脉冲到达地球的时间差正比于电磁波信号在传播途中遇上的电子数量。

上世纪六十年代，人们对银河系中的电子密度已经有了大概的了解。Hewish和Bell测量了不同频率的脉冲到达地球的时间差，然后再结合银河系电子密度的信息即能推测出新发现天体的距离。

最后的结论是这个脉冲源位于银河系内。Hewish和Bell还能进一步修正了色散的影响。通过调整不同频率的脉冲信号延迟，让这些脉冲对齐以后，脉冲比之前看到的还要窄一些：宽度大约为16毫秒。而光在这个短短的时间里只能传播4800公里。

这个结果也表明，这个未知星体必定不会太大。如若不然，来源于星体前方和后方的脉冲到达地球时间就会不一样，从而加宽观测到的脉冲信号。由脉冲宽度得知，这种星体的大小必须小于4800公里。至此，Hewish和Bell找到了一种发射无线电脉冲的、周期非常准确的、在银河系内且非常小的天体。

他们给这种天体取了个名字——脉冲星。脉冲星的英文单词是pulsar，是pulse（脉冲）和star（星星）的单词组合。然而最初脉冲星曾用LGM来标记，因为Bell和Hewish很难抗拒拿little greenman（即“小绿人”，外星人的戏称）作为名字开一个玩笑。但是这种天体的本质，Hewish和Bell却未能确定。

这么小的天体有四种可能：行星、白矮星、中子星和黑洞。然而信号中异常稳定的1.3秒脉冲周期只能和星体自转联系起来；行星无法旋转那么快，否则星体自身的引力无法提供足够的向心力，从而导致星体瓦解；黑洞没有固体表面，难以实现稳定的1.3秒脉冲周期，基本也能够被排除在清单之外；而1982年发现的，转得更快的毫秒脉冲星[6]则彻底排除了白矮星的可能性。唯一剩下的可能对象是“中子星”。

脉冲星是中子星吗？

中子星的概念在发现脉冲星的时候已经静静地躺在文献的长河中超过了30年。Baade和Zwicky在上世纪三十年代的时候为超新星的起源头痛不已。Zwicky认为新发现的中子可能是他们模型中缺少的一环。Baade和Zwicky猜测到，晚年的恒星用完了能源，发出的光越来越弱，星体内的物质缺少了来源于光的压力，无法对抗自身强大的万有引力。此时恒星开始向内塌缩，中心则越来越密而转化为中子物质，进而释放能量来驱动超新星。

1934年他们在会议上向相关的研究人员报告了这个想法[7]，尽管超新星这个概念马上被接受了，但是中子物质形成星体的概念以及其它猜测却几乎没有人相信。

现在看来，Baade和Zwicky的工作极具前瞻性，他们通过现象学的方法直接跳过复杂的理论论证而得以直接探讨天文现象的起源。在他们的猜测后又过了四年，Landau尝试找到恒星发光的能量来源[8]。他猜测氢元素可以在高压下相变为中子物质，从而释放足够的能量来支持恒星发光。

这个猜测后来被证明是错误的。但是“由中子之间的压力来抵抗自身的万有引力，从而形成稳定的天体”这个概念却被建立起来了。只是在很长一段时间内，人们并没有意愿去寻找这种所谓的“中子星”。Oppenheimer和Volkoff在1939年仔细算出了中子星的大小[9]——也就几公里到几十公里，大体和北京市大小相当。

传统的天文学家没有寻找这类星体的动力。因为，中子星太小，表面积也就很小，给定温度以后，发出的光学辐射也少得可怜。地面的光学望远镜看来是没有什么机会能够看到。

不过在现在看来，光学天文学家不利用望远镜去观测它们是件很遗憾的事情。蟹状星云中心的天体是一颗光学可见的脉冲星。按照上世纪三十年代的猜测，这个地方将是非常适合搜寻脉冲星的。而五十年代有人在做目视观测的时候曾经报告过这个蟹状星云的光学脉冲，但遗憾的是，这些现象都被忽略了。

Hewish和Bell的工作第一次证明了这类致密天体的存在。因为这个发现Hewish获得1974年的诺贝尔物理学奖。对于Bell来说，事情似乎没有那么公平，她并没有在获奖名单中，尽管她事后对此保持相当的低调。脉冲星领域相当多的研究者为此打抱不平。不过诺贝尔物理学奖的官方说法是因为这次奖励是鼓励无线电天文发展，而不仅仅是脉冲星。

我们已经讨论了脉冲星的可能对象，并猜测应该是中子星。可是我们目前并没有完全的证据来证明，在脉冲星内部极高的压力下，简并（相互排斥的）中子组成的中子星是必然的产物。不仅如此，真实的情况可能恰恰相反，Witten曾经猜测通过增加奇异夸克组份，能够形成更加稳定的原子核物质。

正因为如此，脉冲星里边可能是中子，可能是包含奇异夸克的重子物质，还可能是某种夸克集团。因此，对脉冲星的观测可以用于探索在极高压强下原子核物质的物理规律。

原子核及重子物质相互作用的规律在物理学上被称为强相互作用。这是一种非常基本的物理过程，在整个物理理论框架中举足轻重。温度很高的时候，强相互作用理论可以通过粒子加速器-对撞机的数据进行探索。但在“低温”的时候，强相互作用理论变得非常复杂，而地面实验却没有太好的数据来对理论进行检验。脉冲星则是目前已知的提供这些核物理信息的理想天体物理实验室。

脉冲星辐射来源之谜

但是为什么中子星会有无线电辐射呢？这个问题截至今日仍没有一个令人满意的答案。

脉冲星周围的物理条件和我们日常生活或者实验室中见到的条件实在差得太远。中子星表面的磁场和引力场都远远超过地球上能达到的条件。例如地球表面的磁场大约为0.5高斯（磁场强度单位），日常生活中的强磁铁表面的磁场大约能达到1万高斯，而一般脉冲星表面的磁场能够达到1012高斯；地球表面的重力加速度为9.8米/秒2，这个值被称作1g。方程式赛车的最大加速度大约为5g，实验室中使用的高速离心机产生的地面最强的加速度也仅仅为四百万g，而中子星表面的重力加速度可以达到约1012g。中子星周围的物理条件注定和实验室的“常识”相去甚远。可以想像脉冲星的辐射来源将和我们常见的辐射过程非常不一样。

从大图像上来分析，脉冲星的脉冲非常有规律，于是人们只能把脉冲的形成与星体转动联系起来。脉冲星的脉冲信号仅仅占到整个脉冲周期的10%左右，所以辐射应当是集中在一个面积很小的方向上。目前人们心目中的经验图像大概如图4，脉冲星从两个磁极流出带电粒子，然后形成了很细的辐射束跟随脉冲星一起转动，当辐射束扫过观测者的时候，就能看到脉冲信号。这个过程有点类似于海上的灯塔，发出的光周期性地掠过人们的眼球。

脉冲星从磁极两端喷出高速带电粒子，形成的辐射束跟随脉冲星一起旋转，当辐射束扫过观测着的视线的时候就能观测到脉冲信号。

但是带电粒子从哪里来呢？现在人们对带电粒子的起源有两个不一样的图像。这两个理论都依赖于脉冲星表面强大的磁场。在脉冲星旋转的时候，自身磁场就会产生相应的感应电场。

一种图像认为：在有强大的电磁场存在的时候，中子星附近的真空开始变得不稳定。来源于银河系或者中子星本身热辐射的光子进入到这种不稳定真空的时候会造成扰动，并转化为一对正负电子。这对正负电子在感应电场的加速下到达极高的速度，在磁场运动中产生新的辐射光子，并以此激发更多的正负电子对。这个过程很像雪崩，一旦触发了一点崩塌，就会一直维持下去。而这些来自真空的正负电子对的运动最终形成了脉冲星辐射。

另一种图像则认为初始真空无法形成，因为强电场会把星体内部带电粒子拉出来，从而形成稳定电流。脉冲星辐射则是这个电流驱动的。这两个图像都有一些观测证据的支持，目前还不知道哪个图像是正确的。至于带电粒子能否形成我们目前观测到的无线电波？以及无线电波的特性是否和观测一致？经过了40多年的研究，这些问题仍然是悬而未决。

脉冲星自身目前还有很多未解之谜， 一些很基本的问题也尚未解决。 然而它却是极度特殊和有用的天然实验室。在高能物理、引力物理、等离子体物理等多个方面，脉冲星都有独特的诺贝尔奖级别的应用。



【108、沃纳·冯·布劳恩】


网文《沃纳·冯·布劳恩》报道：

韦纳·马格努斯·马克西米利安·冯·布劳恩男爵（德语：Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun，1912年3月23日-1977年6月16日），出生于德国东普鲁士维尔西茨，德国火箭专家。二十世纪航天事业的先驱之一。曾是著名的V2火箭的总设计师。战败后，美国将他和他的设计小组带到美国。移居美国后任美国国家航空航天局的空间研究开发项目的主设计师，主持设计了阿波罗4号的运载火箭土星5号。NASA用以下的话来形容冯·布劳恩：“无庸置疑的，他是史上最伟大的火箭科学家。他最大成就是在担任NASA马歇尔太空飞行中心总指挥时，主持土星5号的研发，成功地在1969年7月首次达成人类登陆月球的壮举。”

中文名沃纳·冯·布劳恩外文名Wernher von Braun国籍德国，美国（1955年后）出生日期1912年3月23日逝世日期1977年6月16日毕业院校柏林工业大学职业火箭专家主要成就导弹之父出生地德国东普鲁士维尔西茨信仰福音派代表作品V-1火箭，V-2火箭，土星5号运载火箭。

个人经历

早年

1912年3月23日冯·布劳恩出生于德国的东普鲁士维尔西茨的贵族家庭。他的父亲马格努斯·F·冯·布劳恩男爵是魏玛共和国时期的德国农业大臣（1877–1972），母亲是艾米·冯·奎斯托普，其父母家族都有欧洲王室血统。冯·布劳恩是家中三个孩子中的老二，他的1919年出生的弟弟继承了父亲的姓名。在冯·布劳恩接受路德教坚振圣事后，其母赠予他一台望远镜，从此冯·布劳恩迷上了浩瀚星空。1918年维尔西茨划归波兰后，老冯·布劳恩全家迁往德国本土，并定居柏林。

1925年起，进入了魏玛近郊位于埃特斯堡的寄宿学校学习，在那里冯·布劳恩看到了火箭先驱赫尔曼·奥伯特的著作《星际火箭》，并开始对星际旅行深深着迷。1930年，冯·布劳恩进入柏林工业大学，成为赫尔曼·奥伯特的学生，不久参加了奥伯特创始的德国空间旅行学会，并很快成为董事会成员，并在此后协助奥伯特的液体火箭测试。1932年，冯·布劳恩大学毕业，还获得了飞机驾驶执照。受聘为瓦尔特·多恩伯格的主要助手。1934年7月27日，冯·布劳恩获得柏林洪堡大学物理学博士学位，导师为埃里希·舒曼。他写的毕业论文论述了液体推进剂火箭发动机理论和实验的各个方面。柏林洪堡大学把这篇论文评为最高等级——特优。这虽只是一篇毕业论文，但它对航天事业的发展意义重大。甚至在大约30年后，德国宇宙飞行协会还将该文作为其正式期刊的特刊重新出版。就这样，冯·布劳恩为自己的学生时代画上了一个闪光的句号，并开始迎接崭新的工作历程。

纳粹时期

1936年，布劳恩找到了合适的导弹试验基地——佩内明德，任技术部主任，开始研究新的武器计划、领导设计A－4（即V－2）火箭计划，即后来命名为V—2的导弹。

1939年3月23日，冯·布劳恩第一次见到了希特勒。布劳恩曾经听说，希特勒对现代技术和复杂的机器颇感兴趣。冯·布劳恩可以想象得到，没有希特勒站在他们一边，他们将会遇到许多难题，由于他在V—2火箭方面的成绩，在几年可怕的战争之后，希特勒授予他荣誉教授称号。1942年10月3日V—2首次发射成功。

当时，德国正在崩溃，同盟国节节胜利，冯·布劳恩则四处奔走，忙于进行一次几乎是不可能的撤退，以免有关人类将来征服宇宙空间的各种计划方案落入外人手中。不管有什么危险，不管要付出什么代价，必须在几天之内，把全体人员和智囊团、大量的技术报告、设计图、专利品、蓝图和工程图纸撤出来。他说：“我要不是这样的话，我想我就会成为老朽，我的脑子就会不管用，我就会退化……”

在空袭过程中，他只能在医院束手无策地等待空袭结束，这真是折磨神经的痛苦经历，他一手策划了整个佩内明德研制班子向美国人的投降行动。当他的国家——不管是对还是错——处于战争状态时，他已经作出最大努力，尽了他自己认为是爱国的义务，帮助它取得了一种强有力的新式武器。既然大局已定，这一切已成为过去，他认为自己新的义务就是从德国崩溃的废墟上，把对将来征服宇宙空间极其宝贵的贡献拯救出来，并献出他的本领，自愿地为美国服务。

就在这些德国科学家准备把家属接到美国时，冯·布劳恩写信向表妹玛丽亚求婚，并乘陆军的一艘船去德国结婚，随后把她带回美国。

美国时期

在美国决定对月球进行载人探险的日子里，对宇宙飞行和蓬勃发展的技术革命的哲学研究——即人类想要从事令人敬畏的征服宇宙活动的原因已经可以阐述得一清二楚了。在大多数美国人看来，开端与其说是吉利的，不如说是轻率的。肯尼迪总统宣布美国将在“这个十年内”实现载人月球着陆时，并不是为了科学目的，而是出于政治上和军事上的原因。前苏联在空间科学方面的进步使美国人丢脸，美国需要用这种方法来提高人民的信心。

布劳恩有时不耐烦地抱怨：“我常常听到这样的问题，‘我们为什么要搞人造卫星’，‘你们为什么要到月球上去？’提出这些问题完全无视人类生存的主要动机。事情很简单，我们掌握了技术手段，可以从事这些富有挑战性的工作。人类在重大的挑战面前从来是不示弱的。因此，真正的问题应该是‘我们为什么不这样做呢？’宇宙飞行意味着把人类的活动扩大到他自己居住的行星范围之外。”他还说：每个人都可以多讲一点道德学。人类一切科学上和工程上的努力，除非在与技术革命规模相称的道德标准范围内进行和利用，否则都是徒劳。技术越是进步，对人类的影响越是至关重大，如果世界的道德标准不能随着技术革命的进展而提高，世界就会产生大混乱。许多人并不希望我们搞大规模的航天计划，因为社会也要跟着遭受各种副作用之害。有人问我们努力想飞到月球和其他行星上去的目的时，我们也可以用法拉第被问及他研究电磁感应的目的时所提出的不朽反问来回答：“一个新生婴儿出生的目的是什么？”

冯·布劳恩还能用通俗易懂的话把人类为什么热心于征服空间的理由解释得一清二楚。在一次聚餐会上，一位面容严厉的副主祭说：“亚拉巴马两年来的旱灾，把我们的庄稼全毁了。你们用火箭把天上的云打得百孔千疮，把雨都弄干了，你们什么时候才住手呢？”布劳恩站起来说：“我知道，你对圣经很熟悉，对雅各的天梯的故事也很熟悉。天使们在天梯上爬上爬下。我们也是如此，如果上帝不让我们在他的宇宙里上上下下，他只要把天梯推倒就行了。”当时的掌声震耳欲聋。

1957年前苏联成功地发射了第一颗人造卫星，这令美国公众万分震惊，许多人担心，他们下一步大概要扔炸弹了。前苏联第二颗人造卫星被送入轨道，引起了对艾森豪威尔政府在航天时代固步自封的大量批评。公众的呼声发展成咆哮、怒吼。冯·布劳恩终于可以放手大胆实行他的航天计划了，他终于用丘比特—C火箭成功地把“探险者号”送入太空。亨茨维尔街道上载歌载舞，艾森豪威尔总统向冯·布劳恩颁发美国公民服务奖，到处都安排了庆祝活动，韦纳·冯·布劳恩成了一位民族英雄。第一次罗伯特·H·哥达德博士纪念宴会嘉宾云集，主宾埃丝特·C·哥达德夫人把第一枚镀金的罗伯特·H·哥达德博士纪念品赠给了韦纳·冯·布劳恩博士。后来，冯·布劳恩博士的班子转到国家航空航天局，发展大型“土星号”航天火箭。有了“土星号”这样巨大的运载火箭，可能还会有核动力用来进行深层空间飞行，冯·布劳恩对月球、甚至对火星进行载人探险的幻想就有可能实现了。

世界进入了一个新时代，航天时代到来了。冯·布劳恩办公室收到很多火箭爱好者的大量来信，大部分是青年寄来的。1959年11月16日，在华盛顿谢拉顿花园旅馆召开的美国火箭协会会议上，他终于决定为青年以及他们的实际火箭技术训练大声疾呼。他说：“青少年如饥似渴地追求知识，对那些能满足这种追求的人应该是一种鼓舞，对那些应该提供教育手段的人应该是一种挑战。”“教育是社会进步的保证，不要忘记，赛跑快者夺标，打仗强者得胜。”

1969年7月，通过一系列努力，布劳恩终于使人类登上了月球，许多人评论这是历史上最伟大的成就，人类最美妙的时刻。到70年代初，布劳恩以不懈的努力使阿波罗计划圆满成功。1972年7月，他辞去公职以后，平生第一次为一家私人公司工作。他盼望把他的大部分时间和努力用于促进各种卫星技术计划的发展——从野生动物保护到污染和海洋的石油溢出，乃至于提高海洋学和生态学的研究水平。

1975年8月，布劳恩大病一场，被严格隔离。但是健康的体格、坚强的意志使他很快又重返工作岗位。虽然他知道自己的病已很重，但他为自己的一生心满意足。“有幸几乎终生担负重任，以帮助实现自己童年时代幻想的人，你还能举出很多来吗？如果我明天就死去，我回顾自己的一生是充实的，激动人心的，深有报偿的。除了这，一个人还有别的什么可求吗？”

1977年6月16日，冯·布劳恩因大肠癌在弗吉尼亚州亚历山德里亚逝世，终年65岁，并被葬于当地的Ivy Hill公墓。

水星计划

冯·布劳恩计划设计出一架能够乘坐一名宇航员的“水星”号飞船，并把飞船送入轨道，检验宇航员在空间的活动能力，最后像飞机一样，把宇航员安全地载回地球。这一设想得到了美国宇航局的同意，并命名为水星计划。

实施水星计划的过程是艰难的。大力神火箭被定为把宇航员送入轨道的运载工具。但出师不利，几次不载人的试验接连失败。1960年7月29日的第一次试验，随着一声轰鸣，“大力神”拔地而起，直冲云霄。60秒钟后，火箭几乎到达参观者的头顶上空，并渐渐地沿着巨大的弧线轨迹飞向天际。突然，一声巨响，火箭一下子粉身碎骨。火红的碎片纷纷扬扬，似乎就要落到人们的头上，幸好火箭飞行的惯性把这些碎片冲到远方。这可怕的情景，使观看者们无不大惊失色。还有二枚携带“水星”飞船的火箭试验，一枚自行爆炸；一枚由地面遥控引爆，因为它错误地直奔圣彼得堡。

但是，冯·布劳恩和他的同事们并未因此而泄气。他们认真地总结试验失败的教训，比较前苏联火箭的长处，很快又研制出“水星－－红石”1A号火箭。这次试验终于获得了成功。按照冯·布劳恩的指令，在210公里的高空上，“水星－－红石”1A号飞船在预定的时间里脱离了运载火箭，进入大气层。随后，在距卡纳维拉尔角380公里远的地方安全着陆。

水星计划的大幕终于拉开来了。就在“水星”号发射和回收取得成功的同时，18个经过严格挑选的大猩猩正在进行着进入太空的模拟训练，它们将成为征服太空的开路先锋。大猩猩是自然界最接近于人类的高级动物，尤其是年轻的大猩猩，有着极强的模仿能力。在对18个大猩猩进行严格训练的过程中，一名叫哈姆的大猩猩表现特好，操纵机器的能力最强，在70分钟之内，它连续操纵7000次，误差只有28次。终于，哈姆登上了“水星－－红石”2号火箭飞上了蓝天。那一天，哈姆紧握着操纵杆，充分施展出它在训练时学到的东西，使“水星－－红石”2号飞船在太空中划了一个660多公里的大圆弧，安全地降落在预定的海面上。

水星计划取得了初步的成果。可是，就在这时，传来了前苏联尤里·加加林首次邀游太空成功的消息。为了与前苏联人开展太空竞争，美国宇航局和布劳恩等专家决定立即进行载人的航天飞行实验。但是，由于载人进入预定轨道飞行的条件尚不成熟，美国宇航局决定先进行像大炮炮弹那样作弹道飞行的亚轨道载人飞行实验，以完成载人轨道飞行前的实战学习。

1961年5月5日，艾伦·谢泼德身着臃肿的宇航服，在亿万双目光的关注中，钻进了“水星”飞船系列的“自由”7号，成为美国第一位进入太空飞行的宇航员。这次飞行非常顺利，全部飞行时间总共是15分22秒，其中失重状态5分4秒，飞行距离约480公里，飞行高度186公里。严格地说，这次飞行只是上升与下降，并未进入卫星轨道。但是，这次飞行却是美国第一次把宇航员送上了太空，它证明“水星”飞船的构造和性能已经达到设计要求，完全可以承担起载人轨道飞行的使命。

1962年初，美国宇航局宣布，不久就要进行第一次载入轨道飞行的实验，这是水星计划最高潮的一幕。

宇航员格伦被挑选为人类轨道飞行的第一人。格伦的当选，使得熟悉他的人激动不已。1959年，美国宇航局宣布计划在军队中招考一批宇航员，当时的约翰·格伦已经37岁，又没有大学文凭，按照规定，他就没有报考资格。然而格伦是一位倔强又自信的青年，凡他认定的事，不达目的，决不罢休。他居然说服了海军太空事务局，破格让他参加选拔。这次，从全美三军**挑选出了510名志愿应征人员，在经过了项目繁多的选拔考试之后，格伦终于被选定为第一批宇航员，而它总共才7名。

然而，发射的准备工作一开始就进行得不顺利，光是发射的时间前后就变更了10次，这对格伦的心理素质无疑是一种强烈的考验。他一次次地稳重地钻进飞船，又一次次沉着地从飞船中爬出来。他的身体虽然显得很疲惫，但他的脸上却依然显出一种昂扬斗志和坚定的信心。

1962年2月20日，“水星－－大力神”火箭总算狂吼着冲向了太空，准确地将“友谊”7号飞船送入了绕地球飞行的轨道。此时，格伦的心情激动不已，他正站在一个常人无可企及的位置上，观察着星辰的面貌、地球的容颜和日落的壮观。

忽然，格伦发现飞船出现向西甩的现象，虽然能很快地自动纠正，但每次纠正都要消耗大量的燃料。格伦很快判断出是驾驶器发生了毛病，没有办法，只得改由人力操纵飞行。这使预定计划中的两顿饭只好放弃了，预备拍的照片也大大地减少了，许多预定的观测工作也不得不停止。

“水星计划”控制中心的测航仪器忽然发出了警报：“友谊”7号头部的隔热层壳体松脱，变成半开状态。这是一个十分危险的故障。如果这个隔热层壳体在飞船进入大气层之前或进入大气层时全部脱落，那么飞船和空气间的巨大摩擦所产生的高温，就会把整个飞船熔化掉。这一不幸的消息，使得地面控制中心的工作人员焦急万分，他们立即投入到紧张的研究之中，试图找出挽救的办法。此刻的格伦，正全神贯注地在太空做着各种试验和观测，而对于就要发生在眼前的危险却全然不知。

“保留反射火箭箭座。”来自地面指控中心的指令把陶醉于实验之中的格伦一下子惊醒了过来。“这莫非是一个反常的指令？”他感到事情有些不好。“请解释一下指令。”格伦向地面询问。

“请速发射反射火箭，切记保留箭座，否则隔热层壳体将会脱落，并速速返回。”从地面上传来了艾伦·谢泼德焦急的声音。

格伦一切都明白了，但他却表现出极大的冷静和镇定。他开始集中精力，严格按照地面控制中心的指令执行。

还是地面专家们的判断正确，他们提出的方案发挥了重要作用。当飞船头部的反射火箭射出之后，由于保留了位于飞船头部中心的火箭底座，使箭座上的三条箍子箍住了隔热层壳体。随着大西洋一根水柱的激飞，格伦安全地回了地球的怀抱。显示屏上清楚地显示，轨道飞行绕地球三圈，历时4小时55分23秒。

当格伦被人们从船舱里救护出来时，在场的人们一下子狂欢起来，欢呼之声响彻云霄。至此，水星计划画上了一个完美的句号。 

个人荣誉

1944年获德国带剑骑士战功十字勋章

1959年入选英国星际航行协会荣誉成员

1967年获史密森尼学会航天先驱奖章

1969年获NASA杰出贡献奖章

1970年获世界公民奖

1975年获德国技术科学最高荣誉：魏纳奖

1975年获美国国家科学奖

年表

1912年3月23日生于德国维尔西茨（今波兰维日斯克）。

1932年毕业于柏林工学院。

1934年获柏林大学物理学博士学位。

1932年受聘于德国陆军军械部，作为W．R．多恩伯格的主要助手从事火箭研究。

1934年研制A－2火箭，并在库默斯多夫附近的试验场试射火箭成功。

1937年转到佩内明德研究中心，任技术部主任，领导设计A－4（即V－2）火箭。

1945年德国投降，布劳恩到美国陆军装备设计研究局工作。

1950年转到红石兵工厂研制弹道导弹。

1956年任陆军弹道导弹局发展处处长。在他的领导下先后研制成功“红石”、“丘辟特”和“潘兴”导弹以及“丘辟特”C火箭。

1958年1月31日，用他设计的“丘比特”C火箭（改名为“丘诺”1号火箭）成功发射了美国第一颗人造地球卫星“探险者”1号。

1958年10月，布劳恩成为新建立的国家航空航天局的领导成员。

1960～1970年任马歇尔航天中心主任。1961年任J．F．肯尼迪总统的空间事务科学顾问，分管“阿波罗”工程，领导“土星”号运载火箭的研制工作。

1969年7月，用他领导设计的世界上最大的火箭（“土星”5号火箭）第一次把人送上了月球。

1970年他担任美国国家航空航天局主管计划的副局长。

1972年辞去副局长职务，担任费尔柴德工业公司的技术发展副经理。

1977年6月16日，因大肠癌于弗吉尼亚州亚历山德里亚逝世。



【109、先锋号：仍然在轨运行的世界最早科学卫星】


BBC 2017年10月31日

在位于德国达姆施塔特（Darmstadt）欧洲空间运行中心（European Space Operations Centre）的办公室，空间碎片专家蒂姆·福楼赫尔（Tim Flohrer）对约23,000个目前围绕地球轨道运行的编目对象进行跟踪分析。这些跟踪对象包括航天器和卫星，其中一些仍在服役，还有些则已废弃不用，此外还包括被丢弃的子火箭以及零碎的空间硬件等。所有这一切都是60年空间探索的结果。

通过由美国太空监视网（US Space Surveillance Network）（主要充当美国的预警系统）传输的雷达数据和从光学望远镜观测到的资料，福楼赫尔要确保这些空间垃圾不会令运行中的航天器处于危险之中。

在我们谈话之前，我请他检查了一下编号为1958-002B的观测对象，也就是我们所知道的先锋1号（Vanguard 1）卫星。1958年3月发射时，这个葡萄柚大小的闪亮金属球体被送到一个高椭圆率轨道。如今，它仍然在那里，以650至3,800公里（406至2,375英里）的距离围绕地球运行。

福楼赫尔说："早期的卫星，例如斯普特尼克（Sputnik），都已经重新进入了大气层。但我估计，先锋1号将继续留在轨道上，如果不是上千年，那也将会还有几百年。"

先锋号卫星由美国海军研究实验室（NRL）于1955年构思，是美国首个卫星项目。先锋系统包括一颗三级火箭，其目的是发射一颗民用航天器。火箭、卫星和宏大的跟踪站网络将成为美国对1957-58年国际地球物理年（International Geophysical Year）献礼的一部分。这一国际性科研合作涉及67个国家，包括铁幕（Iron Curtain）两方的国家。

"这并非是一场太空竞赛，" 美国海军研究实验室历史学家安吉丽娜·卡拉汉（Angelina Callahan）说。"美国不会隐瞒卫星的发射和预期目的，而苏联总是试图保密。"

因此，当苏联在1957年10月4日发射斯普特尼克时，全世界可谓猝不及防。卡拉汉说："美国卫星研究团队对斯普特尼克1号卫星有着诸多失望，因为在这一国际合作关系中，他们的合作伙伴并未告诉他们要发射一颗卫星。"

火箭

用于先锋号卫星发射的火箭其设计基于德国的V-2火箭系统——位于华盛顿特区的美国航空航天博物馆（National Air and Space Museum）冷战火箭策展人汤姆·拉斯曼（Tom Lassman）表示："斯普特尼克造成了巨大的恐惧。"在该馆位于杜勒斯机场（Dulles Airport）附近的乌德沃尔哈齐中心（Udvar-Hazy Center），展示了与先锋1号卫星相同的"飞行备份"。

"斯普特尼克的成功发射让军事领导人意识到，苏联可能会通过导弹袭击我们。"在苏联发射卫星后的几周内，艾森豪威尔政府向美国海军施压，要求他们尽快发射一颗美国卫星。

1957年12月6日，原本计划作为先锋3号测试车（TV3）进一步进行的加成测试成为了一次重要的公开事件。苏联是在斯普特尼克卫星成功达到预定轨道才向世界宣布的，但在美国发射卫星时，政界，高级军事人物以及全世界的媒体都聚集在佛罗里达州的卡纳维拉尔角（Cape Canaveral）。

在经历了一系列倒计时延误之后，当地时间上午11:44，先锋号火箭从发射台上腾空升起。几秒后，控制室有人喊道："注意！哦，天呐，不！"当火箭在空中升起4英尺后，瞬时化作一团火焰坠毁在地面。前锥体被抛了出来——此时先锋号卫星仍在发出哔哔声。

《纽约时报》"将这次爆炸描述为"对美国声望的打击"，参议员林登·约翰逊（Lyndon Johnson）称之为"令人羞辱"。其他一些描述则更为直白——一些报纸将这颗美国卫星虐称为"flopnik"，"kaputnik"和"stayputnik"。

对于美国海军研究实验室团队来说，这样的报道确实有失公允。 卡拉汉说："成功的研发过程包含了很多失败。而正是在这些失败的过程中，他们开发出了一套非常棒的系统。"

前纳粹火箭先驱韦恩赫尔·冯·布劳恩（Wernher von Braun）长期以来一直在推动将物体送入轨道的火箭发射。他抓住了这一次机遇。在美军的支持下，他一直致力于开发木星火箭——他所研发的V2弹道导弹的改进版。

拉斯曼说："当务之急是尽快成功完成发射。"

1958年1月31日，冯·布劳恩的木星发射器成功发射了探险者1号卫星，并将其送入轨道，这是由位于加利福尼亚州帕萨迪纳（Pasadena）的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）在短短3个月内设计并建造的卫星。美国的这一首颗卫星装有用于测量空间辐射环境的宇宙射线探测器。该仪器由爱荷华大学（University of Iowa）的詹姆斯·范艾伦（James Van Allen）设计，揭示了被地球磁场捕获的带状粒子，被称为范艾伦辐射带。

1958年3月17日，终于轮到了美国海军的发射。在晴朗的天空下，美国海军研究实验室的先锋号火箭将先锋1号卫星送入轨道。这颗微型航天器很快就发回了第一个无线电信号。事实上，由于它是第一颗由太阳能电池供电的卫星，所以航天器一直在传输数据，直到1965年。而探险者1号仅仅维持了几个月。

虽然不是第一颗卫星，但先锋1号的成功发射依然是一项了不起的成就。除了很好地证明了新的发射系统、地面站网络和太阳能电池的技术外，该卫星还显示了地球在赤道周围隆起的情况。它配备了一台测量大气密度的仪器，从而提供了对地球稀薄的外部大气的首次测量和对地球周围微陨石数量的估计——这些信息对未来的航天器都是至关重要的。作为军事资助的项目，这也为准确计算洲际导弹（ICBM）的轨迹提供了数据。

先锋1号不仅仅依然运行在轨道上，其技术传承也延续至今。该火箭系统构成了世界上最成功的发射器之一——德尔塔（Delta）运载火箭的基础。对这颗卫星的长期跟踪继续帮助科学家了解地球大气对卫星的影响以及轨道随时间的变化。

或许最重要的是，先锋1号揭示了我们现在所依赖的卫星的巨大潜力。

在史密森尼航空航天博物馆（Smithsonian Air and Space Museum）展出的先锋3号卫星留下了由于发射失败受到的破坏——卡拉汉说："美国海军研究实验室编写了一份关于美国海军未来几十年需要的卫星的绝密报告，其中包括天气、导航、通信和侦察卫星，报告涉及了要使这些系统能够可靠运行的所有技术。"

60年来，当初设想的技术和预测都已经成为现实。助力推动这一切实现的这颗卫星，以及其背后的团队值得铭记。

拉斯曼说："这是非常了不起的，我们不仅在博物馆里有一颗人造卫星，我们还有一颗卫星正在太空中运行——这是鲜活的历史。"



【110、先驱者11号】

先驱者11号（Pioneer 11）是第二个用来研究木星和外太阳系的空间探测器。它也是去研究土星和它的光环的第一个探测器。与先驱者10号不同的是，先驱者11号（也称做先驱者G号）不仅拜访木星。它还用了木星的强大引力去改变它的轨道飞向土星。它靠近土星后，就顺着它的逃离轨道离开太阳系。

探测器在1973年4月6日，位于佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射。探测器全长2.9米，设有一个直径2.74米的高增益天线，在其之前再装上一个中增益天线。至于另外一条全方位低增益天线则装设于高增益天线接收器之下。探测器以两个放射性同位素热电机（RTG）作为能源，在拜访木星时仍能产生144 瓦特，但到达土星时只能产生100 瓦特的功率。

探测器上还设有三个感应器：恒星（老人星）感应器及两个太阳感应器，藉以根据相对于地球及太阳的位置，及以老人星的位置作后备，用以计算探测器的位置。先驱者11号的恒星感应器及起点设定，是按先驱者10号的经验而被重新修改的。探测器上的三对火箭推进器，负责控制转轴（4.8rpm）及为探制器提供动力。三对火箭推进器都可以按指令持续燃点，或暂停燃点亦可。

在探测器上的仪器负责研究星际间及行星的磁场太阳风、宇宙射线、太阳圈的转变区域、大量存在的中性氢；星尘粒子的分布、大小、质量、通量及速度；外太阳系行星极光、电波、其卫星的大气层；以及木星与土星及其卫星的表面等等。

以上的研究主要由探测器上的磁力计、等离子分析器（太阳风专用）、粒子感测器、离子感测器、一具可以重叠不同视点来探测由经过的陨石折射而来的阳光的非影像望远镜、一些已密封并加压的氩气及氮气用以计算陨石的渗透、测紫外光计、测红外光计、及一具影像光偏计用以拍摄照片及计算光偏振等等。至于进一步的数据则从天体力学及掩星法现象去计算出来。

拜访木星

探测器于1974年12月4日最接近木星，离木星最高云层34,000公里以内。 借着木星的强大引力，探测器改变轨道朝向土星。

拜访土星

探测器于1979年9月1日最接近土星，离土星最高云层21,000公里以内。（当时旅行者1号及旅行者2号已经过木星，同时已经朝向土星进发。）先驱者11号被设定会飞过土星的光环，其轨道将会与即将到达的旅行者一样，用以测试旅行者探测器的轨道。因为先驱者11号可以测试该区域，是否尚有暗淡光环会损毁探测器。所以先驱者11号正如其名一样，是一名“先驱者”。要是真的探测到有危险存在的话，旅行者探测器将会更改轨道以离开那些光环，但将会失去拜访天王星及海王星的机会。

其实探测器在发射后就使用备用的发射天线。探测器在1985年二月因电池提供的电力开始下降，而开始需要与其他仪器共用电力。最终，基于放射性同位素热电机所提供的能源不足以再进行任何实验后，探测器的运作及遥测数据于1995年9月30日终止传送。在终止运作之前，探测器当时正处于离开太阳约44.7天文单位的距离，与太阳赤道面形成17.4度的倾斜角，并正以每年2.5天文单位（每秒12公里）的速度飞行。

当先驱者11号探测器经过土星时，其发出的无线电信号要花一个多小时才能到地球。

与其姊妹探测器先驱者10号一样，先驱者11号船上同样携有一块载有人类讯息的镀金铝板，宽约23厘米。倘若探测器被外星的高智慧生物捕获，这块镀金铝板将会向他们解释这艘探测器的来源。铝板上绘有一名男性及女性的图像，氢原子的自旋跃迁，以及太阳与地球在银河系里的位置。

先驱者号异常

根据由先驱者10号及11号传回来的无线电追踪数据分析，当探测器处于距太阳20至70个天文单位的距离时，其讯号有一些稍微异常的多普勒频率漂移现象出现。这种漂移情况，表示探测器不断以加速度减速。换句话说，像是有种外来力量迫使先驱者探测船减速。物理学者现在认为这是因为先前未将热反冲力（thermal recoil force）的效应纳入计算。

现况

在2011年3月6日，先驱者11号大约距离太阳82.805个天文单位；呈现椭圆纬度14.3度、偏角-8.73度。目前正以每秒11.415公里的速度每年前进2.408个天文单位；先驱者11号亦是在赤经18.759小时之处。太阳光必须花上11.54个小时才能抵达先驱者11号这么远的位置；它大略上是朝向先驱者10号的反方向前进并朝向盾牌座的方向前进。鉴于先驱者10号朝着离开银河中心的方向前进，先驱者11号则是朝向银河中心前进。



【111、先驱者十号方向是金牛座毕宿五，但它永远不可能到达！ 】


2019-05-08

旅行者一号和二号已经名声在外，所以各位对“先驱者10号”已经并不是特别关注，甚至很多朋友都已经将它遗忘！当年发射时它的方向为65光年外的毕宿五，尽管大家都知道探测器速度并不快，但它理论上终有一天会到达！事实上如此吗？难道毕宿五就停在那里不动吗？

先驱者10号（Pioneer 10 ）是NASA在1972年3月2日发射的前往太阳系外的探测器，它创下了多项第一：

1.第一个穿越小行星带的探测器

2.第一个近距离观测木星的探测器

3.第一个获得近距离木星照片的探测器

4.第一个拜访土星的探测器

4.第一个离开八大行星轨道范围的探测器

在11年后的1983年6月13日，先驱者10号越过了海王星轨道，它曾经是距离地球最远的探测器，但这记录在1998年2月17日被旅行者一号打破，因为旅行者速度比先驱者10号快出1.016 AU（约1.5亿千米）！NASA与先驱者10号的最后两次联系发生在：

1.2002年4月27日，最后一次数据从先驱者10号下载成功，从此信号强度不足以提供有效资料；

2.2003年1月23日，最后一个从先驱者10号的微弱信号被接收到，之后连信号也已经丢失；

在最后一次失去联系时，先驱者10号距离地球月120亿千米（80AU）

在2002年4月27日，最后一个成功的遥测数据从先驱者10号上接收了下来；之后的讯号由于强度不足以侦测到而无法提供有用的资料。

在2003年1月23日，最后一个从先驱者10号发送来的极微弱讯号被接收到，此时它正处于距地球120亿千米（80天文单位）的位置。在此之后更进一步对航天器的联系均未成功。但先驱者10号仍以每年约2.6个天文单位的速度朝向金牛座的双星前进，预计200万年后到达！

毕宿五：金牛座α，全天第13亮星，视星等0.85等，距离地球65光年；它已经发展到了红巨星阶段（直径已达5800万千米，太阳约140万千米），有5颗行星，天文学家认为这些行星上可能存在生命，但毕宿五未来寿命仅仅只剩下500-1000万年年！

但毕宿五有一个非常重要的参数，即它是在运动的：

赤经百年自行：+0“.454

赤纬百年自行：-19”.07

上面两个参数表示它的坐标是在改变的，不过先驱者十号可以瞄准它200万年后的方向前进，取好提前量，理论上到达完全是没有问题的，但有一个参数彻底灭绝了各位的念想：

毕宿五径向速度 (Rv)54.26±0.03[4] km/s

径向速度也称视向速度，正的就是正在远离，负的就是在接近！这含义就是毕宿五远离速度超过54KM/S，这个速度以当前人类飞离太阳系的探测器中，没有一个能达到！而先驱者速度是多少呢？大约为12.37KM/S！

这个速度追毕宿五，只会越来越远，当然先驱者19号到达毕宿五现在的位置时，毕宿五早已远离，所以先驱者10号永远都追不上毕宿五的脚步！



【112、新地平线号】


新地平线号（英文：New Horizons，又译新视野号）探测器，是美国国家航空航天局（NASA）于2006年1月19日在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空的冥王星探测器，其主要任务是探测冥王星及其最大的卫星卡戎（冥卫一）和探测位于柯伊柏带的小行星群。

考察冥王星任务结束后，“新地平线”号会继续向离地球更远的宇宙空间飞行，将在2017至2020年抵达一个由彗星和其他宇宙碎片构成的中间环带——柯伊柏带，探测至少两个直径为40至90千米的柯伊伯带天体，这一阶段可能会持续5至10年。

新地平线号是人类发射过起始速度最快的太空探测器，已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。

成为第五个飞跃太阳系（海王星轨道）的探测器。

新地平线号（即新视野号）正在快速飞离冥王星、进入柯依伯带中心地带。2015年8月29日，美国航空航天局（NASA）公布了这艘探测器的下一个目的地：编号为2014 MU69的柯依伯带天体。

航行在浩瀚宇宙中的他们

新视野号，探测任务：冥王星，发射时间：2006年1月19日

简介

“新地平线号”，是美国国家航空航天局的一项探测计划，主要目的是对冥王星、冥卫一等柯伊伯带天体进行考察。“新地平线号”是人类有史以来最快速的人造飞行物体，它飞越月亮绕地球轨道不用九个小时，到达木星引力区只需13个月时间，“新地平线号”现在每小时前进大约3.1万英里（4.99万千米），距离地球大约是15. 27亿英里（24. 57亿千米）。

已经于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。

“新地平线号”探测项目耗资约7亿美元。科学家认为，研究冥王星有助于加深对太阳系形成的理解。“新地平线号”计划于2015年年中到达冥王星，行程48亿千米。其使命还包括研究冥王星的主要卫星冥卫一以及两个最新发现的冥王星卫星。“新地平线号”探测器之后将进入冥王星外的柯伊伯带。柯伊伯带位于太阳系外缘，被认为由太阳系形成早期的剩余物质组成。

这项探测任务的主管表示2009年12月29日，“新地平线号”穿过具有里程碑意义的边界线，从此它距离冥王星比距离地球更近。“新地平线号”继续前进，这艘飞船将成为第一艘飞越冥王星（曾被称作行星，现在被称作矮行星或类冥矮行星），并飞往潜伏在太阳系边缘的柯伊伯带里的其它天体。

世界上最快的人造飞行器是大名鼎鼎的“新地平线号”探测器。它要踏上一段航程约50亿千米，时间长达9年半的漫漫征途。在发射升空大约45分钟后，“新地平线号”成功与运载火箭分离。它的时速高达约5.8万千米/小时（约16千米每秒），这是迄今为止人类发射的速度最快的太空飞行器。也许你会觉得制造如此高速的飞行器肯定耗资巨大，其实一整套的探测计划的总预算才7亿美元。 

工作历程

第一发射窗口：2006年1月17日-2月14日，并于2015年-2017年抵达。

第二发射窗口：2007年2月2日-15日，如果在这期间发射，那么新地平线号将直接飞往冥王星，并于2019年-2020年抵达。

任务级别：NASA“新疆界”探测计划的第一项任务

承包商：西南研究院、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室

发射时间：美国东部时间2006年1月19日14时00分00秒（EST)

运载器：联合发射联盟(ULA)研制的Atlas-V551火箭（AV-010)装有ATK公司研制的STAR-48B第三级固体助推引擎

发射地点：美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地41号发射台

2001年6月8日，新地平线号任务计划正式得到NASA的采纳。

2005年6月13日，NASA对新地平线号探测器作正式测试。

2005年9月24日，新地平线号探测器被运往卡纳维拉尔角发射场。

2006年1月11日，主要发射窗口打开，探测器作最后的测试。

2006年1月16日，Atlas V 551火箭搬运至发射架。

2006年1月17日，由于大风影响发射推迟。

2006年1月18日，由于电力供应暂时中断时发射再次推迟。

2006年1月19日，美国东部标准时间(EDT)14时00分00秒（协调世界时 (UTC)19时00分00秒），新地平线号探测器成功发射。（最后关闭引擎时，与地球的相对速度达到了16.26KM/秒，成为了有史以来发射速度最快的探测器，不到九个多小时后，就飞跃了月球轨道）。

2006年4月7日，新地平线号探测器穿过火星轨道。

2006年5月上旬，探测器进入小行星带。

2006年6月13日，协调世界时（UTC）04时05分，探测器与一颗编号为132524 APL的小行星在101867公里处掠过，并拍摄照片。

2006年10月下旬，探测器离开小行星带。

2006年11月28日，探测器首次拍摄传回小行星的照片。

2007年1月8日，新地平线号探测器开始木星探测。

2007年1月10日，探测器观测木卫十七(Callirrhoe)。

2007年2月28日，协调世界时05时43分40秒，新地平线号探测器飞跃木星，最近距离2305000公里，速度达到21.219公里/秒。

2007年3月5日，结束木星探测，为了节约电力，新地平线号在之后进入了休眠状态。

2008年6月8日，新地平线号探测器穿过土星轨道。

2009年12月29日，新地平线号探测器越过地球与冥王星的连线中点，距离地球大约是15.27亿英里(24.57亿公里)，从此以后探测器距离冥王星比距离地球更近。

2011年3月18日，新地平线号探测器穿过天王星轨道。

2014年8月24日，新地平线号探测器穿过海王星轨道。

2014年12月8日，新地平线号探测器被成功唤醒。途中累计休眠1873天，相当于飞行时间的三分之二，以便节约电力消耗，随后开始传回冥王星系统的图像。

2015年7月14日，协调世界时11时49分，新地平线号探测器飞跃冥王星，最近距离13695公里，速度每秒13.78公里；协调世界时12时00分，飞越冥卫一，最近距离29473公里，每秒13.87公里。并测得冥王星直径约2370千米，卡戎直径约1208千米。成为了第一个飞跃冥王星的探测器，传回了大量的冥王星及其卫星卡戎的图像及数据。

2016-2020年，新地平线号探测器在柯伊伯带中穿行，探测可能的近距离柯伊伯带天体。

2017年2月6日，美国宇航局新视野号探测器用六天的时间对6颗遥远的柯伊伯带天体进行了成像，并启动发动机进行了飞行轨道修正，开始向两年后抵达的目标——柯伊伯带小天体“天涯海角”冲刺。 

2019年，新地平线号探测器离开太阳系。

2019年1月1日，美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的一艘宇宙飞船“新视野”号飞越了人类迄今研究过的最遥远的天体。“新视野”号飞越的是名为“天涯海角”(Ultima Thule)的小行星，与地球的距离超过64亿公里。

结构系统

数据参数

飞行速度3.1万英里每小时（4.99万公里每小时）。

位于冥王星附近时的功率：228瓦特

位于冥王星时数据传输率：768bps

耗资：7亿美元，发射过程耗资5.5亿美元

尺寸规格：长约2.1米，最宽处仅2.7米。

发射时重量：478千克

动力：10.9千克的钚放射性衰变提供能源。

发电机：同位素温差发电机（10.9千克钚内置）。

全艘探测船包括推进剂在内，重约450公斤(一千磅)核能发电机是由美国能源部提供保温瓶式设计的机舱，确保所有仪器机械可以在安全的环境中工作。首次使用的船载再生测距存储器，将多获取三十dB的数据使用八种不同的识别信号，来显示探测船的健康状态先进的数码接收器可以节省60%耗电量装备有三维立体相位及陀螺仪利用十六个喷嘴来控制船身位置，以便修正航道、观察目标、和进行速度调整。改变方向接近柯伊伯带天体。使用改良的“冬眠”装置，可以节省宝贵的燃料包括核能电池其他主要辅助仪器包括有：星踪导航仪及资料数据记录器等携带有冥王星发现人克莱德·汤博（Clyde William Tombaugh）的部分骨灰，一件是美国国旗，另一件是一张CD，CD上刻有曾在“飞向冥王星”网站上将近45万签名的网友姓名。 

科学仪器

高清晰度彩色地图和冥王星及其冥卫一（卡戎）表面成分的设备（Ralph）。该设备主要由多谱线可见光成像相机（MVIC）和线性标准成像光谱阵列（LEISA）组成。MVIC在可见光范围内工作，它有四个不同的滤光器。一个用来测量分布于表面的甲烷霜，其它的分别覆盖蓝、红和近红外等光谱区域。此外，还有两个全色滤光器，当测量发微光的遥远物体时，可让所有可见光通过，从而最大限度地增加仪器的敏感性。从滤光器穿过的光线均被聚焦到一个电偶合器件上通过该相机可产生彩色地图。LEISA利用热辐射在红外光谱范围内工作它可像棱镜一样使不同波长的光按不同比率弯曲，这样就可以分别对每种光进行分析。根据量子物理，不同分子辐射和吸收不同波长的光，因此，对光的成分进行分析，就可以鉴别不同的分子。它将用于描绘冥王星表面甲烷霜、氮、一氧化碳、水及冥卫一表面水冰的分布情况。

放射性实验仪器（REX）。它由一小块集成到探测器通信系统中的含先进电子设备的印刷线路板构成，探测器向地球传输科学数据等所有电信联系均通过它来完成，对探测任务能否成功关系重大。当探测器飞临冥王星时，它上面的83英寸的无线电天线将指向地球。美国宇航局功能强大的深空网络无线电发射机同时对准新视野探测器并向其发出信号。当探测器飞到冥王星背面，冥王星大气将使无线电波产生弯曲，弯曲程度依气体分子的平均重量和大气温度而定。此时，该仪器将记录到的无线电波数据发送回地球进行分析。该仪器还有一种辐射线测定模式，可测量冥王星本身微弱的电磁辐射。当这种辐射线测定在探测器飞过冥王星后回望时，可准确测定冥王星的夜间温度。

紫外线成像光谱仪（Alice）。它用来探测冥王星大气构成，不仅可以像棱镜一样将不同组分发出的光分别开来，而且能形成不同波长探测物的影像。

远程勘测成像仪（LORRI）。由一个20.8厘米孔径望远镜组成，能将可见光汇聚到电偶合器件上，产生高空间分辨率图像。当探测器到达距冥王星最近点时，将由它拍摄高解析度图像。

太阳风分析仪（SWAP）。可用来测量冥王星附近来自太阳风的带电粒子，以决定这颗行星是否有磁场圈及其大气逃逸速度。

高能粒子频谱仪（PEPSSI）。可用来寻找从冥王星大气中逃逸的中性原子。这些原子逃逸后即与太阳风作用变为带电粒子。

尘埃计数器（SDC）。它将沿轨道测量由彗星脱落物和柯伊伯带天体相互碰撞产生的尘埃粒子大小，其中包括从未取样的星际空间。这些仪器将在“新地平线”飞临冥王星的过程中，为这颗遥远的星球描绘出一幅全新的图像。

动力系统

新地平线号探测船的动力皆来自一台核能电池，这台发电机利用放射性同位素二氧化钚自然衰变时所释放出来的热，以热电偶形式发电。由于冥王星距离太阳太远，阳光由太阳去到冥王星需要四小时，在冥王星附近能接受的太阳能只及地球千分之一，探测船无法利用太阳能产生充够的能量供活动所需，因此核能电池是唯一的选择。其实，所有外空间探测器都采用相同的设计，包括“卡西尼号”探测船。

探测船有一台引擎提供转向动力，用以调节探测船相位，在差不多十年多航行时间之间，可以修正飞向冥王星的轨道。当探测船接近冥王星时，要调校船身以便所有探测仪指向冥王星。当飞越过冥王星之后，又要调校船身以便观察卡戎，待完成探测后，又要再转校船身，使高增益天线指向地球，将收集到的数据送回地球。这个设计是由于预算所限，“新视野”探测船不可以像它的前辈“旅行者”一、二号一样，使用旋转式平台，可以较简单的执行指令，而只能以调节船身相位这个较复杂方法来完成任务。

通讯系统

“新地平线”探测船安装了一只直径2.1米(83英吋)的高增益天线，能够与地球的深空网络保持联系，接收来自地球的指令，以及将收集得到的科学资料输送回去地球。另外安装在高增益天线正上方的是低增益天线，是高增益天线的后备，以备不时之须。高增益天线有两条频带收发讯号，频谱宽阔，上传下载速度高，相比之下，低增益天线只有一条窄频带，效率较低，但是在紧急情况之下，可以顶替高增益天线的工作。

运载器

新地平线号工作设想图

新地平线号工作设想图

“新地平线号”冥王星探测器以美国宇宙神-V551型(Altas-V551)火箭携带，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的空军基地41号发射台发射，将探测器推出外太空，再由半人马座(Centaur)火箭送入绕地轨道，最后由星-48B型(STAR 48B)固体燃料火箭冲出地球引力，飞向冥王星。

（发射初始速度为每小时59384公里），它飞越月亮绕地球轨道不用九个小时，到达木星引力区只须13个月时间，相对1960年代“阿波罗”登月任务相同航程要飞行三天时间，“伽利略号”飞抵木星亦需四年时间而言，“新地平线号”航速可谓十分惊人。

有效载荷

有效载荷：7台仪器。Ralph，由多光谱可见光成像相机和线性标准成像光谱阵(LEISA)组成的6 cm口径望远镜；Alice，紫外线成像光谱仪；LORRI，远程勘探成像仪，包含一个20.8 cm口径望远镜和一个CCD成像仪；SWAP，太阳风分析仪，用来测量冥王星附近太阳风带电粒子；PEPSSI，高能粒子频谱仪，用来发现中性原子；SDC，尘埃计数器。REX，无线电科学仪器，功能同微波辐射计，掩星实验时还可以记录接收的深空网上行光谱。  

技术难题

穿越太阳系

在新地平线号冥王星之旅的最后8年时间里，工作人员会对整个探测器及其所携带的仪器进行检查和调试，修正它的飞行轨道，并为接近冥王星做准备。

星体碎片

2012年10月16日，随着工作小组透过哈勃空间望远镜发现冥王星的两个新卫星和众多星体碎片，新地平线号团队发表了一篇文章，指新地平线号在飞越冥王星的时候，有可能毁于冥王星卫星轨道中的星体碎片，所以工作小组在研究是否要改变新地平线号的轨道，去避免和这些碎片碰撞，保护新地平线号。 

探测任务

探测冥王星

美国宇航局“新视野”号探测器将在两个月后抵达冥王星轨道，美国宇航局的科学家正在通过探测器上的远程侦察相机系统观测冥王星系统是否存在未发现的卫星或者环结构。因为探测器将在近距离与冥王星擦肩而过，如果我们没有发现存在的碎片环，那么探测器可能撞上并报废。“新视野”号第一次飞掠的时间为7月14日，来自探测器任务小组的消息，我们每周都会动用远程侦察相机对冥王星进行观测，随着距离的不断接近，我们会彻底查明冥王星周围是否还有未发现的天体。

科罗拉多州博尔德西南研究所的科学家艾伦-斯特恩是探测器的主要研究人员，他认为如果我们将好奇号进入火星大气层称为恐怖的七分钟，那么冥王星任务则可称为具有悬念的七周。在接下来的时间里，我们将不断观测冥王星周围的轨道，确定是否有未发现的卫星或者碎片环。 

2015年7月14日，美国太空总署（NASA）冥王星探测器“新地平线号”（New Horizon）传回一批迄今最清晰的冥王星照片，不仅发现一个绰号名为“鲸鱼”（The Whale）的阴影区，更揭露冥王星表面出现一个心型。

这个“完美之心”的浅色光影，横跨约2000公里。而在旁有一个颜色较深的光影区，被科学家称为“鲸鱼”。此外，科学家早前亦从相片发现，冥王星两极特别明亮，或许有氮冰覆盖。 

"心形暗斑"被命名汤博斑，它的发现者的名字，是一片由液化氮冷冻组成的冰原。 

后续计划

“新地平线”探测船二号计划，是原计划的后备方案。计划利用相同的设计，制造多一艘探测船，于2008年3月19日发射离开地球，2009年8月12日飞越木星，2015年10月7日再飞越天王星，于2020年9月15日飞抵1999 TC36，一颗位于离地球三十一个天文单位的柯伊伯带天体。 TC36体积庞大，比起任何一颗“新视野”一号所能经过造访的柯伊伯带天体，TC36都巨大十倍，就算连它的月亮也大过其它柯伊伯带天体两至三倍以上，甚俱科学探测价值。“新视野”二号飞越TC36之后，还可以观察多一至两颗体积较小的柯伊伯带天体。“新视野”二号如能按计划顺利起航，就可确保整个“新视野”计划，肯定可以获得丰盛的成果。

“新地平线”探测船二号计划吸引之处在于：一趟巡行就能探访多个星体，如错过今次机会，下次天王星—柯伊伯带天体巡航要等到2050年才能起行。而且因探测船是利用现成设计，省却大量研究经费及所须时间。计划现尚在讨论阶段，有待美国太空署批准；美国国会已于2004年9月下旬，追加拨款以作计划之可行性研究。 如计划成功获得通过，除了首次探索1999 TC36之外，还将成为继1986年旅行者二号，人类30年后第二次造访天王星。

成轨道调整 2019年抵达新目标

美国宇航局新视野号探测器已经成功进行四次机动，向柯伊伯带天体2014 MU69前进。该天体距离冥王星10亿英里，美国宇航局已经批准延长新视野号任务时间，探测器将在2019年1月前抵达2014 MU69天体。这四次机动是有史以来最遥远的深空轨道修正，新视野号的星载计算机载入了新的飞行程序，过程持续了不到20分钟。

新视野号探测器的运营方为约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL），探测器接受到每秒57米的微调指令，这个操作可以让新视野号在短短三年内接近2014 MU69天体。新视野号的项目科学家科特指出，这是一个令人振奋的时刻，探测器开启了一次有趣的旅程。新视野号的任务延长计划提案中提到，探测器抵达2014 MU69天体后会在大约1.2万公里的距离上掠过，对这个遥远的柯伊伯带天体进行详细观测。

目前新视野号的仪器一切正常，根据监视数据，探测器非常健康，在2019年的时候，我们将遇到柯伊伯天体，这也是我们第一次对柯伊伯带天体进行探测。新视野号的首席科学家艾伦-斯特恩认为，柯伊伯带上的类似天体还有非常多，我们选择了飞行距离足够近，又具代表性的天体。探测器的系统制导与控制工程师加布-罗杰斯认为变轨机动一切都非常完美，而且探测器的指向非常精确，

变轨过程中，新视野号探测器距离冥王星大约1.35亿英里，仍然处于传输数据的阶段。新视野号作为美国宇航局新前沿计划中的重要一员将为我们揭开冥王星系统之外的天体面纱。约翰-霍普金斯大学应用物理实验室科学家指出，探测器的设计、建造和运营由该物理实验室负责，科学家任务、有效载荷的操作来自美国西南研究所。

旅行者系列探测器让我们第一次接触日光层之外的星际空间，增加了我们对太阳系的理解，但是“新视野”号探测器要抵达太阳系边缘仍然需要很长的时间，在此之前“新视野”号会进入柯伊伯带，寻找行星的起源之谜。目前旅行者1号比2号更快，它们都携带了代表人类文明的物件，比如金属碟片等，“新视野”号甚至还携带了冥王星发现者的骨灰。如果未来的人类有先进的星际航行技术，完全可能赶上并超越它们。

各方评价

美国华盛顿NASA总部行星科学分部的主管吉姆·格林（Jim Green）：NASA对遥远的冥王星展开的首次探测任务，也将是全人类对我们太阳系中这个寒冷而又从未被探测过的世界所作的第一次近距离探查。“新地平线”团队工作非常努力，做好了进入第一阶段的准备，表现毫无瑕疵。

新地平线号首席研究员、美国科罗拉多州博尔德市西南研究院的艾伦·斯特恩（Alan Stern）说：从地球出发抵达首要探测目标，新地平线号探测器的这段旅程是所有航天器里最长的。



【113、新奇！这颗巨型系外行星被科学家拍到，其轨道相当诡异】


2021-05-14 天文在线

通过“年轻太阳系外行星调查”（YSES）项目，天文学家们直接拍摄到了一颗在大到不同寻常的轨道上运行的气态巨行星。它距离其恒星的距离相当于木星距太阳的20倍。

系外巨行星YSES 2b（图中标记为“b”）直接成像图。恒星位于图像中亮点群处的中心，其光芒被遮挡住了。

天文学家之前已经发现了许多颗类似于木星和土星并绕其恒星运行的巨行星。其中一些——被称为“热木星”——并不像我们太阳系中的任何一颗行星，它们的绕行轨道比我们太阳系中的任何行星的轨道都要更靠近其主星。

今年春天（2021年4月），莱顿大学的天文学家宣称发现了一颗相反类型的地外行星，一个被称为YSES 2b的巨大地外世界，它绕行其恒星的轨道比之前发现的典型地外行星的轨道都要远的多。研究人员经过巨大努力拍摄了一张这颗行星的直接成像照片。这颗行星绕其恒星运行的轨道比起木星绕行太阳的轨道竟然远了整整20倍。这个距离相当于地日距离的110倍。

这项研究的细节在2021年4月19日发布于同行评审期刊《天文学与天体物理学》

YSES 2b距我们360光年远，位于南半球苍蝇星座方向。这是一颗6倍于木星质量的年轻气态巨行星。其他类似的地外气态巨行星之前已经发现了不少，但这一颗有很大不同。

类似于YSES 2b的年轻地外气态巨行星艺术概念图。

研究人员至今尚未搞清楚这颗行星为什么距其恒星如此之远。科学家们通常以两种模型——核心吸积和盘不稳定——来解释这类巨行星的形成原因，但这两种模型似乎都不太适用于这颗巨行星。

第一种理论，核心吸积学说，解释说行星成型于其所在位置，是由小行星体聚集在一起形成一个岩石核心，质量足够大时便可在其周围吸积大量气体。但如果事实如此的话，YSES 2b的质量也实在是太大了。因为通常在距恒星这么远的地方，是没有足够的物质以形成如此巨大的行星的。

另一种理论，盘不稳定学说，说的是环绕一颗年轻恒星（年龄仅为一千四百万年，如果你愿意，也可以称之为婴儿恒星）的原始吸积盘由于引力不稳定产生碎裂，碎片形成行星的过程。但是，我们看到的这颗行星不够大，不足以发生上述过程并产生其自身。

还有其他可能性吗？科学家估计有这种可能，这颗行星先是在更靠近恒星的位置通过核心吸积形成其本体，然后向外迁移到了目前这个更远的轨道。为了能自圆其说，需要第二颗行星的引力对其施加影响，然而这颗额外的行星仍未被发现。

探索小组由莱顿大学的Alexander Bohn领导。

YSES 2b的发现是“年轻太阳系外行星调查”（YSES）项目的一部分。研究人员会像研究更多的绕行类太阳恒星的行星一样持续研究这个独特的世界。第一作者Alexander Bohn在莱顿大学称：

通过在不久的将来对更多类木地外行星的研究，我们将会对类太阳恒星周围的气态巨行星的形成过程了解更多。

目前，只有像YSES 2b这样的巨行星可以被直接拍摄到，尽管看起来也只是个亮点。远方地球大小的世界实在是太小以致无法用望远镜观测，但随着技术进步，这将在数年后得以改变。

2020年，智利的甚大望远镜（VLT）为YSES项目所用，也拍摄到了远在300光年外的类太阳恒星TYC 8998-760-1的多行星系统。这个恒星系于2018至2020年被首次探测到，这也是有史以来首次通过直接成像拍摄到的多行星系统。为了获取到这幅图像，望远镜上一个名为“球”的特殊行星搜寻仪器得到了使用。这部仪器可以捕获到地外行星通过直接或间接方式发出的光。Bohn当时说：

这个发现是一个非常类似于我们的太阳系的恒星系统的快照，但它正处于其演化的早期阶段。

行星形成的两种场景，核心吸积模型和盘不平衡模型。目前，两种模型都很难解释YSES 2b的形成。

本文合著者Matthew Kenworthy补充道：尽管天文学家已经在我们的星系中间接地探测到数千颗地外行星，但是只直接拍摄到其中的极少部分。直接观测对于研究支持生命成长的环境来说至关重要。

YSES 2b对天文学家在行星形成方面的研究提出了一项挑战，也将帮助科学家更好地理解行星形成的过程。

概要：天文学家直接拍摄到了一颗在大到不同寻常的轨道上运行的气态巨行星。

BY： Paul Scott Anderson



【114、新视野号：人类为航天梦想窒息的冲动】


太空精酿

人类如果想逃离太阳系，需要的速度至少是（相对太阳）42.1千米/秒。航天史63年，仅有一个航天器在出发时就超过了这个速度，2006年发射的新视野号，出发时速度是45千米/秒。9小时就飞到月球轨道，而阿波罗飞船需要3-4天。

它的目标，只是在近10年后，看冥王星一眼，有效观测时间不到1天。

为了达到这个目的，需要宇宙神系列最强的 V-551 型火箭（569 吨）全力推一个仅重0.478 吨重的探测器，而这个重量里，仅有0.03吨是科学仪器。重量的比例让人震惊。

冥王星自1930年被克莱德·汤博发现之后，它太远人类始终无法看清楚，即便是哈勃望远镜使劲儿观察，也仅仅是一个模糊的点。

NASA说，要不我们派探测器去看看吧！新视野号的定位就是如此，看清楚冥王星的样子，研究我们的家园边缘，到底是什么。为这一个目标，一代科学家为之不断努力，甚至直到白头。冥王星发现90年，人类为“近距离”接触它1天，付出的代价是惊人的。

那个去近距离看它的人不是别人，正是发现者汤博，不过新视野号发射前他已经去世，科学家们把他的骨灰装在相机旁边，让他们两个跨越时空相见，冥王星也“展示”了一个大大的爱心。

人类不可思议的地方，就是用梦想自我定义能力上限。比之视野的逐渐延伸，更伟大的莫过于梦想的无限延伸。



【115、新型太空竞赛——那些比空气更轻的航空器】


BBC  2018年6月24日

在不久的将来，遨游在地球上空的游客们兴奋地从舱口向外观望，头顶是满天繁星的黑夜，下方是弧形的蓝色地平线。然而，他们乘坐的并不是宇宙飞船，而是“近太空气球”。这个气球发射自蒙古，并非休斯顿，游客也都是中国人。

这种气球是一种新型的太空领域。1958年，俄罗斯成功发射人类第一颗人造卫星“伴侣号”（Sputnik），举世震惊。美国随即成立了太空总署（NASA），与俄罗斯展开太空竞赛，并成为世界上首屈一指的太空强国。卫星在通信、气象监测、导航等领域发挥着至关重要的作用。但是在"伴侣号"升空六十年后的今天，高空气球挑战着卫星的地位。

气球可以在离地30公里（18.7英里）高空进行通信和监测。相比卫星，气球的监测距离更近，造价更便宜，并且更容易收回地球进行升级和修复。

二十世纪五十年代，美国太空总署发射了第一个平流层气球。如今，太空总署用这些气球进行大气研究、地球观测和探索宇宙射线。平流层气球体积巨大，有些甚至大到有伦敦圣保罗大教堂的七倍。制作材料是三明治厚度的塑料，气球内部充满氦气。但是平流层气球有一个弱点，那就是只能随风飘荡，近几年重大的科技突破就是学习如何对进入平流层的气球进行导航。

美国航天公司Nanoracks总裁曼伯（Jeffrey Manber）说：“我们正在探索一个全新的导航领域。现在的一切都可以追溯到依靠星辰和风力航行的大航海时代，在我看来，这可以说是回到未来。”

大气层上部被称为平流层，因为气流是水平流动。平流层又可分成不同的风层，离地球高度不同风向也各有不同。原则上，如果获得了所需的天气信息，我们只需要将气球放至不同的高度，它们就能顺着风力向期望的方向运动。

在发射像“伴侣号”这样的宇宙飞船之前，气球为太空竞赛创造了条件。

谷歌的母公司Alphabet提出的"气球网络计划"（Project Loon）是首批尝试将风向和高空气球结合起来的计划之一，旨在为偏远或受灾地区提供通信。这个计划最初的想法是让一串气球顺着盛行风向移动，但是研究者发现将气球调整至不同高度，利用不同高度的风向可以让气球驻留在某个位置。精密的机器学习算法能够算出合适高度以获取正确的风向。

2017年，飓风“玛利亚”袭击波多黎各，摧毁了当地的基础设施。 “气球网络计划”让当地三十万民众能够使用互联网。这证明了此概念虽仍处于试验阶段但确实行得通。

总部位于亚利桑那州土桑的世界视野公司（WorldView）推出的高空气球名叫“平流层卫星”（Stratollites）。他们计划除了将气球作为通信中继站，还用来作为监控平台。2016年，英国广播公司未来专栏（BBC Future）参观了他们的设备。

世界视野公司的莫里西（Angelica DeLuccia Morrissey）认为这项技术应用十分广泛。它可以持续监测森林，一旦发现火星就能在第一时间通知救火员。除此之外，人们还可以利用这项技术观察海洋偏远地带的海盗行为和实时监测农作物的生长状况。

世界视野公司的想法在三年前看起来可能还虚幻如梦，但是经过一系列越来越雄心勃勃的试飞，这家公司如今已手握不少政府合同和商业客户。美国国防系统将“平流层气球”视为新的“天空之眼”。

“气球网络计划”已将气球应用于救灾行动

平流层气球试飞成功后，美国南方司令部指挥官蒂德将军（Kurt Tidd）说：“这是一个非常好的监控平台，持续时间和驻留时间都很长。对于我们来说，它有可能带来颠覆性的影响。”

这项技术还可以应用于实时气象监测，比如从上方近距离观测飓风。美国国家海洋和大气管理局对此非常感兴趣。

目前，“平流层卫星”气球可以载重50公斤（约110磅），装配的太阳能电池可以保证卫星无限期运行，并为雷达运作和通信提供了充足的动力。体积更大、载重量更强的气球正在研发当中。长期计划包括近太空的旅游和货物运输。任务完成后，“平流层卫星”将会被导航到达指定地点，然后伞降返回地球。人类可以利用这项技术将应急物资和其他货物运至世界上任何偏远的地方。

这一领域的竞争日益激烈，主要竞争力来自中国。2010年，光启科学（KuangChi Science）创建于深圳，主要开发飞行器和通信科技。这家公司正致力于研发“旅行者”号气球和平流层风力导航系统。

光启科技研发团队带头人周飞说：“在中国，最初的关注点是遥感和通信。我们的客户包括政府机关都想将‘旅行者号’与智慧城市系统相结合，”他说，“这种气球的造价只有卫星系统的十分之一到百分之一。”

“旅行者号”气球中的舱体可承载六名乘客飞至平流层。去年十月，光启成功发射一枚载有一只海龟的气球到离地球21公里（约13.1英里）的高空，随后安全收回。有了这项技术，客运飞行能在2021年前实现，预计费用为每人七万英镑（约96600美元）。

过去三年，世界视野公司进行了一系列平流层气球试飞。

周飞还补充道，“旅行者号还是一个二次发射平台。”这意味着人类可以从地球大气层上方发射火箭。相比起从海平面发射，在这里把小型火箭送进太空轨道远要容易得多。如今，微型立方体卫星的市场不断壮大，这项技术将发挥重要作用。

Nanoracks公司总裁曼伯说：“降低立方体卫星的发射成本是全世界都在努力解决的问题之一。”他的公司正与光启科学合作研究“旅行者号”项目。

除此之外，平流层气球还可以向地面释放运载工具。2017年，中国科学院的一个团队将平流层气球作为漂浮的航空基地，向地面释放了两架无人机。这项技术可以帮助人类执行搜寻和救援任务。气球上装有传感器，确定大概地点后可释放无人机以获取近距离的画面。此团队认为一个气球可以负载数百架无人机。

平流层气球将提供一种成本较低的微型立方体卫星发射方式。

中国军方也对近太空展现出浓厚兴趣。目前为止，还没有哪一方完全控制这一领域。平流层气球为军事侦察及其他军事运用提供了一种更加经济的手段，将吸引大批军事合同。

俄罗斯成功发射“伴侣号”，向世人展示了卫星的作用。但自那之后，美国在太空竞赛中超越苏联独占鳌头。在不久的将来，越来越多平流层气球将被用于近太空旅游、通信和监测。目前，近太空竞赛正进行得如火如荼。虽然现在美国可以说是遥遥领先，但中国也正在迎头赶上。



【116、新一代载人猎户座新飞船 依然狭窄的太空之家】


BBC 2018年6月7日

1959年，美国太空总署（NASA）"水星计划"最初的七名宇航员第一次看到他们的单人太空舱时，并没有觉得很不可思议。这个太空舱没有窗户，控制装置也十分精简，这些最优秀的测试飞行员都抱怨说生活在里面"比罐头里的垃圾"好不了多少。

宇航员想乘着太空飞船畅游，而工程师们只想把人送上轨道，再让他们活着回来，二者愿望的冲突在电影《太空先锋》（The Right Stuff）中展露无遗。身着银色太空服的男主角约翰·格伦（John Glenn）威胁工程师，要把自己的观点告诉等在机库门前大吵大闹的新闻媒体，工程师们只好让步，加上了舷窗和该有的仪器。

将近60年后，类似的场景在美国休斯顿再度上演，只不过这次是持久拉锯战。目前，宇航员和工程师正在就新航天器最后的内部设计与控制系统进行谈判。NASA这次新建造的"猎户座"新型四人飞船，2014年首飞时没有载人，但今后五年有望载人发射。

如今，扮演格伦角色的是前潜艇指挥官、执行过三次太空穿梭飞行任务的老兵斯蒂夫·鲍文（Steve Bowen）。问及他对猎户座飞船的第一印象，他说："太狭小了，对四个人来说真的很挤。后座的两人只能看着上面机长和指挥官的座位底盘。"

乍一看，猎户座飞船很像载了三名航天员到月球的阿波罗太空船，圆锥形的外形，隔热罩保护着底部圆纹面。相比之下，猎户座飞船会大得多，不过因为仍然要装进火箭的顶部，所以也不会太大。阿波罗号只飞行了几天，实现月球漫步后就返回地球。而猎户座预计飞行至少三周，宇航员不会离开飞船。

NASA已经建立模型来测试猎户座飞船的内部。

"我不知道四个人是不是能同时舒展开来。"鲍文曾长期在狭窄有限的空间生活和工作过。他说，"不过以前也经历过，并非不能如此，你得确保自己习惯这种狭小的空间。"

除了全体宇航员和控制装备，工程师还要塞满厨房、娱乐区和卫生间。鲍文说："我们还是能做点微调，比如调整一下座椅。做完这些，就能更加了解整个生活区，还有在里面怎么操作。"

虽然执行到火星的长期任务肯定会有额外的一块居住区，但是对早期的猎户座飞船来说，宇航员们工作、睡觉、锻炼和休息的空间加起来总共只有9立方米。想象一下，远在太空，和三位同事挤在这样一个带厕所的小房间里朝夕相处数周，是什么感受。

"再过一段时间，飞船的最终设计就要尘埃落定了。那我们就要在里面连住几星期。"鲍文说，"生活在这么有限的地方，没谁觉得空间大，不过也从没听谁抱怨过。"

除了妥善处理好飞船里每一个细节，宇航员还要参与发射和着陆的测试程序。比如，关于航天飞机（太空梭）一一除了早期的两人航程外一一的一大争论就是，如果火箭在发射时爆炸，将没有任何逃生系统。1986年挑战者号航天飞机起飞后爆炸，七名宇航员全部遇难，以可怕的方式凸显了这个问题的重要性。

猎户座将用NASA崭新巨大的SLS火箭发射升空。像阿波罗飞船一样，猎户座会在太空舱上方装一个小型逃生火箭，帮助宇航员能从发射事故逃生。

飞船会通过NASA的SLS火箭发射，而该火箭尚未发射过。

鲍文说，"中止系统测试会在未来几个月开始，令人十分期待。我们也开始研究航行中某个环节出问题时怎么解决，以给宇航员争取更多的逃生机会。"

宇航员和飞船返回到地球后怎么回收，可能是航天任务中最危险的一环，此时鲍文的潜艇经验就派上了十足的用场。航天飞机可以降落在跑道上，而猎户座飞船则以11km/s 的速度进入大气层，弹出降落伞继续下降，直到溅落海中。

鲍文最近在美国加利福尼亚海岸附近视察了NASA最新一次的猎户座回收试验。"飞船没有龙骨架，没有自己的推进器，只能在海里翻滚。如风平浪静，海上漂浮也很有趣，"他说，"我常年跟大海打交道，看到过很多老海兵都会严重犯恶心——晕船真的不少见。"

猎户座飞船很重，所以海军没法用直升飞机把太空舱吊到船上。虽然经过几周，也许是数月或数年的太空旅行后，宇航员们会超级想离开飞船，但他们也许还是得在里面等一等，减少自己爬出来时溺水的危险。

"这艘飞船最终要在太空里飞好几年。如果我们去火星，宇航员的身体状况将会和早期计划时有很大的不同，"鲍文说，"所以，问题就变成你什么时候把宇航员拉出来，是早在他们漂在海上时就把他们弄出来，还是先把太空舱拖到船甲板上再让他们出来，或还是把他们弄到陆地上再说？"

这艘飞船将搭载4名宇航员进行为期数周的太空任务。

猎户座计划的构想产生于10年前，不过要到NASA最新确定重返月球的目标，这个计划才最终开始实施。随着SLS火箭的成型，以及发射器和飞船的测试都取得良好进展，我们大可期待2025年宇航员能开始他们的首航。

"上周，第一艘飞船的焊接开始了。这可是50年来将首次把人类送到近地轨道以上，"鲍文说，"飞船正在建造，是真的硬件，激动啊。"

尽管有不适、危险和晕船，鲍文还是很愿意搭乘这艘他协助研发的猎户座飞船。那么，他的机会大么？

"谁知道呢，"他很圆滑地说，"我现在在宇航员办公室工作，但我的名字还在候选名单里，而且也参与过一段时间……无论如何我觉得自己还能行！"



【117、星际介质探索的先驱者——“旅行者1号”】


2020-06-09 娱乐小魔方

星空、宇宙，对于人类来说或许是一个永恒的话题。自从文明诞生以来，人类对宇宙的向往与探索就从来都没有停止过，即使是在自然科学落后的古代，也不乏有识之士对天上的星星充满好奇，他们用自己的方法，创造出了早期的星空划分体系，比如我国古代的“三垣四象二十八宿”星宫体系，就是古人创造的最早的“星座学”之一。数千年后，到了科技大爆发的20世纪，人类终于可以借助科学的力量，脱离自己的母星，开始跨入真正意义上的宇宙探索之旅，随着航空航天技术的成熟，各种各样的探测器被人类送进了太空，探索地球、探索月球，探索太阳系内的其他行星，甚至是飞出太阳系。而在这篇文章中我们要介绍的，就是5个计划离开太阳系的人造物中的其中一个——“旅行者1号”，下面将会从“旅行者1号”的诞生背景、设计建造，以及探索的目标任务等几个方面，来介绍一下这个人类历史上对宇宙深空探索的先驱者。

诞生背景

为了研究地外行星（同时也是当时美国和苏联之间科技竞赛的一部分），美国宇航局（NASA）在上世纪60年代末~70年代初提出了“外太阳系探索计划”，这个计划也被称为“旅行者计划”、“星际航海家计划”。在该探索计划中，用到了两个深空探测器，分别是“旅行者2号”和“旅行者1号”，1977年8月20日，“旅行者2号”发射升空，被用于探索木星、土星、天王星以及海王星的探索，16天后，即1977年9月5日，NASA继续发射了“旅行者1号”，用于探索月球、木星、土星，以及土星的最大的卫星“泰坦”， 并且在后期可以通过放弃飞跃“泰坦”的计划来改变探测器的飞行路线，以便实现和冥王星相遇。其实在一开始，“旅行者1号”是被规划进“水手计划”的，且被命名为“水手11号”，但是由于预算被削减，该计划被缩减为只对木星和土星进行飞跃探索，同时把探测器更名为"水手木星-土星探测器”，但是随着计划的开展，探测器的设计和任务目标都与最初的水手任务大相径庭，因此到了后面便把名字更改为Voyager 1，即“旅行者1号”。

设计与建造

“旅行者1号”的设计与建造由美国喷气推进实验室负责，主要动力系统为16个肼（N2H4）推进器，而方位参考仪和三轴稳定陀螺仪则是可以控制探头上的无线电信号接收天线指向地球的方向，这几个主要控制仪器与8倍备用推进器共同构成了“旅行者1号”的姿态和关节运动控制子系统（AACS）的一部分，除此之外，上面还携带了11种科学探索仪器，用于研究行星等其他天体穿越太空时的活动。而为了保证“旅行者1号”在任务时间内与地球的通信，它的通信系统上装了一个直径 3.7米的高增益卡塞格伦蝶形天线，如下图所示，这个天线可以和地球上的三个深空网络站发送和接收无线电信号，考虑到“旅行者1号”会遇上无法直接与地球通信的情况，它上面的数字磁带录音机（DTR）则会先行记录约67兆字节（即67MB）的数据，以便在其他时间对地球进行传送。

同时，因为是深空探测器，“旅行者1号”需要一种可以长时间供能、且不需要维护的能源，所以在它的吊臂上安装了3个放射性同位素热电发生器（RTG），相较于普通的燃料电池和太阳能电池，RTG是目前卫星、深空探测器以及其他无人运行设备上最理想的电源，它的主要供能部分为24个压缩的钚-238氧化物球，下图中的球状物，可以在工作过程中提供470W的电力，不过，由于主要燃料钚-238是一种放射性物质，半衰期只有87.7年，所以，在长时间使用后，RTG电池的输出功率会随着时间的流逝而下降，但是对于“旅行者1号”来说，一直到2025年，其上面的RTG电池仍然可以保证其部分功能的正常运转，而截止至2020年6月6日，旅行者1号上面的RTG电池拥有发射时所含钚-238含量的71.33％，而到2050年的时候，将会只剩下56.5％。

飞跃木星

1977年9月5日，“旅行者1号”探测器于卡纳维拉尔角空军基地第 41发射场发射升空，3个月后，即12月10日开始进入木星和火星轨道间的小行星带，12月19日超过先前发射的“旅行者2号”探测器，次年9月8日，“旅行者1号”穿过小行星带，于1979年1月6日开始对木星进行观测，它最接近木星的时间是1979年3月5日，距行星中心约只有349000公里，由于采用距离更小的“进近方法”可以获得更高的照片分辨率，因此大多数观测木星的卫星、行星环、磁场以及木星系统辐射带环境的时间，都是在最接近轨道点的近48小时内完成的，对木星系统的摄影任务于1979年4月完成。而在对木星系统的整个探测任务中，最大的惊喜无疑是在木卫一上发现了火山活动，因为这是在太阳系的另一个星球上首次看到了活火山，如下图所示：木卫一上的“洛基”火山喷发……

飞跃土星

完成木星上的引力辅助轨迹后，“旅行者1号”继续访问了土星及其卫星系统，1980年11月12日，“旅行者1号”在最接近轨道点与土星相遇，当时这个太空探测器进入了土星云顶124000公里以内，并且用上面的相机检测到了土星环中的复杂结构，同时利用遥感仪器研究了土星及其巨型卫星“泰坦”的大气组成，旅行者1号发现，土星上层大气的大约7%是氦气（相比之下，木星大气的氦气含量为11%），其余的则几乎都是氢，由于在预计中，土星的内部的氦丰度与木星和太阳的氦丰度是相同的，所以土星高层大气中较低的氦丰度，有可能就意味着较重的氦可能会缓慢地通过土星的氢而下沉，这同时也解释了土星辐射出的热量超过了从太阳接收到的能量。

在对土星系统的观测任务中，对其卫星“泰坦”的观测被认为是至关重要的一环，所以“旅行者1号”选择的飞行轨迹是围绕最佳的飞越“泰坦”而设计的，这种设计可以使其在飞越的过程中经过土星南极下方，并且离开黄道平面，最终结束其土星探测任务。而在备选方案中，假如“旅行者1号”失败无法观测到“泰坦”，那么后续任务将由“旅行者2号”负责，它的飞行轨迹将被重新设定，以包含对“泰坦”的观测，整个“旅行者计划中”将会排除掉对天王星和海王星的任何访问，因为“旅行者1号”的飞行轨迹设定中也是排除了到访天王星和海王星的，只允许更改直接飞越“泰坦”的轨迹并从土星飞往冥王星。

“泰坦”上的厚薄雾度层

星际任务

在“旅行者1号”升空的第13个年头，即1990年起，“旅行者1号”就开始执行它的星际航行任务了，2月14日，“旅行者1号”上的摄像机拍到了第一张太阳系的“ 全家福 ”，不过在此后不久，它的摄像机被停用了，因为要节省电影给其他设备使用，如下图所示。到了1998年2月17日，“旅行者1号”与太阳的距离已经达到了69天文单位（AU：天文学中用来计量天体之间距离的一种单位，以AU表示，1AU的数值取地球和太阳之间的平均距离149597870700米），已经超越了“先锋10号”探测器，成为了离地球最远的人造航空探测器。此时它的速度达到了17公里/秒，是目前具有所有航天器中最快的日心向后退速度。

在“旅行者1号”继续驶向星际空间时，其上面的仪器将继续研究整个太阳系系统，而喷气推进实验室的科学家将利用“旅行者1号”和“2号”上的“等离子波实验”来寻找日鞘层，即太阳风过渡到星际介质的边界。在2005年5月25日于美国新奥尔良举行的美国地球物理联合会会议上，埃德·斯通博士博士提供了相关证据，证明了“旅行者1号”已经在2004年末（估计在2004年12月15日）越过了距离太阳94天文单位的太阳系“终止边界”。2013年9月12日，美国宇航局正式确认“旅行者1号”已于2012年8月25日穿过了日光层（太阳圈），到达了星际介质，这也是第一个穿越太阳圈进入到星际介质的人造航天器。当然，这并不意味着“旅行者1号”已经离开了太阳系，它仅仅是突破了太阳圈而已，两者的定义是不一样的，太阳系通常被定义为：由绕太阳运行的物体所占据的巨大空间区域，而该探测器却连长周期彗星的源区奥尔特云（被天文学家视为太阳系的最外层区域）都还远远没有进入。

结语

从“旅行者1号”发射升空那一刻起，距今已经快43年了，与我们之间的距离距离也超过了200亿公里，是目前为止距离地球最远的人造航天器，仰望星空，如今的“旅行者1号”仍然以每秒16.9公里的速度默默的向着宇宙空间行进，当然，它距离真正意义上的离开太阳系还遥遥无期，因为即使是达到理论上太阳系最外层区域的奥尔特云，也还需要差不多300年的时间，而如果需要穿过奥尔特云则是需要30000年。然而预计在2025~2030年左右，“旅行者1号”将会彻底失去电力，到了那时与地球之间的联系也将彻底断开，成为真正的、孤独的“深空旅行者”。不过“旅行者1号”上面有一个镀金的磁盘，这个磁盘上记录了地球和地球上生活形式的照片，包括一系列的科学信息、联合国秘书长和美国总统等人的口头问候以及“地球之声“，包括：鲸鱼的声音、婴儿的哭声、海岸上的海浪和音乐，也包括了沃尔夫冈·阿玛迪斯·莫扎特、盲目威利·约翰逊、查克·贝里和瓦利亚·巴尔坎斯卡的音乐作品，以及来自世界各地的各种土著音乐表演，和55种不同语言的问候语，期待着哪一天“旅行者1号”会被其他行星系统的智能生命给发现，仰望星空，我们并不孤独！



【118、寻找宜居行星，NASA在行动】


2019-06-17 科技日报

葵花形的“星影”（Starshade）将为WFIRST遮住恒星光线，使其专心观测周围的行星。

地球面临毁灭危机，人类移民新的家园，外星文明飞越光年的距离造访地球，这些都是科幻小说中常常出现的情景。人类能到哪里去？外星人能从哪里来？已成为困扰无数天文学家的难题。找到那些与地球类似的适宜人类生存的行星，则是破解这一难题的第一步。

日前，美国国家航空航天局（NASA）在到哪里寻找宜居行星和判断行星是否宜居上都有所突破。人类距离找到真正能够孕育生命和文明的系外行星又近了一步。

宜居行星范围大幅缩小

什么样的行星上可能存在生命？之前，科学家将恒星周围温度适合形成液态水的空间区域定义为“可居住带”，位于其中的行星具备产生生命的基本条件。但是，这种条件只适用于最基本的单细胞生物，与人类等高等动物完全不可同日而语。“宜居”势必比“可居”更为严苛。

近日，位于加州大学河滨分校的NASA天体生物学研究所“替代地球”科研团队在《天体物理学杂志》上撰文指出，考虑到二氧化碳等气体浓度，“可居住带”中大部分空间都无法满足高等动物的生存需要。

研究人员利用计算机模拟不同行星的大气气候和光化学反应。以二氧化碳为例，“可居住带”中离恒星较远的行星需要这种“温室气体”使气温达到冰点以上，但其浓度一旦过高则将成为足以致命的“有毒气体”。仅此一项就足以判断，对于人类等高等动物，“宜居区”不到“可居住带”的三分之一。

更重要的是，对于某些恒星系统来说，根本不存在任何“宜居区”。比如太阳系的两个邻居，“半人马座”比邻星和Trappist-1等温度较低、亮度较暗的恒星发出的紫外线辐射会导致其周围行星一氧化碳浓度过高。这种行星上可能存在微生物，但绝不能成为人类和高等动物的栖息地。

至今为止，天文学家已经发现了4000多颗系外行星。“这一发现提供了决定我们应该更详细地观察这些行星中的哪一个的方法。”克里斯托弗·莱因哈德说。

“星影”计划提高观测精度

人类航天器还不能去探测任何一个系外行星，只能通过天文望远镜观测。如果要确定一个行星是否宜居，必须获得行星大气的光谱信息，对于类似地球的“岩石行星”，唯一可靠的方法就是直接成像。但是，由于恒星的亮度往往是行星大气层反射光的数十亿倍，所以观测系外行星将面临其环绕的恒星光照的严重干扰。

为了解决这一难题，NASA堪称“脑洞”大开。首先，其计划于20世纪20年代中期发射广域红外勘测望远镜（WFIRST），该望远镜的主镜直径达到2.4米，专门用于为“宜居行星”拍照。另外，NASA下属喷气推进实验室（JPL）将与系外行星探索计划（Exep）联合研制名为“星影（Starshade）”的航天器，为WFIRST遮住恒星的光线，使其专心观测周围的行星。

怎样使“星影”、WFIRST和目标恒星在太空中精确连成一线，使“星影”的影子正好投在WFIRST的镜头上？

根据JPL在6月11日发布的声明，“星影”、WFIRST之间的距离在20000—40000公里，大约是3—7倍的地球半径，且二者位置的横向误差必须保持在1米之内，堪称“超级精确”。JPL工程师迈克尔·巴顿表示，这相当于一个饮料杯垫在100公里的距离上对准一颗橡皮擦，偏差小于1毫米。

为了实现这一任务，巴顿为WFIRST专门开发了一套计算机程序来确定“星影”位置是否准确。同时，JPL工程师蒂鲍尔特·弗林诺瓦等人开发了一套控制算法，其依靠巴顿程序提供的信息来控制“星影”推进器的开关。

JPL认为，使用自动传感器和推进器控制来保持两个航天器超过“地球直径尺度”的完全对准。



【119、外星人到底在哪？来自最顶级科学家的著名追问】


原创 程亦之 三体引力波 2017-11-16

前两期我们聊过德雷克方程——估算出银河系大概有多少个外星文明，甚至，算出来两种智慧文明之间的平均距离……

最关键的问题，外星文明到底在哪儿？外星人在哪儿？

有人说了，到处都是呀，各种UFO事件、各种UFO研究组织报告、罗斯维尔事件、美国51区、麦田怪圈、各种网络影像+手拍视频目击资料……不都是吗？

问题是，这些喧嚣热闹的各种证据，都没有被科学共同体接纳，哪怕一个。

有人反问，难道只有被科学家、科学机构认可的才算数？这也太霸道了吧。

如果是在自言自语，自娱自乐，这都无所谓。

但如果想隔着锅台上炕，声称发现外星人、外星文明，哪怕是外星生命，最低级的外星生物，就必须经得起科学共同体最严苛的审核、评议——生物学、天文学、天体生物学、太空生物学、生态学……多学科、跨学科的联合大会考。

科学就是这样，貌似保守、刻板、霸道、不近人情，但其实是在坚守人类绝对理性的阵地，保证人类认知体系的确定性和纯正性。

要知道，人类靠的是科学，才能登上月球、发现引力波，而不是什么祈祷、意念；我们靠的是科技，才能时时互联、人人刷屏，而不是什么玄幻修仙、穿越逗比。

回到正题，外星文明到底在哪儿？为什么我们还没有发现？

就在SETI之父——德雷克先生，提出著名的德雷克方程的前十年，也就是1950年，另一位更加鼎鼎有名的大科学家，引出了这个话题——他们到底在哪儿？为什么我们还没有找到？

他就是费米，20世纪最杰出的物理学家之一，元素周期表第100号元素镄以他命名，基本粒子标准模型中的费米子以他命名，更多人知道他，是因为他参与制造了原子弹，作为曼哈顿计划的主要领衔者……

就是这样一位最顶级的科学家，在午饭闲聊时提出了「外星文明到底在哪儿？为什么我们还没有发现？」，于是，这个著名的命题被称为——费米悖论，Fermi Paradox。

我们说的悖论，一般是指因为逻辑推理的漏洞或者数学定义的不完善，导出了互为矛盾的结果。最典型的就是说谎者悖论——「我说的话都是假话」。

为什么说它是悖论？

因为如果你断定这句话是真话，那就否定了话中的结论，自相矛盾；但如果你断定这句话是假话，那么整句话「我说的话都是假话」的结论，又变成了一句真话，还是自相矛盾。

费米悖论也是这样——以930亿光年的宇宙尺度以及138亿年的宇宙年龄衡量，发展出比人类文明早、技术先进的高等外星文明，这是必须的，但问题是：为什么人类直到现在还没发现呢？

假设成立，但却找不到证据，这不是自相矛盾吗？

先说说第一点——假设：

因为根据平庸原理，地球不是什么特殊星球，仅仅是一颗典型的行星罢了。又根据宇宙第一原则，宇宙在任何时间和空间都遵循同样的定律，在地球、太阳系存在的物理、化学等自然规律在其他星球上，只要是类似条件下，都遵循相同的规律和现象。

正因为如此，也就自然推导出——以930亿光年的宇宙尺度，以及138亿年的宇宙年龄来衡量，当然会发展进化出比人类文明起步早、技术更为先进的高等外星文明，这是肯定的！

再说说第二点——证据：

看看人类自身的扩张本性和资源掌控本性，就不难推导出，任何高等文明都很可能会主动寻找新资源，探索宇宙空间，开拓星际殖民等扩张行动。

但问题是，宇宙诞生138亿年，我们却没有在地球或者可观测宇宙的其他地方，找到外星智慧生命，甚至连外星生命迹象都没有。

这就得出一个结论：智慧生命是很稀少的，或者说我们人类对智慧生命的认知，是不对的。

这一结论反过来又跟第一点假设，自相矛盾。

同样，我们也无法推翻第一点假设以及背后的原则、定律。

费米悖论的追问，让人追得好辛苦、好烧脑，似乎陷入了死循环。



【120、巡天望远镜 每3夜巡视北半球一遍】


2021-05-14 前瞻网

5月11日，中国总投资2亿元的2.5米大视场巡天望远镜基建项目，在青海冷湖天文观测基地正式开工。

中国科学技术大学—紫金山天文台 2.5 米大视场巡天望远镜基建项目（Wide Field Survey Telescope，简称 WFST），是中国科学技术大学在建的"双一流"学科平台。

据悉，其口径为 2.5 米，采用国际先进的主焦光学系统设计，同时具备大视场、高像质、宽波段的特点，能够实现高精度位置和亮度测量，具备强大的巡天能力，能够每 3 夜巡天整个北半球一遍。

冷湖天文观测基地，位于海西州茫崖市冷湖镇赛什腾山区域，距离茫崖市冷湖镇区约 70 公里，平均海拔约 4200 米左右，具有优质天文星空资源。

目前，冷湖天文观测基地已签约落地天文望远镜项目共 5 家科研单位 7 个望远镜项目，总投资达 6 亿元。

据悉，其口径为 2.5 米，采用国际先进的主焦光学系统设计，同时具备大视场、高像质、宽波段的特点，能够实现高精度位置和亮度测量，具备强大的巡天能力，能够每 3 夜巡天整个北半球一遍。

冷湖天文观测基地，位于海西州茫崖市冷湖镇赛什腾山区域，距离茫崖市冷湖镇区约 70 公里，平均海拔约 4200 米左右，具有优质天文星空资源。

目前，冷湖天文观测基地已签约落地天文望远镜项目共 5 家科研单位 7 个望远镜项目，总投资达 6 亿元。

WFST 望远镜建成后，将成为北半球具备最高巡天能力的光学时域巡测设备，能够获取高精度位置和多色亮度观测数据，高效搜寻和监测天文动态事件，预期可以在时域天文、外太阳系天体搜寻、银河系结构和近场宇宙学等领域取得突破性成果。



【121、研究暗示，生命可能起源于一个你完全意想不到的地方】


2021-05-21 徐德文科学频道

地球上的生命究竟是什么时候诞生的？

科学界比较公认的证据出现在35亿年前，但近年来的研究不断把这个时间向前推进，最早的甚至达到了42亿年前。

而来自火星的ALH84001陨石，更是把这个记录疯狂地提高到45亿年前，这意味着在太阳系刚刚形成的时候，生命就开始萌蘖了。

当然这些证据都不怎么有力，没有得到科学家们的普遍承认。

不过后来，又有两个国际科学家团队对一个婴儿恒星系统的独立研究，暗示着生命的起源甚至比我们最疯狂的研究还要疯狂，比我们最大胆的推断还要早得多。

这两个团队的成员分别来自西班牙、意大利、荷兰和英国，他们利用智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的观测能力，在400光年外的蛇夫座年轻联星系统IRAS 16293-2422中，检测出生命前复杂有机分子甲基异氰酸酯。

这一家族的有机分子以蛋白质的形式参与了肽和氨基酸的合成，是已知生命的生物学基础。

此前，同样利用这个望远镜，科学家们已在这个恒星系周围的云气里发现了单糖乙醇醛。

研究人员在这颗婴儿恒星温暖、密集的内部区域发现了独特的化学指纹，这些区域充满尘埃和气体，处于恒星演化的早期阶段，壮观的甲基异氰酸酯气体包围着这颗年轻的恒星。

此后科学家们利用计算机化学建模和科学实验来完善对分子起源的理解，希望从中了解到我们太阳系早期生命形成的条件。

结果表明，在非常寒冷的条件下，甲基异氰酸酯可以在星际空间的冰冷颗粒上产生，这意味着这种肽键的基础分子，确实可能存在于大多数新形成的年轻太阳附近。

地球和其它岩石行星都是太阳形成后内太阳系剩下的材料形成的，这项研究是否暗示着宇宙中生命应该更为普遍？

我们并不是孤独的造物，也不是特别的存在？

生命其实应该起源于广袤的宇宙空间，然后才降落到适宜的星球上？



【122、研究称奇异星际天体“奥陌陌”可能是类似冥王星的行星爆炸的块状物】


2021-03-18 科技你懂的

据外媒CNET报道，自从发现第一个在太阳系中游荡的星际天体“奥陌陌”（Oumuamua）造访我们以来，科学家们就被它吸引住了。它是一个令人费解的宇宙“流浪者”--如此怪异，以至于一些科学家甚至推测它可能是一项外星技术（尽管没有真正的证据）。一个新的理论出现在周二发表在《地球物理研究杂志》上的两篇论文中。天文学家认为这个奇怪的天体可能是一个类似冥王星的行星的弹射碎片，该行星在大约4亿年前被轰出了它的母星星系。

“这项研究令人兴奋，因为我们可能已经解决了奥陌陌是什么的谜团，”亚利桑那州立大学的天体物理学家和新研究的共同作者Steven Desch说。“我们可以合理地确定它是‘外冥王星’的一个块状物，即另一个太阳系中类似冥王星的行星。”

“奥陌陌”（Oumuamua在夏威夷语中意为“侦查兵”或“信使”）在2017年被发现，因为它在离开太阳系的途中绕过太阳。它在2017年10月和11月被观测到，然后消失在黑暗中。它表现出一些奇怪的行为。观测表明，它是雪茄形的，当它绕过太阳时，它聚集了大量的速度——超过了预期——而没有表现出任何气体逸出的迹象，这是彗星的一个明显标志。

Desch和研究合著者Alan Jackson认为，在另一个行星系中，5亿年前的太空某处，两个宇宙体之间的碰撞导致了氮冰的爆炸性喷射。一块块薄饼状的冰块从它的家园被抛出，进入了行星系之间的空间。

在宇宙的冰冻深处，这块固体氮冰会游荡，慢慢被辐射削去。当它进入太阳系并接近太阳时，氮气就会加热，使它的速度得到一点提升，同时也产生了地球观测者注意到的雪茄形状。Jackson说，加热会使天体变平，就像一块肥皂的外层在使用过程中被磨掉那样。

这是一个巧妙的解释，可以解释“奥陌陌”的奇怪之处，而且是一个令人兴奋的假设，因为它表明“奥陌陌”是已知的第一颗经过太阳系的星际天体。

“奥陌陌”的反射性也与天文学家在冥王星和海王星卫星海卫一(Triton) 上观察到的情况相吻合，这些卫星富含氮气。在一个遥远年轻的太阳系中，天体不断地相互碰撞，因此有理由认为大块的天体被抛在太空中。

“我们推理，有可能其他太阳系中也有冥王星，它们的表面有氮冰，一块块被打掉的氮冰有可能进入我们的太阳系，并解释了我们看到的一切。”Desch说。

“每个人都对外星人感兴趣，这个太阳系外的第一个星际天体让人们想到外星人是不可避免的，”Desch说。“但在科学中，重要的是不要妄下结论。”

到目前为止，科学家只发现了两个星际天体。第二个星际天体2I/Borisov是在2019年底发现的，相比之下，它相当普通。它几乎可以肯定是一颗彗星，但它确实以一些独特的特征让科学家感到惊讶。



【123、研究發現，可能是因為木星的關係才將金星變成一顆難以生存的星球】


這顆未受地球污染的隕石，幫助科學家們發現豐富的外星有機化合物

2020-10-02 黃威翔

科學家表示木星的引力將金星拉出了可以維持生命的軌道上，很有可能殺死了大部分或是所有住在上面的有機生物。

曾經不是地獄

根據一項新的研究指出，木星那個比起太陽系所有其他行星加起來都還要大 2.5 倍以上的巨大質量可能干擾了金星的軌道運行，最後使金星到達了不再能夠維持生命發展的地步。金星現在就彷彿是地獄，地表溫度規律地達到攝氏 427 度，高度的酸雨難以提供生命任何微小的機會存活。但是很久以前，這顆星球可能比現在更適合居住。

發表於《行星科學期刊》（The Planetary Science Journal）的本研究的主要作者、加利福尼亞大學（University of California）天文生物學家史蒂芬·R·凱恩教授（Stephen Kane）提到：「關於今日的金星的有趣事情之一是它的軌道幾乎是完整的圓。透過這個計畫，我想要探索這個軌道是否一直是圓的，還是不是？若不是，這暗示了什麼東西？」

偏心度改變

科學家們以 0 到 1 的數字來量測一顆行星的軌道有多圓，其中 0 是完全正圓，1 則是完全不圓。他們將 0 與 1 之間的數字稱為軌道的偏心度（eccentricity）。凱恩教授表示，若軌道的偏心度為 1，則它甚至不會在恆星周圍完整地形成軌道，而只會單純地往太空出發。

目前，金星的軌道的偏心度是 0.006，是所有太陽系行星中軌道最圓的星球。然而，凱恩教授的模型顯示，在 10 億年前，當木星可能比較靠近太陽時，金星的偏心度可能有 0.3，比較沒那麼正圓而更像橢圓形，而當時的金星有較高的機率可能比較適合居住。但是隨著歷史演進，木星遠離了太陽，而因為它巨大的尺寸，也影響到了其他巨大行星的軌道。

凱恩教授解釋說：「隨著木星遷移，金星可能在氣候上產生劇烈的變化，突然加熱然後接著冷卻，並且逐漸地將水喪失至大氣中。」研究人員在論文中寫到：「我們認為，對年輕的金星而言，這些偏心度上的差異可能加速了金星大氣的發展，逐漸不可避免地使大氣層崩毀而造成失控的溫室狀態。」

可能曾經存在生命

這個研究在科學家們很興奮地發現在金星的大氣中有很大量的膦（phosphine）之後發表，而膦是生命存在的一種可能象徵。由於膦傳統上是由微生物所製造，因此凱恩教授說這些氣體很有可能是「在一顆經歷過劇烈環境變化的星球上最後存活的物種」的象徵。

然而，凱恩也提到，自從金星喪失最後的表面液態水以來，微生物就必須在金星上的硫酸雲中持續生存大約 10 億年，雖然難以想像，但也不是不可能。他說到：「可能還有很多其他的過程來製造我們仍然未探索過的氣體。」

最後，凱恩教授提到了解金星發生了什麼事是很重要的。他說：「我專注於金星與地球之間的差異，並且專注於金星哪裡出了問題，如此一來我們可以獲得地球是如何變得容易居住的觀點，以及我們可以做什麼來盡量守護這個星球。」

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【124、仰望星空——“盛大的旅行”】


今日头条

旅行者一号已经飞行222亿公里，它在太空还能飞多久？

天文望远镜是人类探索地球以外星球的最早方式，然而，天文望远镜看到的始终是画面，无法近距离探测太空的真实情况。

随着科学技术的发展，空间探测器成了最客观、最真实的了解外星球方式。

1962年8月，美国成功发射了人类历史上第一个星际探测器——水手二号，水手二号探测器是一个金星探测器，同时，也拉开了人类探索其他星球的序幕。

▲水手2号探测器

作为人类第一颗成功发射的行星探测器，水手二号对于科学技术的贡献，远大于其在科学领域的贡献，发射过程一波三折，执行任务更是故障频出，目前水手二号仍在太阳系轨道运行，只不过现在的角色是一个人造小行星。

▲水手10号探测器

正是有了水手二号探测器的前期技术积累，美国相继发射了水手3-10号、先锋系列号探测器，这些探测器在探索宇宙奥秘起到了非常重要作用，但是要说划时代的意义，这些探测器都无法与水手二号相媲美，直到旅行者一号出现，才产生了又一代传奇。

▲旅行者1号探测器

1977年9月5日，美国发射了旅行者1号空间探测器，探测器重815千克，其主要目的是探测土星、木星及其卫星与土星环。

1979年，旅行者1号成功经过木星系统，1980年，经过土星系统，旅行者1号出色地完成了各项探索任务，它也是第一个提供木星、土星及其卫星高清照片的探测器。

▲ “旅行者1号”拍摄的木卫依娥照片

旅行者1号主要任务已经完成，科学家想要它开始完成次要任务，它的次要任务探访下天王星和海王星，不过可惜的是，旅行者1号在拜访土卫六时，遇到了一些困难，科研人员决定终止旅行者1号的次要任务，把拜访天王星和海王星的任务，交给了它的继任者旅行者2号。

▲ “旅行者1号”拍摄的土卫泰坦照

不过，旅行者1号的使命并没有结束，NASA决定，临时给旅行者1号委派其他重要任务——探测太阳风顶，同时开展太阳风粒子测量。当时，临时改变计划有两方面的考虑，一方面考虑到旅行者1号出色的性能，另一方面考虑其携带了核动力电机。

不过，目前来看，旅行者1号的发电机表现太过于出色，已经大大超过设计寿命，根据目前的数据显示，大约在2025年前，旅行者1号的电机依然能够提供足够电力，供探测器与地面联系。

自改变任务后，旅行者1号像撒了欢一样逃离太阳系。

不过，很多人会有这样的疑问，一旦旅行者1号跑远了，人类还能联系上它吗？

其实，旅行者1号在设计之初，科研人员还是充分考虑了这个问题，为了增强信号，旅行者1号设计了一个3.7米直径的天线锅盖，这种设计在当时已经是最大尺寸的信号发射和接收器，除此之外，陀螺仪也是必不可少的设备，其作用就是找准方向，毕竟只有锅盖对准地球，才能彼此联系上。

▲ “旅行者1号”结构示意图

然而，44年过去了，旅行者1号已经距离地球222亿公里，相当于以太阳的相对速度：17公里每秒逃离地球。

2014年9月13日，NASA新闻发布会对外宣布，旅行者1号已经飞出太阳系，正式进入了星际空间。

那如此远的距离，人类与旅行者1号要联系上，需要多久的时间？

我们知道，人与探测器交流靠的是无线电波，无线电波的传播速度与光差不多，约30万千米每秒，通过简单计算可以得到：如果人类与旅行者1号一问一答，总共需要40小时，而我们知道，太阳光到地球仅需要8分钟，可见旅行者1号确实已经离地球太远了。

2017年，人类与旅行者1号完成互动后，双方的联系基本处于半失联状态，科学家估计，到2025年将彻底失去与地球的联系，此后，旅行者1号将独自向银河系飞去，成为“流浪探测器”。

不过，按照旅行者1号当前的飞行速度，其抵达下一个恒星系统需要4万年的时间。

到这里，很多人就有疑问了，旅行者1号还要4万年才能到达下一个恒星系统，那它的核动力系统能够坚持那么久吗？

实际上，自打探测器被送到预定轨道后，就不需要燃料为其提供动力了，属于无动力在太空中飞行，从地球出发的太空飞船，只要初速度加速到16.7公里/秒（相对于地球），也就是第三宇宙速度，它们就能依靠惯性飞出太阳系。

核动力电池只是为旅行者1号上的仪器设备、与地球联络信号才用。

就现在来看，地球人类与旅行者1号已经基本上失去了联系，那人类费劲这么大心思，造了这么个探测器，是不是有点浪费了呢？毕竟即使外星人得到旅行者1号，也不知道来自地球。

其实，这种想法就属于多虑了，科学家一早就想到了这些，他们打造了一个铜质磁盘唱片，并把这张唱片放到了旅行者1号，希望通过这个来向太空的其他生物诉说人类的世界。

这张唱片的外径尺寸为12英寸，镀金表面，内藏有金刚石留声机，这就意味着这张唱片能够保存10亿年之久，而且能够保证唱片音质能够和新的一样。

唱片的内容，主要包括55种人类录制的语言和各类音乐，同时还包括115幅照片，这些照片包含太阳系行星的照片、人类的身体结构图像及说明。

还有来自时任美国总统卡特的问候，内容是：“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活过我们的时代，进入你们的时代。”

值得注意的是，唱片也有很多中国元素，包括中国古典名曲《流水》和四种中国方言问候（ 普通话、闽南语、粤语、吴语）。

写在最后

截至目前，旅行者1号已经成为人类飞行最远的飞行器，它已经成为人类划时代意义的科研成果，标志着人类星际探索新时代的到来，这颗史无前例的探测器将宇宙中无限的未知与奇迹带给人类。



【125、野心勃勃的提议：在轨道上建太空“博物馆”】


BBC 2018年4月26日

2009年5月18日，距离地表570公里（350英里）的高空，宇航员格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）成为最后一个触摸哈勃太空望远镜的人。 这是对哈勃进行的最后一次维护任务，难度极大，在结束任务返回阿特兰蒂斯号（Atlantis）航天飞机（港台称太空穿梭机）气闸舱前，格伦斯菲尔德引用了科幻小说大师阿瑟·克拉克（Arthur C Clarke）的话。

"探索可能性极限的唯一方法，是超越极限进入不可能"，他通过对讲机向聚集在控制中心的贵宾们说："本次任务中，我们尝试了许多大家认为不可能的事…祝哈勃一切顺利。"

宇航员将哈勃放回轨道，随着阿特兰蒂斯号离开，哈勃的亮光逐渐消失在茫茫宇宙中。

如今，航天飞机已经返回地球，新的维修任务也不可能了。一切顺利的话，哈勃还可以再工作几年，继续为我们揭示宇宙的灿烂，但未来十几年，它的零件势必损耗，运行轨道也将被废弃。

哈勃太空望远镜是史上最重要的科学成就之一，预计在2030年代初返回大气层时烧毁，与第一颗卫星、第一只太空犬莱卡（Laika）、太空实验室以及和平号太空站等等许多历史性太空物体的宿命一样。

但可能还有个"不可能"的选择。

斯图尔特·埃夫斯（Stuart Eves）是太空信息交换（一个英国政府及业内关于太空安全及基础设施的论坛）的主席，也是卫星工程师和太空碎片专家，他说："这个结局对哈勃这么著名的东西来说难以令人接受，我们在博物馆里保存历史性船舶、飞机、汽车还有火车，我们也应该为后代好好保存哈勃。"

将哈勃带回地球成本高昂挑战重重，虽然航天飞机曾在1984年成功带回两颗通讯卫星。埃夫斯则敦促美国政府将哈勃留在太空。在对哈勃执行最后一次维护任务之前，Nasa（美国太空总署）研究了使用机器人航天器而非宇航员与哈勃对接来进行维护的可能性，埃夫斯希望利用这种技术将哈勃保留在轨道上。

埃夫斯说："可以用卫星捕获哈勃，把它对准正确的方向之后推到高一些的轨道，这样可将哈勃在太空维持一段时间。接下来就是每个博物馆馆长都会遇到的问题：与时间对抗保存珍贵的展品，譬如防止哈勃受辐射，可能被太空碎片撞击等问题。"

航天飞机返回地球 ——但还有许多重要的太空文物留在轨道上。

埃夫斯的方案是发射一颗譬如鞋盒大小的微型卫星进入哈勃的运行轨道，充当哨兵或是虚拟博物馆馆长。"可以放置一个小型机器人相机围绕哈勃飞行，将影像传回给参观博物馆的人看，譬如用虚拟现实眼镜观看，这样我们起码有了哈勃的实景记录数据。"

微型卫星技术也可以用于监测其他重要的人造太空体，譬如首个电视通讯卫星电星（Telstar），1962年发射，现仍在距地表1,000至5,600公里（620至3,480英里）的椭圆轨道上运行，或是监测当前在轨时间最久的科学卫星先锋1号（Vanguard-1）。

埃夫斯表示："我们考虑过用微型卫星来监测国际空间站，让高像素相机围绕空间站飞行，检查其状态，以及是否出现需要处理的外部破损。"

停留空间轨道上时间最久的人造太空体先锋1号卫星可以变成旅游点。

埃夫斯不止想保存地球周围轨道上的卫星。由于Nasa计划重返月球，人们担心之前机器人或人类执行任务遗留的物品会受影响甚至损坏。一个新的国际组织"为了全月球"（For All Moonkind）日前成立，倡导人们关注这个问题（我们也曾发表相关文章），譬如呼吁建立新的联合国规章来保护阿波罗号宇航员在月球留下的着陆器、旗帜以及脚印。

也许将来会在月球建个博物馆，至少把重要物品保护起来，但把它们运回地球还是值得的。

"我同意应该对人类太空物体以及脚印这类遗迹化石加以收藏保护，但不该过度保护使之失去科学研究利益。"埃夫斯说到。

"我听过更离奇的一个提议是去月球把宇航员装粪便的袋子拿回来，太空生物学家们会很想知道粪便里面的细菌对极端太空环境应对如何。"这肯定会是个相当特别的展览。

这并非是将遗留月球的人类物品第一次带回地球。1969年11月，阿波罗12号的宇航员将机器人探测器勘测员3号（Surveyor-3）的相机带回用于研究。最初甚至发现相机上有大量在月球存活下来的细菌，但后来发现更有可能是研究过程中因为卫生程序不到位，细菌是人打喷嚏喷上去的。

未来十几年内，人类很大可能再次登月，亲眼看到尼尔·阿姆斯特朗首次登月的脚印。但2009年阿特兰蒂斯号航天飞机的宇航员们会否是最后一批近距离看到哈勃的航天员吗？不一定。

阿波罗号宇航员的脚印很可能是人类将于保护的航天员类文物。

未来，人类应该能够搭乘私人航空器绕着地球看卫星，而短期内，极少数人将有幸再次近距离看到部分历史性太空物体。

"有公司在认真考虑建造太空旅馆，它们会选择哪个轨道？"埃夫斯说："选择与哈勃合适的轨道能获得神奇的风景——透过窗户低头望向地球时看到哈勃太空望远镜飘过，岂不妙哉。"



【126、一光年就是光飞行一年的距离，但光飞行一光年的距离并不需要一年2021-05-21 宇宙时空】


光年，并不是时间，而是距离，指的是光飞行一年的距离，大约9.46万亿公里。一光年的距离对于生活在地球上的人类来讲遥不可及，但由于宇宙实在太浩瀚了，用公里这种单位描述宇宙实在不方便，所以只能用更大的单位光年，实际上即使是光年，在浩瀚宇宙面前也显得很渺小。

光年的概念，其实一点也不难，很好理解。不过我还是需要较真一下，因为只有较真了，才能明白光的背后藏着很多奥秘：一光年指的是光飞行一年的距离，但一光年的距离真的需要光飞行一年时间吗？

这种问题看起来有点绕嘴，也有点抬杠的味道，但其实并不是这样的。光年确实是光飞行一年的距离，这没有错，但一光年的距离真的不需要光飞行一年。

该如何理解？

首先，我们需要明白一点：光飞行一年的距离是一光年，这里的“一年”时间对于我们人类来讲，而不是“光的一年”！明白这点很重要。

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，物体随着速度的增加，时间流逝的速度会变慢，这被称为“时间膨胀效应”。任何具有静质量的物体都无法达到光速，只有无限接近。如果物体的速度达到光速了，意味着物体其实已经变成光子了，不再是“物体本身”了。

拥有静质量的物体为何不能达到光速，看看狭义相对论中的质增公式就知道了：

公式中的m是质量，m0是静质量，V运动速度，c为光速。从公式可以看出，当V无限接近光速时，物体质量会接近无限接近无穷大，这意味着需要无穷多的能量才能推动维持物体的速度，显然这是不可能发生的，尤其是对于有限的宇宙来讲更加不可能。

狭义相对论是基于两个假设得出的公式，其中一个重要假设就是光速不变原理，光速在任何参照系下都是光速。我们都知道，当我们说到“速度”时，必须有一个参照系，否则速度就没有了意义。但是，光速就是如此特殊，它不需要参照系（或者在任何参照系下都是光速），光速其实是时空的内在固有秉性，严格来讲光速并不是指光的速度，而是麦克斯韦方程组导出来的一个常数，是四维时空的固有属性，只与真空的磁导率和介电常数有关。

一不小心说得太多了，回到正题。

明白了光速的这种特性，我们就知道对于光来讲为什么没有时间的概念了。说白了，无论光飞行多远的距离，对于光自身来讲都是瞬间到达的，即便是穿越直径为930亿光年的可观测宇宙，也是一瞬间就可以完成。

但在我们人类眼里，并不是这样的，一光年的距离光仍旧需要飞行一年。这既是狭义相对论中参照系选择不同而造成的不同结果。

这样说不太好理解，下面就用亚光速来举例子，就很好理解了！

如果你乘坐一艘亚光速飞船离开地球，你经历的一年与地球上的我的一年并不是一个概念，本证时间（各自的时间）是一样的，也就是说你体验到的一年与我体验到的一年长度是一样的，这并不矛盾，因为参照系的选择不同造成的结果，也体现了时间的相对性和同时的相对性。

也就是说，对于两个不同的参照系来说，对同一个事件的时间观察结果是不一样的。

举个例子。比邻星距离地球大约4.3光年，如果你乘坐亚光速飞船（假设非常接近光速）飞往比邻星，地球上的我来看，你需要大约4.3光年多一点的时间到达比邻星，但对于飞船上的你来讲，远远不用4.3光年。

当你亚光速飞行时，时空变化就非常明显，尺缩效应也体现得非常明显，地球与比邻星（阿尔法星）之间的距离就不再是4.3光年，会比4.3光年短，距离短多少取决于你到底有多接近光速。理论上分析，比邻星完全有可能就在你眼前，你瞬间就可以到达比邻星，当然前提是你必须无限接近光速飞行。

当然，也可以用速度越快所用时间就越短来诠释，时间膨胀效应与尺缩效应是对等的，因为时间和空间本来就是有机的整体，不可分割。

这里牵扯到一个问题，类似于“双生子佯谬”。

地球上的我眼里来看，你飞到比邻星需要4.3年，而你感觉自己远远不用4.3光年，我会看到你的时钟变慢了，并且你的一切动作都变慢了，就像电影里的慢动作播放一样。

当然，由于速度是相对的，你看到我的效果也是一样，你会看到我的时钟也变慢了，我的一切动作也都变慢了。

那么，到底谁的时间变慢了？两者看起来有些矛盾。

其实一点也不矛盾。因为你和我处于两个不同的参照系，我们两人观察到的结果都只能代表各自的参照系，无论什么结果都不会发生矛盾，我们两人观察到的结果都是对的。

那么，为何说亚光速飞行的你会变得更年轻呢？

所谓的“年轻”也是相对的，也就是说，你和我必须重新回到同一个参照系，才有资格比较谁更年轻。如果我们两人一直处于两个不同的参照系（永远不返回地球），讨论“谁更年轻”就没有意义了。所以，你必须重新回到地球，然后再去比较到底谁更年轻。

如果你想返回地球，一定会经历减速和假设的过程，这个过程其实才是真正的改变了时间，减速和加速过程让你的时间变慢了。我地球上的我并没有经历减速和加速过程。

有一个公式可以计算出你的时间相对我的时间到底变慢了多少，这个公式就是：

最后强调一点，在任何参照系里，自我感觉到的时间（本证时间）都是一样的，没有任何区别。



【127、一生一次！肉眼观测“最亮彗星” NEOWISE 的机会来了，整个7月都能看到】


省钱君 2020-07-13

说起彗星，大家第一个能想到的就是最著名的哈雷彗星，在地球上每隔75-76年就能用肉眼看到一次，人一生中可能两次经历它的来访。但是现在，我们有机会看到一颗比哈雷更壮观美丽、更罕见的彗星——约6800年才出现一次，是迄今为止可肉眼观测到的最亮彗星，NEOWISE。

NEOWISE彗星，官方名为C/2020 F3 (NEOWISE)，是一颗具有接近抛物线轨道的逆行长周期彗星，今年3月27日由NASA的广域红外线巡天探测卫星（WISE）发现，并以其探测任务“NEOWISE”命名。

7月3日，NEOWISE彗星在飞掠过近日点期间亮度激增，成为北半球继1997年的海尔-博普彗星后最亮的彗星，预计在整个7月都将维持人眼可见亮度，由此引发了全球天文爱好者们的广泛关注。NASA也号召大家，这“一生一次”的观测机会，千万不要错过！

在西雅图看彗星neowise，凌晨3:30-4:15，6800年一次的机会，Alki  Beach是官方推荐的最佳观测点。这个月都有机会看！不过我肉眼基本看不到，用iphone对着那个方向拍照，倒是看的很清楚！

哪里可以观察到？何时观察？

截至目前，全球南纬45度以北的地区皆有机会见到NEOWISE彗星，最佳观测范围在北半球中纬度地区。根据日期，NASA的观测建议如下：

7月上旬前，在黎明前1至2小时内能在东北方低仰角处观测到；

7月中旬，彗星移至西北方向，适合观测的时段转为日落后1至2小时内；

7月下旬起，彗星亮度将快速降低，最迟在8月下旬便会完全退回人眼不可见的亮度。

7月22日将是NEOWISE彗星最接近地球的日子，距离大约为6400万英里；而下一次人类能看到NEOWISE彗星将为6800年以后！

裸眼可以看到NEOWISE彗星吗？

根据NASA的建议，借助望远镜（binoculars或者小型telescope）就能简单清晰的观察到NEOWISE彗星，但在一些地区的观测者，裸眼也能看见！

当然作为天文爱好者，或者想更好观赏到这几千年出现一回的彗星，君君还是建议大家利用设备观赏～下面为大家带来一些NEOWISE彗星的美图欣赏：

各位天文爱好者还等什么呢？赶紧拿上你们的手机相机，来捕捉这一生一次的奇观吧！也欢迎大家在晒货区分享你们镜头下的NEOWISE彗星～



【128、一位“时间穿越者”自称来自2030年，并拿出证据，穿越真的存在？】


2021-04-24 我们都是科技宅

如果用一句话描述时间，大家会怎么说呢？时间就是周一到周日；是太阳的东边升起，西边落下。随着时间的推移，我们人生也一天天的度过，从出生到变老，这些经历都无时无刻的提醒我们时间一直存在，又一直流逝。

时间是什么？

时间在我们身边一直是一个神秘的存在。从世间万物的变化中我们感受着时间，它无形无味，人们看不见它，也摸不着它。通过事物的变化来感知时间的变化，例如地球绕太阳公转一圈形成四季交替变化，它转动的整个周期就是一年。那时间是否存在呢？周围事物的变化我们可以看成时间流逝。或许时间还有另一种存在的模式，时间流逝才会促使事物的变化。比如一块面包放时间久了，就会发霉。如果我们说时间能停止，那么世间万物也就处于静止状态了。这就好比一个开关，以上两种方式都可能是时间存在的模式。

一位“时间穿越者”，自称来自2030年

前段时间，一位男子，自称是来自于2030年的录音传到网上，引起了网友们的关注。该名男子是诺亚诺瓦克人，他表示自己是穿越时间回到现代的。令网友们惊奇的是，在面对大家的质疑时，他说出了一些未来发生的事情，而且还通过了测谎仪的验证。

后来这位男子又在网络直播中说出自己的身份，他表示自己说的话都是机密的事情，是不能公开的。所以这名男子的样貌与声音都经过了后期处理。这名男子在音频中表示自己是来自于2030年，虽然他现在看上去像20岁的年轻人，但是他的实际年龄已经50多岁了。同时他还说道，未来人工智能技术发展的非常快，人类也成功登上了月球。整个过程中，主持人与男子一问一答。让人有些想不到的是，这名男子说的话，都通过了测谎仪的监视。当然网友们对这名男子的说法都表示太荒谬。就在大家向他询问更多的问题时，他表示回答问题要额外收取费用。这一做法更是引起了网友们的怀疑，通过他的这一做法，也暴露了他的本性，他说的话肯定是谎言无疑了。

时间是不可逆转的

从古至今都流传着一句话：破镜难重圆，覆水难收。这一句话已经告诉我们时间是无法逆转的，所谓的穿越也只是人们一种幻想罢了。也许是造物主对时间最初的设定，时间不可逆转，只会单向流逝，更不会静止。其实我们现在所认定的时间概念来自于牛顿的影响，他认为时间是绝对的，无论条件怎么改变，每个人都拥有相同的时间。在时间的长河中，每个人的生命也在随之流逝着。过去的也不会再回来，宇宙的定律就是如此，这也是维持宇宙平衡的必要条件。

我们经常幻想人类能够时空穿越到过去或未来，这样就可以有机会弥补一些未完在的遗憾。当然随着人类对宇宙的探索，未来是否能实现时空穿越还未可知。大家觉得未来人类会有机会穿越吗？



【129、毅力号】


“毅号”（Perseverance）火星探测器为NASA公布的新一代火星车，由美国的初一学生亚历山大·马瑟命名，用于搜寻火星上过去生命存在的证据。

2020年5月18日，NASA公布“毅力号”火星车多项测试视频集锦，由于火星车登陆后无法对其进行维修，团队需确保其能承受极端温度变化及持续辐射的环境。

2020年7月30日，美国“毅力”号火星车从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。毅力号探测器将进行一次近7个月的火星旅行，并于北京时间2021年2月19日凌晨4点55分左右在火星杰泽罗陨石坑内以壮观的“空中起重机”方式安全着陆。3月4日，“毅力号”完成首次火星行驶，留下专属印迹。

2021年2月，“机智”号直升机搭载“毅力”号火星车成功降落在火星表面；美东时间4月19日3时30分许（北京时间4月19日15时30分），NASA“毅力号”火星车携带的“机智号”直升机在火星表面起飞。

2021年4月，据美国《世界日报》报道，美国国家航空航天局(NASA)的“毅力”号火星车，将火星大气中的部分二氧化碳成功转化为氧气，创下历史。

科普

四副火星新地图了解NASA毅力号着陆区2020-12-07 15:23

毅力号将沿用好奇号的空中吊车方法着陆，但在具体的进入大气层、下降和着陆阶段（EDL）计划采用喷气动力实验室（JPL）新开发的一种叫做“相对地形导航”（Terrain Relative Navigation，TRN）的着陆方式，旨在进一步提高探测器的自动避障能力和着陆精度。

任务目的地火星

动力来源核动力

发射时间2020年7月30日

发射地点卡纳维拉尔角空军基地

发射火箭宇宙神V

抵达时间2021年2月19日凌晨4点55分

项目进展

2020年3月5日，NASA公布新一代火星车正式名字：“毅力”号（Perseverance）。命名者是来自美国弗吉尼亚州的初一学生亚历山大·马瑟。

2020年4月15日，美国国家航空航天局（NASA） 方面表示2020年火星漫游者计划的探测器“毅力号”仍然按照计划将于2020年7月中旬发射，为该机构在疫情期间最高优先任务之一。 

美国国家航空航天局（NASA）将于7月30日发射“毅力号”火星探测器，前往火星上35亿年前曾是河流三角洲的区域，探寻古微生物的遗迹。

2020年7月27日，美国宇航局斥资27亿美元建造的火星“毅力号”探测器顺利通过发射启动前检验。

2020年7月28日，美国宇航局局长吉姆·布里登斯汀在新闻发布会上称，发射启动前检验现已完成，我们已做好发射准备。

北京时间2020年7月30日19点50分，毅力号在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。该探测器发射窗口时间将延伸至8月15日，如果这段时间该探测器无法顺利升空，它将被封存起来，等待2022年下一次发射窗口时间到来再发射（地球和火星每26个月会出现为期几周的发射最佳时期）。

北京时间2021年2月19日4点55分（美国东部时间2月18日15点55分），美国 “毅力号”火星车成功在红色星球登陆。 

2021年2月25日据“中央社”报道，在登陆火星不到一周的时间里，美国“毅力”号火星车已经发回了许多影像。当地时间24日，美国宇航局(NASA)公布了“毅力”号火星车在登陆地点拍摄的壮观全景照。

2021年3月4日，“毅力号”3月4日首次在火星行驶期间拍摄的照片，从图片中可看到探测车在火星表面留下的齿轮印迹。3月9日，美国国家航空航天局公布了一组火星探测车“毅力号”检查其机械臂的图像。

美东时间4月19日3时30分许（北京时间4月19日15时30分），NASA“毅力号”火星车携带的“机智号”直升机在火星表面起飞。

2021年4月，据美国《世界日报》报道，美国国家航空航天局(NASA)的“毅力”号火星车，将火星大气中的部分二氧化碳成功转化为氧气，创下历史。

项目特点

毅力号探测器将在火星度过大约两个地球年（至少一个火星年），探索直径45公里的杰泽罗陨坑，据悉，杰泽罗陨坑在远古时期曾存在一处湖泊和一处河流三角洲。毅力号探测器将负责搜寻火星远古生命的迹象，研究陨坑地质结构，采集并保存几十个火星样本。这些样本可能最早于2031年由美国宇航局和欧洲航天局联合太空任务带回地球，一旦火星样本抵达地球，世界各地的科学家将分析样本，探索火星生命潜在的证据，以及火星神秘历史的重要线索。

研发目的

该任务耗资24亿美元，利用名为“毅力号”的火星探测器搜寻火星上过去生命存在的证据，并储存样本在未来返回地球。 

组成结构

“毅力号”是一个2300磅（1043千克）的火星车。

毅力号的样品处理臂由一对组件组成：Bit Carousel和Adaptive Caching Assembly（自适应缓存装置），它们将用于收集、保护这些灰尘和岩石样本并将其返回给科学家。Bit Carousel 由9个钻头组成，火星车将使用它们钻入地面，拉动样本并将它们传递到火星车内部，以通过自适应缓存装置进行分析。该系统具有七个电机和总共3000个零件，并负责存储和评估岩石和灰尘样品。 

毅力号身上总共安装了五款成像工具；首先是桅杆头上的SuperCam（位于大的圆形开口中），其次是两个位于桅杆下方灰框中的Mastcam-Z导航摄像头。激光、光谱仪、SuperCam成像仪将用于检查火星的岩石和土壤，以寻找与这颗红色星球的前世有关的有机化合物。两台高分辨率的Mastcam-Z相机能够与多光谱立体成像仪器一起工作，以增强毅力号火星车的行驶和岩心采样能力。 

该探测器的10个科学设备中有一个叫做“MOXIE”，它能从火星稀薄、以二氧化碳为主的大气层中制造氧气，这些的设备一旦扩大规模，就可以帮助未来宇航员探索火星，这是美国宇航局将在21世纪30年代实现的重要太空目标。

此外，一架被命名为“Ingenuity”的1.8公斤重的小型直升机将悬挂在毅力号腹部位置抵达火星，一旦毅力号找到合适位置，Ingenuity直升机将分离，并进行几次试飞，这将是首次旋翼飞行器在地外星球飞行。美国宇航局官员表示，如果Ingenuity直升机成功飞行，未来火星任务可能经常采用直升机作为探测器或者宇航员的“侦察兵”。旋翼飞行器可以进行大量科学勘测工作，探索难以到达的区域，例如：洞穴和悬崖。同时，Ingenuity直升机配备一个摄像系统，可以拍摄具有重要研究价值的火星表面结构。

世界纪录

毅力号是最大的行星漫游车。（吉尼斯世界纪录）



【130、因一个计算机故障而“停工”：观测宇宙 30 多年的哈勃太空望远镜还能坚持多久？】


CSDN 2021-06-22

已停工多天。

1990 年 4 月 24 日，一个名为哈勃的太空望远镜，背负着“探测宇宙深空，解开宇宙起源之谜，了解太阳系、银河系和其他星系的演变过程”的任务，在美国肯尼迪航天发射中心成功发射，至今已观测宇宙三十余年。

这三十多年来，哈勃在宇宙拍摄了无数照片，产生许多重要的科学研究成果，帮助人类深入了解宇宙，已然成为人类史上最为重要的天文仪器之一。

但近期，哈勃望远镜却因为一个计算机故障而“停工”了，NASA 多次尝试修复但都以失败告终。

有效载荷计算机突然“停机”

6 月 13 日，哈勃太空望远镜上的有效载荷计算机突然停止运行（有效载荷是航天器在轨发挥最终航天使命的最重要的一个分系统），导致哈勃太空望远镜也处于停机状态。

在有效载荷计算机停止运行后，NASA 发现主航天器计算机停止接收“保持活动”信号，哈勃望远镜的科学仪器也都处于“安全模式”（即望远镜进入稳定配置，直到地面实施解决方案以纠正问题并使任务恢复正常运行），即一切正常，所以 6 月 14 日 NASA 便尝试重启计算机，但意外地失败了。

据 NASA 介绍，这台突然“停机”的有效载荷计算机建于 1980 年代，用于控制和协调航天器上的科学仪器，是一个宛如哈勃大脑一般的存在。“大脑”突然瘫痪，NASA 的工程师们自然急忙分析数据以查明问题所在，初步迹象表明计算机内存模块性能下降可能是导致计算机停止运行的原因。

因此哈勃团队便尝试切换到望远镜上的三个备用内存模块之一（有效载荷计算机一次仅使用一个内存模块，其他三个用作备份），可启动新模块的命令却不起作用。6 月 17 日，哈勃团队再次对两个模块进行了另一番尝试，以获取更多诊断信息，同时尝试使这些内存模块联机，但都没有成功。

哈勃望远镜“停工”多天却无法修复，此事非同小可。因此 NASA 在官网上更新了此事件的进度，不过并没有透露过多：

“NASA 将继续致力于解决哈勃太空望远镜上的有效载荷计算机的问题。运营团队将运行测试并收集有关系统的更多信息，以进一步排查问题。直到问题得到解决，科学仪器都将保持在安全模式状态。望远镜本身和科学仪器也将保持良好的健康状态。”

不过在这条更新中，NASA 也指出哈勃有第二台有效载荷计算机，两台计算机都可以访问和使用四个独立的内存模块中的任何一个。如果 NASA 无法恢复当前的计算机，应该能够切换到第二台有效载荷计算机。

三十多年间经历多次修复的哈勃

如开头所说，哈勃已经观测宇宙三十多年了，因此这并非它第一次出故障，甚至都不是今年第一次出故障。

今年 3 月，由于上传到航天器的增强功能中存在软件错误，用于通过测量航天器转动速度来帮助哈勃转动并锁定新目标的陀螺仪中并没有写入计算机内存中特定位置的权限，导致主飞行计算机出现问题，随后航天器进入安全模式。

好在一周内，NASA 就解决了这个问题并使哈勃望远镜重新上线。

除此之外，这三十多年间宇航员还曾五次上太空以解决哈勃存在的问题或更换旧部件。

第一次：1993 年

移除了哈勃旧的广角和行星照相仪，替换安装了功能更为强大的 2 号广角和行星照相仪。

第二次：1997 年

为哈勃更换了 11 种新设备，包括近红外照相机、多目标分光仪和太空望远镜图像摄谱仪等，还修补了望远镜上剥落的绝缘层。

第三次：1999 年

更换了哈勃的六台陀螺仪、一个精细导星传感器和计算器和绝热的毯子，另外为防止电池过热，还安装了一套组装好的电压/温度改善工具。

第四次：2001 年

为哈勃安装测绘照相机、更换太阳能电池板以及工作了 11 年的电力控制装置，此外还激活了休眠状态的近红外照相机和多目标分光计。

第五次：2009 年

为哈勃安装了宇宙起源光谱仪、宽视场相机 3、6 个负责望远镜指向的新陀螺仪、一套帮助望远镜指向正确的方向的全新精细制导系统；对哈勃的高级巡天相机和太空望远镜成像光谱仪进行了现场维修；此外，哈勃用了 18 年的旧电池也替换成了新电池。

这就是哈勃能观测宇宙三十余年后仍能正常工作的原因：宇航员在哈勃的整个生命周期中通过更换或升级老化部件，赋予了哈勃新的能力。不过相比以上这些不得不派宇航员上太空解决的硬件问题，这次有效载荷计算机的故障应该不至于上太空，因为按 NASA 目前的说法，采用备用计算机就可以解决。

哈勃还能坚持多久？

不过即使如此，有一个很现实的问题还是摆在了我们面前：哈勃还能坚持多久？

哈勃已经三十多岁了，几经修补的它已经不如曾经那般鲜活，24 小时的无间断工作令其不断损耗。因此与其“缝缝补补”，造一个更为先进、功能更加强大的“继任者”或许更值得。

詹姆斯·韦伯太空望远镜，即 JWST，就是新一代红外线望远镜，质量仅 6.2 吨，约为哈勃（11吨）的一半；主反射镜由铍制成，口径达 6.5 米，面积是哈勃的 5 倍以上。目前预计JWST将在今年 11 月发射，不过这也无法定言，因为原本 JWST 应在 2014 年升空，后来却因为种种原因被多次推迟。

与围绕地球进行运动的哈勃不同，JWST 将在地球和太阳之间进行运动，其主要任务也与哈勃有所不同，负责观测宇宙大爆炸后所遗留的微波辐射，所以 JWST 是不是以哈勃的替代品而诞生尚未可知。

但在 2009 年对哈勃的第五次维修中，宇航员对哈勃安装了一枚小型推进装置，以便让哈勃能够受控坠入大气层，由此看出 NASA 早已做好哈勃“退役”的准备，只是这一天还没真正到来。

《不能用了？NASA已3次尝试修复哈勃太空望远镜，但均以失败告终》（2021年06月22日美国商业内幕网站）报道：

美国国家航空航天局（NASA）正在努力挽救哈勃太空望远镜，上周它因其配套的计算机出现故障而停止工作。

哈勃望远镜于1990年发射升空，之后这个太空望远镜曾拍摄过恒星的诞生和死亡；发现了冥王星周围的“新月”；追踪过两个穿越太阳系的星际物体；使天文学家能够计算宇宙的年龄和膨胀；还发现了134亿光年以外的星系，从而捕获了宇宙早期的光。

6月13日，哈勃望远镜的有效载荷计算机突然停机。这台建于上世纪80年代的计算机就像哈勃的大脑，控制着与望远镜相关的所有仪器。因此，NASA工程师们急忙分析相关数据，希望找出问题所在。

最初的分析结果显示，问题可能是由一个电脑内存模块问题引起的。6月14日，工程师们试图切换到电脑三个备用内存模块中的另一个，但是启动新模块的命令不起作用。此后，工程师们又两次尝试将当前的模块和备用模块连接起来，结果都失败了。

哈勃望远镜16年来的数据——7500张照片——来捕捉大约26.5万个星系——NASA18日表示，操作小组“将继续进行测试，并收集更多的系统信息，以进一步解决问题”。目前，望远镜的科学仪器处于类似冬眠的“安全模式”。NASA称，这些仪器和望远镜本身的状况都良好。哈勃还有第二台有效载荷计算机，如果最终不能修好出问题的计算机，哈勃望远镜将连接到第二台计算机上。

这并非是哈勃望远镜第一次出现故障。今年3月，望远镜的计算机曾出现软件错误，但不到一周，NASA就解决了相关问题。

哈勃是第一个位于地球大气层之上的天文望远镜。宇航员曾五次为其修复或更换旧零件。通过这样更换或升级，哈勃望远镜增加了不少新能力。

今年11月，NASA计划发射一个更精密的太空望远镜。这个新的太空望远镜被称为詹姆斯·韦伯太空望远镜，其视野大约是哈勃望远镜的15倍。



【131、英伦热议：俄罗斯"神秘"卫星令美国紧张】


BBC中文网 2018年8月16日

俄罗斯在去年10月部署的那颗卫星的意图令美国专家捉摸不透，引发对莫斯科开发太空武器意图的担心。

一个神秘的俄罗斯卫星"举止反常"引起美国关注，美国就这个绕地卫星轨道的"反常行为"向俄罗斯提出质询。

许多英语媒体报道说，俄罗斯在去年10月部署的那颗卫星的意图令美国专家捉摸不透，引发对莫斯科开发太空武器意图的担心。

美国官员说，那颗卫星行为可疑，他说发射那颗卫星是个"令人担忧的进展"，似乎也说明美国总统特朗普建立天空部队的合理性。

在关于所谓俄罗斯神秘卫星争议出现之前， 美国总统特朗普上周公开了太空部队计划，即在2020年前，在美国军队建立"第六个军种"。

今年3月1日，总统普京宣布俄罗斯的太空部队已经装备了机动激光系统。

美国质疑俄罗斯

周二（8月14日）在日内瓦举行的裁军会议上，负责军备控制、核查和合规事务的美国助理国务卿波夫莱特（Poblete）说，俄罗斯把那颗卫星的作用是检查太空装置。

不过她还说，那颗俄罗斯卫星的轨道同其他观测类卫星根本不同，美国对俄罗斯研发反卫星武器表示严重关注。波夫莱特女士说，俄罗斯对美国公开的外交解释可能同他们卫星的真实意图完全相反。因此保持透明，并且澄清意图对于建立信任至关重要。

英国《每日电讯报》报道认为，支持俄罗斯缔结太空裁军协议的中国也在积极发展太空能力。

波夫莱特说，美国特别关注俄罗斯这颗卫星，因为俄罗斯反复公开表示希望发展太空武器。

3月1日，普京宣布俄罗斯太空部队已经装备了机动激光系统。波夫莱特注意到普京本人曾提到太空武器在"政治和军事方面可以被接受"。

俄罗斯反驳美国助理国务卿的指责，说她的评论"毫无根据，诽谤中伤，其依据只是猜疑"。

防止太空军事化协议

俄罗斯在中国的支持下，起草了"防止在外空放置武器、对外空物体使用或威胁使用武力条约"草案(PPWT)，并在2008年将该草案提交给"日内瓦裁军谈判会议"。

俄罗斯外长拉夫罗夫说，缔结协议旨在防止在外层空间进行军备竞赛，但美国助理国务卿波夫莱特说，俄罗斯缔结防止太空军备竞赛的建议不值得认真对待。

波夫莱特对俄罗斯和中国的条约草案提出质疑，说那是"一个有缺陷的文件，而且建议国又是一个经常违反自身国际义务的国家"。

早在2006年布什政府时期美国在"国家太空政策"中明确指出，太空能力对美国国家利益至关重要，因此美国将保留在太空的权利、能力和自由。

按照这个政策，美国还要阻止对美国的太空利益构成妨碍的国家，采取必要行动保护美国的太空利益，回应他国对美太空力量的干预，在必要时要阻止那些对美国家利益充满敌意的太空力量发展。

俄罗斯军事专家也指责美国试图重新复活"星球大战"计划。冷战末期里根总统开始"星球大战"计划，施加军事和经济压力，决心瓦解苏联。特朗普会效仿里根吗？

复活"星球大战"？

与此同时，俄罗斯军事专家也指责美国试图重新让里根总统时期的"星球大战"计划复活。

所谓"星球大战"正式名称为"战略防御倡议"，是美国在冷战后期提出的在太空中设立激光反弹道导弹系统，拦截并摧毁敌方（苏联）战略导弹的计划。苏联解体后，美国宣布中止了消耗巨大的"星球大战计划"。

俄罗斯媒体《莫斯科共青团报》引述俄罗斯军事专家的分析说，美国计划在太空部署新的弹道导弹防御系统（PRO），其中有专门用来探测俄罗斯和中国导弹发射的传感系统。

俄罗斯军事专家穆拉霍夫斯基说，美国已经在太空部署了能够探测导弹发射的红外线系统。五角大楼要加强这种探测系统，部署所谓的"弹道导弹防御探测层"，构成了太空军事化的威胁。

英国《每日电讯报》报道认为，支持俄罗斯缔结太空裁军协议的中国也在积极发展太空能力。中国领导人习近平在2013年6月中国发射神州十号载人飞船时说，中国要加大太空探索步骤，实现"中华民族的航天梦"。

美中经济与安全审查委员会(USCC)发布的一个报告指出，中国军方正在寻求开发攻击美国太空系统的能力。美国国会在关于中国2007年1月11日进行反卫星武器(ASAT)试验的报道中称，中国军人和民间研究人员都认为中国要以反卫星试验来回应美国在太空的霸权，对付美国脆弱的"卫星依赖"。



【132、拥抱星舰文明】


2013年04月17日 环球科学

真正广阔的世界是在地球之外，也许成熟的文明都是在太空中进行着永恒航行的星舰文明。

刘慈欣是中国著名的科幻小说作家，被认为是中国科幻文学的领军人物。代表作有《三体》、《球状闪电》等，作品因宏伟大气、想象绚丽而获得广泛赞誉。

人类正朝着太空移民的梦想大步迈进。

太空移民是未来人类文明的一项重要事业，有可能像大航海一样开启一个全新的时代。随着技术的日益积累和进步，目前面临的诸多障碍和挑战终将被克服，然而，我们真的准备好迎接太空移民时代了吗？

“银河帝国”之梦

20世纪50年代，阿西莫夫在代表作《基地》中，曾经描绘过一幅宏大的图景：在遥远的未来，人类遍布银河系中2 500万颗行星，形成了一个真正的银河帝国。时隔半个多世纪后的今天，当我们现实地审视人类在太空探索领域所取得的进步时，恐怕还是不得不承认，“银河帝国”仍是一个非常遥远的梦。不过，我们正一步一步地，朝着这个梦不断前进。

最开始的一步，必然是从现有的航天事业开始，对太空移民所涉及的技术课题进行基础性研究，除了新型推进系统等太空探索领域共有的课题，还包括与太空移民密切相关的其他课题，如太空生态圈、太空生物学、人造重力等。空间站将在相关研究中发挥重要作用，比如使其运行姿态变成自转，就可以产生离心力，模拟重力环境。

再进一步就是月球移民。月球上有充足的太阳能和氦－3资源，可以为移民提供足够的能量；同时，目前的探测已经证实，月球岩层中有水存在。月球移民定居区最好的选择是建在地下，因为月球没有大气，磁场也很弱，表面完全裸露在太空中，缺少对于宇宙辐射的天然防护。

紧随月球移民之后，就是在地球轨道上建立太空城。建造同样规模的永久居住地，太空城的技术难度要高于月球。首先，月球上的建设是在1/6的地球重力下进行，在这样的重力环境下开掘地下城所需的土木工程和岩层掘进都是比较成熟的技术。而太空城是一个庞大的空壳结构，高度封闭，要承受内部大气压和自转产生的强大离心力，这对于材料和建设工艺都是巨大的挑战。其次，太空城内部气候的调节、对辐射和陨石的防护，技术难度也都大于月球地下城。

太空城和月球移民有一个共同的巨大优势，就是殖民地距地球较近，这就使得殖民地可以部分或全部由地球的补给来维持。但这样由母星供给维持的状态并非真正意义上的太空移民。太空移民必须建立起自给自足的生态系统，或者说建立一个小地球。这是巨大的技术挑战。在美国亚利桑那沙漠中进行的“生态圈一号”和“生态圈二号”实验表明，建立体积有限的自循环生态系统非常困难。也许，要使一个封闭的生态系统长期维持下去，其体积和容量必须大于某个临界值，而这个值也将是太空移民需要考虑的一个重要参数。所以，太空城和月球殖民地应该逐渐减小对地球供给的依赖，最终建立完全可以自给自足的人工生态圈。这将是人类太空探索的一个里程碑，也将使真正的太空移民成为可能。

真正的太空移民很可能从火星移民开始。火星有大气层，是太阳系中气候与地球最接近的行星，火星上的居住条件比月球优越得多，而且，火星陆地广阔，地形多变，殖民地有充分的发展空间。不过，火星距地球较远，往返航行的时间要以年计，火星移民只能依靠火星资源自给自足。

在更前方召唤我们的，则是向太阳系外的星系移民。在太阳周围15光年的范围内，有50多颗恒星，但在人类掌握恒星际航行技术之前，飞船到达这些恒星都需要漫长的时间，航程甚至得延续千年以上，所以，恒星间的移民也就等同于向飞船上移民，飞船本身就是移动的殖民地。一次星际航行已经不是一个有始有终的过程，而成为另一段在太空中不断延续的人类历史。在太空深处航行的飞船，已经和它出发的世界本身一样，成为永久的存在，成为人类在宇宙中的一个不断远去的寄托。永恒的星舰漂泊可能成为人类文明的一种正常生存状态。

非技术挑战

但需要注意的是，太空移民与太空探险或者太空资源开发有着很大不同。太空探险一般有着特定的科研和政治目的，参与人数有限，且都有一定的时限；太空资源开发有明确的经济目标，所获得的资源最后还将用于地球上的人类社会。但太空移民却是由较大数量的普通人、家庭和群体参加的向太空的迁移，移民将把飞船、太空城或其他行星上的殖民地当作家园，长期生活在那里，这种迁移是终生的，甚至是一去不返的。这就使得相对于太空探索和太空资源开发而言，太空移民还面临很多技术问题之外的障碍和挑战。

第一个不可回避的问题是，为什么要向太空移民？众所周知的理由是：地球资源有限，总有枯竭的一天；同时，地球生态圈并不稳定，可能因为人类或自然的原因发生剧变，进而不适合人类生存。但无论普通公众还是国家政府，恐怕都很难被这个理由说服。因为无论是资源枯竭还是气候和生态环境的剧变，在所有人有生之年发生的几率都很小；或者，即使发生了，在相当长的时间内，在变糟的地球上生活也比在完善的太空殖民地中容易得多。

在不太遥远的未来，太空移民几乎不会有看得见的效益。人类有可能做一些着眼于长远未来的事情，但前提是有限的投入。像太空移民这样需要超大投入去为遥远未来着想的事情，几乎是没有可能的。近来，以私人航天企业为代表的民间太空探索逐渐活跃，很多人把太空移民的希望寄托在它们身上。但是，对于公司和企业而言，所有行为的最终目的是利润，但如上所述，太空移民在可以想见的未来几乎没有利润可言。虽然目前有维珍银河公司的太空旅游计划，SpaceX公司的无人飞船也已与国际空间站对接，但这些也都是商业行为，与太空移民有本质的不同。由于利润空间的限制，这些行为的规模几乎不可能发展到太空移民的程度。

非营利的民间组织同样难以寄予希望。首先，与公司和国家相比，这些组织力量薄弱，同时，与环保等迫在眉睫的事业相比，太空开拓和移民在民间并没有太大的号召力，难以获得像环保那样广泛的同情。目前，在这方面也还没有出现像绿色和平组织这样有足够影响力的民间组织。

除了技术进步和经济支持，太空移民还要求人类社会在思想上发生相适应的重大转变，这一点是我们一直所忽略的。人类在15～18世纪间向新世界的大规模移民，与文艺复兴、启蒙运动和宗教改革这类思想和文化进步密切相关。从历史上看，两者很难说是谁引发谁、谁推动谁，而是一种互动的过程。目前，世界范围内最流行的市场经济意识，以及重新抬头的重商主义政策，根本不可能为太空移民提供思想基础。所以，真正的大规模太空移民的启动，还须等待人类社会另一次思想和文化的飞跃，这也许比技术进步更难、更遥远。

拥抱星舰文明

如果所有的困难和挑战都已解决，太空移民时代全面来临，我们会用哪些方式实现移民？根据美国波特兰州立大学卡梅隆·M·史密斯（Cameron M. Smith）的观点，太空移民将包括三种形式：一种是移居地球之外的其他行星，比如火星；另外两种是所谓自由漂浮的移民区，分别是太空城和世代飞船。前者一般运行于地球或太阳的轨道上，一般只具备轨道调整所需的辅助动力；后者则航行于恒星之间，具有巨大的推进动力。

以直觉来判断，这三种移民的规模，从大到小应该按以下顺序排列：行星移民、太空城、世代飞船。在行星上的移民可以不断开拓行星表面的未知疆域；飞船则有一定的空间限制；而太空城依托于其环绕运行的母星，同时没有远程航行的加速负担，也可以建得比飞船大许多。这似乎是符合常理的，但从长远来看，情况可能恰恰相反。

行星表面的面积是有限的，随着移民的扩张，所有的土地可能都被人口和农田占据，像地球一样。甚至可能出现《基地》和《星球大战》所描述的银河系首都星球的情形：整个星球表面全部被城市所覆盖。

从长远来看，太空城的发展空间就大了许多，可以用来自母星的资源不断扩建，或在行星轨道上建设众多太空城构成的城市群落。由于太空城所具有的薄壳状几何构型，它的单位质量所能产生的居住面积比行星的固体球状大得多，可能只需母星百万分之一质量的材料，就能产生与母星表面积相当的居住面积。行星的轨道上也有太空城发展的巨大空间，最终这些太空城可能形成像土星环那样的一个圈，总的居住面积将远超行星表面。不过，行星轨道空间虽然巨大，也总有被占满的那一天。

而世代飞船的发展空间几乎是无限的。启航时的飞船可能不大，但它像一粒种子，在经过不同的恒星系时会成长起来。每到达一个星系，都可以用星系中行星的资源扩建飞船，或建设新的飞船。随着飞船或船队规模的扩大，它到达下一个恒星系时采集资源自我扩张的能力就会进一步增强，于是这个航行中的世界就会像滚雪球一般扩大。当然，这需要漫长的时间，但扩张的空间几乎是无限的。

船队中的飞船可能各自独立，更有可能在航行中联合成为一个整体，在遇到不同情况时可以自由地分化组合。在长时间的扩张后，这样的联合体在质量上可能超过地球这样的行星，但由于蜂窝状的几何结构，联合体内部的居住面积将是地球表面的千万倍。整个船队形成一个统一的生态系统，由于巨大的体积，其稳定性和抗灾难的能力也远高于地球生态圈。

这已经不是我们想象中的飞船，而是一个比地球更加丰富多彩的世界。这样的世界最终能够成长到什么样的规模是很难想象的。由此，我们甚至可以大胆推论：也许成熟的文明都是在太空中进行着永恒航行的星舰文明。

真正广阔的世界是在地球之外，人类要想使自己的文明万代延续，要创造更为广阔的新生活，就要尽早响应星空的召唤。

（《环球科学》2013年第2期）



【133、宇航员职业】


宇航员（The astronauts），或称航天员，全称宇宙航天员，则指以太空飞行为职业或进行过太空飞行的人。确定太空飞行的标准则没有完全统一。在美国，以旅行高度超过海拔80公里（50英里）的人被称为宇航员（astronaut）。国际航空联合会（FAI）定义的宇宙飞行则需超过100公里。到2004年4月18日为止，按照美国的定义共计440人，在太空里度过了一共27,082个全体乘员天（crew-day，美国的定义），在太空中散步共享了98个全体乘员天。在国际航空联合会的定义下，只有434人符合资格。进入太空的宇航员来自至少32个国家。在香港及东南亚，航天员亦称太空人。截至2013年，全世界仅有前苏联/俄罗斯、美国、中国三个国家拥有发射载人航天任务的能力。其他国家的宇航员都需要与以上三国合作来完成载人航天任务。自1961年人类首次飞天以来，共有来自38个国家的宇航员先后飞天。

名称由来

约定俗成的，被俄罗斯航空及航天局雇佣的宇航员或前苏联的宇航员都被称为“космонавт”，其英文版本为Cosmonaut。“космонавт”来自希腊语单词“kosmos”（代表“全宇宙”）和“nautes”（代表“船员”）。事实上，“cosmonaut”和“astronaut”意义相同，选择所使用词语的原则常常是政治因素。1995年3月14日，宇航员诺曼·萨伽德成为首位乘坐俄罗斯发射的航天器上太空的美国人，可以认为在此过程中，他成为首位美国“cosmonaut”。

据称，马来西亚的赵里昱（Chiew Lee Yih）在1998年3月创造了“Taikonaut”（太空人）一英文词，并首先在某个网络科技论坛里使用。差不多同时，陈蓝（Chen Lan，音）在其“Go Taikonaut”的网页里使用它。这个词普遍被西方媒体用来称呼中国的太空人。“Taikonaut”由“太空”的汉语拼音“tài kōng”和“船员”的英文缩写“naut”（或“航行者”的希腊文“naus”，“宇航员”的英文“Astronaut”删节组成。但在中国官方所发布的稿件中，多半坚持使用更带技术性的名词“航天员”（astronaut），意思为“太空航行者”。

太空里程碑

世界上第一名宇航员是苏联的尤里·加加林，他在1961年4月乘坐东方1号（Vostok 1）进入太空。

第一位女性宇航员是瓦莲京娜·弗拉基米罗夫娜·捷列什科娃，她在1963年6月乘坐东方6号（Vostok 6）进入太空。

在1961年5月上太空的艾伦·谢泼德则成为美国首位宇航员。

2003年10月15日，杨利伟乘坐神舟五号成为中国首名宇航员。

其他曾经进入过太空的华裔人士包括卢杰、王赣骏、焦立中、张福林，所有人都来自美国。

进入太空的宇航员里面最年轻的是戈尔曼·季托夫，当他乘坐东方2号上太空时只有26岁。最老的则是约翰·格伦，他乘坐STS-95上太空时已经77岁了。

在太空中逗留最长纪录是瓦里李·保利耶可夫的438天。

到2003年，个人上太空的最多次数是七次，纪录由杰里·L·罗斯和富兰克林·张-迪亚斯两人所保持。

宇航员离地球最远的距离是401,056公里(在阿波罗13号紧急事件时产生)。

首个自制太空船上太空的宇航员是迈克·梅尔维尔，乘坐的是太空船一号（SpaceShipOne Flight 15P）。这应该与各式各样百万富翁太空游客形成对比，那些太空游客只是作为公开提供资金的飞行乘客或少数人员(通常由俄罗斯提供飞到电离层(ISS)的服务)。

在美国，被选为宇航员候选人将收到银质宇航员之翅。当他们进入太空后，他们将收到金质宇航员之翅。美国空军也对飞越海拔80公里的飞行员授予宇航员之翅。

训练挑选

航天活动是一种特殊的职业活动，它具有工作环境特殊、职业技能高度复杂、飞行任务艰巨等特点。这样的职业，要求航天员不仅具备健康的体格、良好的心里素质，而且对航天环境要有高度的耐受和抗压能力，同时还应具备渊博的知识、高超的技能等。因此，世界各航天部门对航天员都进行了精心的选拔。

航天员选拔的具体内容根据航天器的装备、航天任务等确定，一般分为4个方面。

1、基本条件

与飞行员选拔相同，但文化程度和工作能力要求更高。

2、医学选拔

除沿用飞行员的医学选拔条件外，还在既往史上注意有无隐性神经-内分泌系统的功能紊乱。在体检中须全面而细致地检查心血管系统、前庭功能和视觉系统等。

3、心理选拔

心里素质选拔是航天员选拔的重要方面，要查明受检者的性格、情绪稳定性、精神状态、与人共事的适应性和协调性等。

4、航天特殊环境耐力选拔

在载人航天初期，人们十分重视特殊环境耐力选拔，但随着航天技术的不断发展和载人航天器内环境的逐步改善，一些特殊环境因素测试，如噪声、振动、温度已经不再作为选拔的主要内容。特殊环境耐力选拔主要进行的是失重适应能力和返回后再适应能力的测试，如前庭功能检查、超重耐力检查、低压缺氧耐力检查等。

经过这些项目检查后，医务人员对检查的结果进行单项和综合项目的评定，作出总的评价。 

目的

基础训练的目的，首先是使宇航员候选人掌握并完成载人航天所必须的科学知识和技巧，其次是要进一步提高其体能和改善其心理品质。宇航员所必须接受的体能和心理训练：例如置身重力达10倍地球重力的离心机和长期处于绝音室的训练，其艰苦程度实在令人难以想象。 首先，要有本科学习经历，需要接受科学、医药、工程学等领域的知识；其次，必须具备操作经验，尤其是担任试飞员的经验；第三，优秀的宇航员还善于帮助别人。”

隔离室训练

飞船进入宇宙空间后，远离一大堆人群，除和地面联系外，与世隔绝，长期的寂寞生活对人的心理、生理都有一定的影响。为了让宇航员能够适应这种特殊的生活，隔离室训练便应运而生。隔离室几乎不受任何声响刺激，如同与外界隔绝一样。性格是否合得来是不是选定机组人员时要考虑的因素？宇航心理学家说,不是,许多人听到都会感到吃惊，因为毕竟宇航员要在一个狭小的空间里一起生活工作，同一个你受不了的人共处可不是什么开心的事，弄不好连工作都要受到影响。但是，宇航员都是职业素养很高的人，他们不会让个人的心情影响到任务的执行。再说，一次航天时间都相对比较短,一般是一个星期，最多也不过两个星期。对大多数宇航员来说，在这样短暂的期间里，哪怕是与魔鬼同眠都不是问题。但是，如果是去空间站或去火星，一去就是几个月甚至几年，那可就完全是另一回事了。性格合不来的人长期相处难免产生矛盾冲突，会影响到大家的合作关系。所以,对宇航员心理素质的要求就非常重要。

中国训练揭秘

距离今秋十月载人飞船升空的日子已经不多了，宇航员们现阶段在训练什么呢？陈辉教授透露说，当前仍然有宇航员的基础训练，熟悉飞船舱内设施也是他们的主要训练内容。陈辉教授曾经进入航天城参观，他向记者讲述了宇航员花样繁多的训练内容。

入选条件

想成为宇航员，入选条件除飞行时间超过1000小时、基本身体素质良好外，还必须通过航天城特有设施的“技术考验”，包括：每分钟转速24圈的转椅，以检查其对震动及眩晕的耐受能力；前后甩动幅度15米的电动秋千，以测试飞船进入轨道时可能使人体产生的空间运动病等。

极度眩晕

“转椅+秋千”

进入航天城，首先进入眼帘的是一间不大的房子，四面封闭，除了靠墙一台控制仪外，地中央的一张转椅格外引人注目。这张转椅不但可以做180度顺时针和逆时针的快速运转，而且可以同时上下前后摆动。转椅主要是用于检查宇航候选者的前庭神经功能，以了解他对震动及眩晕的耐受能力。

从转椅室出来进入的是电动秋千室，在高达数十米钢架的护卫下，一台貌似汽车的厢式秋千被四条钢臂凌空提起。电动秋千荡起时，前后能甩出15米，它主要是用于适应空间运动和开展对空间运动病的研究。

体验“蹦极”

航天城里还有一个“冲击塔室”，内有一座约4层楼高的绿色铁塔。它的作用是模拟飞船返回地球的冲击环境，从而加强人的抗冲击耐力，研究各种方式的防护措施。

宇航员进食

比玩“飞碟”难受多了3层楼高的离心机室里装备着亚洲规模最大的国产载人离心机。

人体离心机是一种巨大的旋转装置，既可以上下伸缩，也可以左右转动。顶上有一条长达16米的旋转手臂，它用结实的钢架紧紧托住了位于手臂前方的一只椭圆形不锈钢封闭吊舱，这只吊舱也可以呈一定的角度转动，因此可以建立同方向作用于宇航员的超重条件。当整个离心机开起来时，有些像游乐场中的“飞碟”，无论是“房子”、“手臂”还是吊舱，都在不停地加剧转动摇摆，但其转动的速度和摇摆角度则是“飞碟”无论如何都无法比拟的。

忍受狭小和孤寂

宇航员的安全和健康的研究是空间技术发展的一个重点，宇航员训练中心里有各种各样为使宇航员适应太空生活而设置的模拟舱。

低压舱是一座淡绿色的T形舱，内有工作舱、休息舱和卫生舱3部分。当宇航员穿上特制的航天服走进低压舱之后，舱内的空气就被抽掉，宇航员此时就开始进入“太空”。狭小的舱内既没有电视也没有音响，就连做一些摇摆幅度较大的健身活动也很受限制，没有电话，不准通信，与社会完全隔绝。学会如何适应这种环境，是走进太空之前必须攻克的课题。

认识回家的路

天象仪室是宇航员模拟训练中的最后一个关卡，宇航员升空执行任务之前必须在这里熟悉星空图，找出自己将要走过的路线，一旦载人飞船的自动导航系统出现故障，宇航员就可以自己操控。

太空经历

生活环境

太空是个充满魅力的神奇世界，在太空的生活更是个充满魅力、令人好奇的神奇话题。

太空环境与地球环境大不相同，那里没有空气，没有重力，充满危险的太空辐射。当然在封闭的空间站或航天飞机舱内，有足够的空气供你呼吸，良好的航天器屏蔽材料可以有效地挡住太空辐射，只是“失重”会给生活带来一些麻烦。

住

挂着睡，能洗澡

飞船上也可以洗澡，这点你也没有想到吧！王壮研究员在接受记者采访时说，尽管飞船内空间不足6立方米，但仍然可以解决宇航员的洗澡问题——因为飞船内有一个单独的用来洗澡的袋子，还可以淋浴。

由于处于失重状态，宇航员在飞船内睡觉也跟在地球上不一样。地面上有重力，而太空中没有重力，宇航员一躺就飘起来了。对此，飞船内单独准备了睡袋，挂在壁上，睡觉的时候要进到这个睡袋里面，就挂在那儿。

食

压缩砖，牙膏管

陈教授介绍说，宇航员的菜单也很丰富，有100种选择，并没有大家想象的那样难以下咽。不过，太空食品并非一般的蔬菜水果，而是特别加工过的“压缩砖”或“牙膏管”，对上一定比例的水后，能够恢复原形，味道也不错，里面包含了所有人体需要的营养成分。由于在失重的条件下，菜无法像在地面上一样老实待在盘子里，而是摆在桌子上就飘起来了。所以专家们把太空食品设计成了牙膏式的，吃的时候像挤牙膏一样往嘴巴里挤。

这些食品的营养价值也比较高，蔬菜、蛋白、脂肪丰富。据陈教授透露，航天集团专门有一个机构负责研究太空食品。早餐、午餐、晚餐，每天三顿饭吃什么，如何搭配，都设计得非常科学。宇航员的吞咽肌肉必须十分发达，因为在宇宙空间中，食物不会因重力而下落而会因惯性在吞咽后在咽部静止，要使食物吞咽下去有两个方法：与食物发生相对运动使其因惯性落入胃中，但由于静摩擦力恐怕不可以实现，所以宇航员只好忍受着巨大的痛苦将食物通过肌肉的收缩挤压下去。如果宇航员在吞咽食物后向“下”（宇宙中没有方向）运动，食物甚至会从嘴里出来。 

衣

120公斤，值千万

据中国载人飞船上将配备的宇航服的制造地——东华大学(原中国纺织大学)宣传部有关人士透露，宇航服已制作完毕，并多次试穿。

航天服由服装、头盔、手套和航天靴等组成。其中结构最复杂的服装由14层组成：最里层是液冷通风服的衬里；衬里外是液冷通风服，这种服装是由尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料细管制成；液冷通风服外是两层加压气密层，然后是限制层，用来限制加压气密层向外膨胀；限制层的外面是防热防微陨尘服，由8层组成，起防热和防微陨尘作用；最外一层是外套。航天服虽然结构复杂，但穿起来并不困难，一般15分钟左右即可穿戴完毕。

由于航天服是一种特制的衣服，通常由通风层、气密层、保暖层等多层组成，是一个小的密封系统，具有防护作用和出舱两个功能。这种航天服属舱内航天服，除了头盔和胶皮手套，整个航天服是用一种特殊的高强度涤纶做成的，整套衣服重约120千克，价值高达上千万，再加上设计费用，总计能达到亿元。(何涛)

生活摘述

宇航员怎样睡觉

糊涂觉与奇异睡姿

宇航员在太空中睡觉的的确确是“糊涂觉”，其表现一是黑白不分，二是睡姿奇异。

黑白不分，是说宇航员在天上绕地球航行，太空日出日落由航天器绕地球一圈的时间而定。有时24小时内日出日落交替许多次，宇航员无法遵循地球上“日出而作，日落而息”的生活习惯，只好机械地按钟点安排工作和睡觉。

睡姿奇异，是说宇航员在太空失重环境中找不到“躺”的感觉。在地球重力环境，人们习惯于把地心引力的方向定为“下”，把“天”的方向定为“上”，也就是人们常说的“脚踩大地，头顶蓝天”。可是到了失重的环境里，人们失去了“上”“下”的参照坐标，脚踩不到地，四周全是天，你根本分不清上、下，因此，睡觉也就没有了“平躺”一说。由于无论站着、躺着，还是趴着都可以入睡，所以宇航员睡觉可以飘在太空舱里睡，挂在墙上睡，绑在床上睡，也可以吊在梁上睡，靠在桌边睡。

不过大多数宇航员不习惯飘荡着睡。一旦从飘浮睡眠中醒来，他们会产生一种掉进万丈深渊的感觉。为了获得安全感，宇航员一般睡在固定的床上或固定在墙壁上的睡袋里，睡袋拉紧后能给人体施加一定的压力，使人消除恐慌感。

千万别把手脚伸出被外

有人睡觉习惯把手或腿放在被子外面。这在地面上看来是很正常的现象，可是在太空环境里，却是很危险的。太空失重，睡眠中人的四肢会不受躯干支配而四处飘动。一名前苏联宇航员有一次把手臂放在睡袋外睡觉，醒来后突然发现有两只大手向他脸上飘来，吓了他一大跳。原来这飘动的两只大手正是他自己的手。吓一跳还是小事，如果宇航员睡着后，失控的——“自由”之手、“自由”之脚——万一无意中碰到了开关、仪器，那太空舱的安全、宇航员的生命就成了大问题，所以，在太空中睡觉，千万注意把手、脚放进睡袋里。

宇航员怎样进食

100多种太空食品

宇航员的食物丰富多彩，从最初的十几种已经发展到了100多种。宇航员每天一般吃4顿饭，一周之内的食谱不重复。有人以为宇航员的食品都是做成牙膏状的挤着吃，肯定很乏味，其实这是早期宇航员的状况，现今早已今非昔比了。宇航员可以在太空中吃到香肠馅饼、辣味烤鱼、土豆烧牛肉、奶油面包、豆豉肉汤、金枪鱼沙拉、饼干、巧克力、酸奶、果脯、果汁等各种各样的佳肴，美国宇航员甚至可以喝到他们爱喝的可口可乐。不过，宇航员吃饭并不能随心所欲。他们必须按地面营养师为他们配制好的食谱用餐。美国航天飞机上的宇航员吃饭时，先把标有第几天第几顿字样的塑料袋从食品柜中取出。每个塑料袋里装有7种食品，供一名宇航员食用。太空食品均为脱水食品，临吃前可把食物放入一个碗形的容器中，再用注射器将一定数量的水注进容器，然后再放进烤箱里加热。一顿饭不超过半小时就可以“做”好。

非同一般的吃饭动作太空餐桌是特制的。它具有磁性，能吸住刀、叉、勺、碗、盘等餐具，桌上装有水冷却器和加热器。吃饭时，宇航员必须先把脚固定在地板上，把身体固定在座椅上，以免飘动。面对摆在餐桌上的饭菜，你千万不要着急，一定要注意端碗、夹饭、张嘴、咀嚼一连串动作的协调。端碗要轻柔，动作太猛，饭会从碗里飘出去；夹饭、夹菜要果断，夹就要夹准、夹住，最好不要在碗里乱拨拉，以免饭菜飘走，使用叉子效果最好；饭菜夹住后，张嘴要快，闭嘴也要快，因为即使是放到嘴里的食物，不闭嘴它也会“飞”走；咀嚼时节奏要放慢，细嚼慢咽利于消化，还可以减少体内废气的产生和排泄，避免宇航员生活环境的污染。

有些人最喜欢在吃饭时聊天神侃，而在太空吃饭最忌讳的就是边吃边说。边吃边说会使嘴里嚼碎的食物碎末飞出嘴外，飘在餐厅或生活舱里，宇航员稍不注意吸进鼻腔就容易呛到肺里发生危险。

特制的“王太太炒羊肉”

尽管太空食品供应充足，花样齐全，营养丰富，但宇航员却普遍抱怨在天上吃饭吃不出味道。科学家分析，原因可能不在食品本身，而是太空环境引起宇航员的味觉失调。如失重使鼻腔充血，导致味觉神经钝化，唾液分泌发生变化影响味觉，或者因为看不到食物的颜色、闻不到食物的气味而影响味觉。美籍华人宇航员王赣骏乘航天飞机上天时，为了使他能有个好胃口，他的太太做了他平时爱吃的炒羊肉。这道食品被命名为“王太太炒羊肉”。

宇航员怎样洗漱

奇特的洗脸和刷牙

由于太空的失重环境，在地球上看似简单的洗脸、刷牙、刮胡子、理发以及洗涤，到了太空都变成了很复杂和麻烦的事。

就拿刷牙、漱口来说吧，最初美国人是用一种特殊的胶姆糖经过在嘴内充分咀嚼来代替刷牙的，苏联的航天员则是用手裹着毛巾在口腔内按摩擦洗来代替刷牙。这两种方法很简单，但口腔中的细菌不易清除。有一次苏联的医疗人员在给返回地面的航天员检查身体时发现，航天员口腔内存在许多致病细菌，引起了航天医学专家的高度警惕，于是提醒航天员在太空不彻底刷牙是不行的。后来发明了密封式吸水法．航天员就可以在太空中较彻底清洁牙齿和口腔了。

现在的航天员使用一种密封式刮胡刀，它可以通过一条密封管同吸尘器联起来，吸尘器能把胡碴吸进废物处理箱中。

太空理发也很不容易，因此无论男女宇航员在上天之前都要把头发理得短些再短些。但是长时间的飞行，头发又会长长，怎么办？宇航员必须发扬团结精神互相帮助，一人理发，一人拿着吸尘器吸走剪下的头发。

“桑拿室”和“洗浴袋”

美国的“天空实验室”和苏联/俄罗斯的“和平”号空间站都有“洗澡间”。早期的洗澡间实际上是一个不透水的强力尼龙布制成的圆柱型淋浴罩，上连天棚下接地板，顶部有水箱、喷头和加热器。洗澡前航天员要戴好呼吸器，耳塞和护目镜钻进这罩中，待密封后呼吸器与外界相连，就可打开水龙头洗澡了。由于没有重力，水是不会自动从喷头中流下来的，需要给水箱中的水加压，使水流通过喷头喷出来。洗完澡的水要被净化吸附装置收集到废水箱中，经净化后再重复使用。

后来美国科学家对太空浴室进行了改进。他们把浴室变作一个浴罩，罩内被施以0.8个大气压，浴罩下部装有抽风机，航天员洗澡时打开淋浴龙头和抽风机，上面洒水，下面抽水，这样便有身处地球一样的沐浴效果。虽然水能够净化回收，但太空舱内的储水终究有限，所以美国航天员平时也只是用浸透浴液的海棉擦擦身体，沐浴仍是每周一次的“节目”。洗一次澡，真正的洗澡时间只有15分钟，可清理污水和其他准备工作却需45分钟。

太空专用洗发液

宇航员的洗发液是特制的。这种洗发液96%的成分是从植物中提取的。由于在太空中不可能有很多的水供给宇航员冲洗头发，所以宇航员使用的洗发液是免冲型的。它在失重的状态下能变为十分细小的颗粒。洗头时，它很容易带走头上的污垢。洗完后，用餐巾纸或毛巾一擦，洗发液就被清除得一干二净。用这种太空洗发液洗过的头发，完全不用发胶、摩丝和吹风机，既能显示头发的自然美又特别容易梳理。

据最新报道，俄罗斯和美国专家正在为两国宇航员准备最新洗漱用品，但是他们在女宇航员的化妆品上产生了分歧。俄罗斯专家认为在太空完全没有必要打扮，而美国专家却认为香水、润肤液、口红等都是不可缺少的。(《中国国防报》)

宇航员怎样方便

在太空微重力环境下大小便，是一个比较麻烦、复杂的事情。尤其是长期轨道飞行时，环境控制与生命保障系统要设计出一套复杂的能除臭、供水、易于消毒的收集系统。如果设计不好，大小便因微重力会从马桶中飘出来，在座舱内到处飞舞。航天员在飞船起飞着陆，以及舱外太空行走的时候，如果想方便，则需要使用超吸湿性的成人尿布。

航天员在太空“方便”时，第一步是将自己固定好。首先固定好鞋，然后固定好下身，双手握住马桶两边扶手，最要紧的是屁股须与马桶边缘贴紧，使马桶内部与外边完全密封。所谓“抽水马桶”实际上是“抽气马桶”——因为马桶内不使用水，而是用气。小便则用一个特制漏斗收集，小便桶定期会向宇宙空间排放。大便袋中的大便经压缩处理，暂时存放在马桶内，最后被带回到地面上来。

太空中的洗手间也是真空的。上厕所，必须坐在精心设计的马桶上。人浮在半空中，怎么坐上去呢？两脚先放进固定的脚套里，腰间用座带绑好，用手扶着手柄。

如果是大便，不是用水冲，而是用一个特别的抽气机，将粪便吸进塑料盒里。每解一次，就会更换一个盒，这些盛着粪便的塑料盒会被弹到太空。如果是小便，也是利用抽气机，将其吸进一个特别形状的杯子里，经过橡皮管灌进地板下的污水池里。

宇航员心理状态

怎样才能消除精神紧张与孤独

宇航员要解决在太空中的孤独就需要很好的心理调节，我们每个人在生活中难免要出现这样或那样的矛盾和困扰，那么在日常生活和工作中，怎样克服、消除精神紧张和孤独呢？学会处世的道理。我们都是同样的人，别人碰上的事情您有一天也可能会碰上。生活的道路总不会是太平坦的，与周围的人建立友谊，可以增加来自外界的支持和帮助，从而减轻精神紧张。不要害怕扩大您的社会影响，这样有助您寻找应付紧急事件的新渠道。

努力改进人际关系。建立良好的人际关系，以帮助您事业成功，减少挫折，这对于保持良好的竞技状态十分重要。我们不需要那种只会教训人：“给我听着，你该怎样做”的朋友，我们生活中所需要的是鼓励我们进行创造性思维，以及能够支持我们走向成功之路的朋友。主动虚心听取别人意见，善于安排时间，是改进人际关系的重要方法之一。宣泄、抒发。经常处于精神紧张状态，累加起来，可能会吞噬掉我们健康的机体。我们需要对人诉说自己的感受，哪怕这样做改变不了多少事情。向谁诉说，取决于想要说的内容，必须选择合适的诉说对象。记住，绝对不要将不愉快的事情隐藏在自己的心里。以仁待人。当别人身处困境时应乐于助人。在这种时刻，他们最需要您去倾听他们的诉说，需要您给予帮助。灵活一些。我们要完成一件工作，可能有许多方法，您自己的那种方法不一定是最好的，或者虽然是最好的方法，但不一定行得通。如果您总认为事事都必须按您的想法去做，那么当事物不按您的想法发展时，您就会烦恼生气。其实您的目标只应是把事情办成，至于方法，不必拘于某一种。

中国神舟五号

杨利伟

男，1965年生，辽宁绥中县人，身高1.68米。1996年参加航天员选拔，1998年1月正式成为我国首批航天员，2003年10月15日搭乘神舟五号飞船升空，成为我国首位太空人。现为中国人民解放军航天员大队特级航天员。少将军衔，现任中国载人航天工程办公室副主任。第十七届中央候补委员。 

神舟六号

执行任务宇航员：费俊龙，指挥长；聂海胜，操作手这是两位太空人第一次进行太空任务飞行。聂海胜2005年10月13日在太空庆祝他的41岁农历生日。后备宇航员：第一梯队：刘伯明、景海鹏；第二梯队：翟志刚、吴杰。

神舟七号

神舟七号载人飞船3名正选航天员包括入选过神五及神六计划的翟志刚、以及2名也曾经入选过神六的队友刘伯明与景海鹏。进行中国航天首次太空出舱活动的是曾经2次入选神舟计划的航天员翟志刚，第1备选是刘伯明。

翟志刚，1966年10月10日出生，黑龙江省齐齐哈尔市龙江县龙江镇龙西村人，大学文化、双学士学位。北京时间2008年9月27日16点43分24秒，神舟七号航天员翟志刚开始出舱，16点45分17秒，翟志刚在太空迈出第一步，16点59分，结束太空行走，返回轨道舱。北京时间2008年9月28日，成功返回地球。

刘伯明，1966年9月出生，黑龙江齐齐哈尔市依安人 

神舟九号

景海鹏，1966年10月出生，山西省运城市人。

神舟九号飞船是中国计划中的一艘载人宇宙飞船，中国首个宇宙实验室项目组成部分。

刘旺，1969年3月出生，山西省平遥县人，中共党员，硕士学位。

刘洋，1978年10月出生，女，河南省林州市人，在2012年3月入选神舟九号任务飞行乘组。是中国第一位女航天员。

神舟十号

聂海胜，男，1964年9月出生，湖北襄阳市枣阳人，2005年6月，执行神舟六号载人飞行任务，获得圆满成功。2013年4月，入选天宫一号与神舟十号载人飞行任务飞行乘组。

张晓光，男，1966年5月出生，大校军衔，是1998年选出的首批14名航天员之一。2013年4月，入选天宫一号与神舟十号载人飞行任务飞行乘组。

王亚平，女，1980年1月出生于山东烟台，少校军衔，17岁时参加空军招飞，成为中国第七批女飞行员。2009年5月，中国第二批航天员选拔开始，王亚平通过选拔成为中国首批女航天员之一。2013年4月，入选天宫一号与神舟十号载人飞行任务飞行乘组，也是其中唯一的女性。

神舟十一号

景海鹏搭档陈冬

神舟十一号飞行乘组是“一老一新”搭配，由航天员景海鹏和陈冬组成，景海鹏担任指令长。在任务中，他们互为备份，他们均具备飞船驾驶、组合体管理、手动交会对接，以及故障情况下的应急处置能力。

景海鹏第三次飞天开创新纪录

生于1966年10月的景海鹏，在“五十而知天命”时展开他的第三次飞天。这也开创了中国人飞天的新纪录。2008年和2012年，他分别执行了神舟七号和神舟九号载人飞行任务，具有丰富的飞行经验。景海鹏现为中国人民解放军航天员大队特级航天员，少将军衔。

中国第二批男航天员“首飞”

今年38岁的陈冬2010年5月正式成为中国第二批航天员。现为中国人民解放军航天大队三级航天员，上校军衔。这是他的第一次太空之旅，也是中国第二批航天员中首个飞天的男航天员。 

中国第一批航天员将退役

太空探索者协会第27届年会2014年09月10日上午开幕，中方大会主席杨利伟透露：中方第一批航天员将退役，中国将进行新的航天员选拔，其中包括女航天员。 

天宫二号

2016年9月15日22时04分，天宫二号空间实验室发射任务取得圆满成功。2016年11月17日12时41分，神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功实施分离，神舟十一号飞船11月18日13:33-14:13返回地球。

2016年12月8日，中国航天科技集团公司天宫二号-神舟十一号载人航天任务研制团队获得2016影响中国年度科技人物奖。

2017年4月22日，天舟一号与天宫二号实现自动交会对接。4月27日，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功完成首次推进剂在轨补加试验。

2017年6月21日，天舟一号与天宫二号实施撤离，开始进入独立运行阶段。

天宫三号

发射时间:在天宫二号主要任务完成后的 2018年 。(准确时间暂未确定)

发射目的：开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。

国际

直到20世纪70年代末，只有美国和苏联有现役的宇航员。1976年苏联开始实行Intercosmos计划，组成第一组从社会主义同伴国家选拔出来的6名宇航员，第二组在1978年开始训练。在1978年几乎同时，欧洲航天局选择了4名宇航员进行训练，以进行在航天飞机上执行的首个太空实验室任务。法国在1980年开始训练自己的宇航员(英文称为spationauts)，接着是德国在1982年，而后是加拿大在1983年，日本和意大利则分别在1985年和1988年。数个更多的国际运载专家被选为航天飞机宇航员，之后俄罗斯的索尤兹任务（Soyuz missions）也有国际专家的参与。1998年欧洲航天局组成单一的宇航员组织，以消解以前法国、德国和意大利的国家组织。

历史上的宇航员

艾伦·谢泼德1961年5月5日：美国宇航员艾伦·谢泼德随“自由”7号飞船到达距地球116．5英里的远地点，他在亚轨道飞行持续了15分钟，成为美国第一位太空人。

1959年，斯基拉等七人被美国宇航局选为第一批宇航员。在此之前，他是一名海军试飞员。出于政治方面的需求，美国宇航局大力宣传这七名宇航员的事迹，使他们成为了美国人心目中的民族英雄。当前，这七人中只有两人健在。

1962年10月，斯基拉参加了水星计划的第五次飞行，环球地球飞行了六周，飞行时间超过9个小时；1965年12月，他作为指挥官参加了双子星6号的航天飞行；1968年10月，他又作为指挥官参加了阿波罗7号的飞行，此次飞行历时11天，目的是为正式登月测试流程和设备。1969年，斯基拉从美国海军和美国宇航局退休。他曾同美国宇航局前公共事务官员埃德·巴克比(Ed Buckbee)合著过一本书，名为《真正的太空牛仔》，描述了参与水星计划的宇航员，以及他们对美国太空计划的贡献。

尤里·阿列克谢耶维奇·加加林(Yury Alekseyevich Gagarin) 1934年3月9日生于苏联斯摩棱斯克州格扎茨克区的克卢希诺镇集体农庄庄员家庭。白俄罗斯人。1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分，加加林乘坐“东方”1号宇宙飞船从拜克努尔发射场起航，在最大高度为301公里的轨道上绕地球一周，历时1小时48分钟，于上午10时55分降落在苏联境内，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。首次太空飞行之后，加加林积极参加训练其他宇航员的工作，1961年5月成为宇航员队长，1963年12月荣升为宇航员训练中心副主任。在训练其他宇航员的同时，他自己并没有放弃训练，梦想着能够再次进入太空。1967年4月，他完成了“联盟”号飞船首次飞行的培训准备工作，成为宇航员科马罗夫的替补。他在进行宇航训练之余，并未放弃驾驶歼击机，还专门进入茹科夫斯基航空军事学院继续学习飞行，并于1968年2月毕业。 1968年3月27日，他和飞行教练员谢廖金在一次例行训练飞行中，因一架双座喷气式飞机坠毁而罹难。加加林死后，其骨灰被安葬在克里姆林宫墙壁龛里，他的故乡格扎茨克被命名为加加林城，他训练所在的宇航员训练中心也以他的名字命名。为纪念加加林首次进入太空的壮举，俄罗斯把每年的4月12日定为宇航节，在这一天举行隆重的纪念活动，缅怀这位英雄人物。

1963年6月14日和1963年6月16日前苏联连续发射了由贝柯夫斯基驾驶的"东方-5"和由捷列什科娃驾驶的"东方-6"号航天飞船。两艘飞船的入轨时间相差两天，在轨道上的近距离相隔4.8km，而在同一天返回地面。

这次飞行的意义在于，"东方-6"号飞船的驾驶员捷列什科娃是世界上第一个飞进宇宙的女性。她一共飞行了70小时40分钟49秒，绕地48圈。这次飞行正是在国际妇女代表大会开幕的前夕。这一事实本身强有力地表明，妇女可以在任何方面与男人并驾齐驱。

1926年3月16日：美国火箭研制的先驱者、科学家罗伯特·戈达德在他姑妈家的菜园里发射了世界上第一枚液燃助推火箭，这枚火箭上升了41英尺。

1957年10月4日晚：苏联成功发射第一颗人造地球卫星——“卫星一号”，这个略显粗糙的金属小圆筒的发射成功，象征着人类探险新时代的开始。

1961年4月12日：苏联27岁的宇航员尤里·加加林 乘坐“东方”号宇宙飞船环绕地球一周，成为飞出地球大气层进入外层空间的第一人。

苏联宇航员加加林

1961年5月5日：美国宇航员艾伦·谢泼德便随“自由”7号飞船到达距地球116.5英里的远地点，他在亚轨道飞行持续了15分钟，成为美国第一位太空人。

1961年8月6日—7日：26岁的苏联宇航员格尔曼·季托夫在两天25小时的飞行中，环绕地球17圈，飞行中他首次启动了宇宙飞船的人工控制系统。

1963年6月16日：苏联宇航员瓦连金娜·捷列什科娃驾驶“东方”6号升空，成为进入太空的第一位女性，她在太空停留了2天22小时，绕地球飞行48圈，超过当时美国的任何一位宇航员。

1965年3月18日：苏联“上升号”飞船的宇航员阿列克谢·列昂诺夫进行了人类首次太空行走，他漂出宇宙飞船，以每小时1．5万英里的速度绕地球飞行了10分钟。

1966年3月16日：美国宇航员在太空中成功完成“双子星座”8号宇宙飞船与不载人飞船“阿金娜”号的对接。

1969年7月20日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林乘阿波罗”11号飞船首次登月

1967年4月24日，苏联宇航员科马洛夫乘联盟1号飞船返回地面时，因降落伞未打开，成为第一位为航天殉难的宇航员。

1969年1月14—17日，苏联的联盟4号和5号飞船在太空首次实现交会对接，并交换了宇航员。

1969年7月20日：美国“阿波罗”11号上的宇航员奥尔德林、阿姆斯特朗登上月球，人类第一次将足迹留在地球以外的星球上。

1971年4月9日：苏联发射世界上第一艘长期停留在太空的“礼炮”1号空间站。

1975年7月15—21日，美国的阿波罗号飞船和苏联的联盟19号飞船在太空联合飞行，成为载人航天的首次国际合作。

1981年4月21日：美国成功发射并返回世界上首架航天飞机“哥伦比亚”号，使可重复使用的天地往返系统成为现实。

1984年2月7日，美国宇航员麦坎德列斯和斯图尔特不拴系绳离开挑战者号航天飞机，成为第一批“人体地球卫星”。

1984年6月7日，美国航天飞机“挑战者”号宇航员麦坎德利斯使用载人机动装置，离开航天飞机320英尺，完成了人类首次无安全索太空行走。

1984年7月25日，苏联萨维茨卡娅离开礼炮7号空间站，成为第一位在太空行走的女宇航员。

1985年7月25日，美籍华裔宇航员王赣骏乘挑战者号航天飞机进入太空，成为第一位华裔宇航员。

1986年1月28日：“挑战者”号航天飞机起飞时发生爆炸，7位宇航员全部遇难，这是一次空前的、巨大的航天灾难。

1986年2月20日：苏联第三代空间站“和平”号由“质子”号运载火箭送入近地轨道，其重量达123吨，工作容积400立方米，由工作舱、过渡舱和服务舱三部分组成。它是目前寿命最长的空间站。

1994－1995年，俄罗斯的宇航员波利亚科夫在和平号空间站上连续停留438天，成为在太空时间呆得最长的宇航员；而美国的露西德于1996年在和平号上停留了188天，成为在太空时间呆得最长的女宇航员。

1995年2月，发现号航天飞机上，美国宇航员柯林斯成为第一位航天飞机的女机长。

1995年3月2日—18日，奋进号航天飞机在太空中飞行，其上的7位宇航员加上和平号上的6位宇航员，共有13位宇航员同时在太空，成为同时在太空中人数最多的一次。

1995年6月29日：美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站第一次对接，开始了总计9次的航天飞机与空间站的对接。

1996年11月19日－12月7日，哥伦比亚号航天飞机进行了一次最长的太空飞行，历时17天15小时53分钟。

2000年10月31日：俄罗斯向国际空间站送去第一个长期考察组，使建设中的国际空间站由无人状态转为有人状态。 考察组由美国宇航员威廉·谢泼德和俄罗斯宇航员尤里·吉德津科、谢尔盖·克里卡廖夫组成，他们在国际空间站停留到2001年2月。

2003年2月1日，美国哥伦比亚号航天飞机发生爆炸，机上7名宇航员（包括一名以色列籍宇航员）全部遇难。

从1969年到1972年，美国进行了5次阿波罗飞行，共有12名宇航员登上月球。

从1971年至2000年，苏联及俄罗斯总共发射7个空间站——6个礼炮号空间站及和平号空间站。

2005年7月26日北京时间22时39分，美国“发现”号航天飞机在肯尼迪航天中心发射升空，8月9日成功返回着陆。

2019年8月，美国国家航空航天局(NASA)正在调查一项“不寻常”的案件：一名美国宇航员安妮·麦克莱恩(Anne McClain)被控在国际空间站居住期间，侵入其已分居伴侣萨默勒·沃登(Summer Worden)的银行账户。美媒表示，这似乎是首例来自近地轨道的犯罪指控。起诉书指控麦克莱恩盗用他人身份，并非法获取沃登的私人财务记录。麦克莱恩随后承认她在国际空间站工作时访问过该账号，但她否认有任何不当行为。她通过律师表示，这一举动是为管理两人复杂的财务状况。



【134、宇航员太空服半个多世纪今昔对比】


BBC 2020年5月29日

美国国家航空航天局（NASA）载人龙飞船（Crew Dragon）宇航员班肯和赫利的太空服由好莱坞服装设计师提供外观造型，量身定制——从人类首次太空行走到今天，半个世纪过去了，太空服也迭代升级，今非昔比。

美国国家航空航天局（NASA）载人龙飞船（Crew Dragon）宇航员道格·赫利（Doug Hurley）和鲍勃·班肯（Bob Behnken）的历史性载人太空飞行因天气原因推迟，但他们的太空服却引来一波关注。

这款未来派太空服跟佛罗里达州肯尼迪航天中心上一次发射火箭时见过的宇航员套装相去甚远。

他们的头盔是3D打印的，手套有触屏功能。上一代航天服是橙色的，看上去十分笨重。

不过，外观迥异的太空服的基本用途没有变，就是为宇航员在真空环境里提供减压保护。

班肯和赫利的太空服是量身定制。

除此之外，太空服还有供氧和调节体温功能，并且有一根像“脐带” 似的缆线可以跟座椅连接，作为通讯和输送可呼吸空气的管道。

这套为宇航员个人定制的太空服从头到脚连为一体，被称作“外星人制服”。外形设计来自好莱坞服装设计师何塞·费尔南德斯（Jose Fernandez ）；他曾参与《美国船长：内战》和《蝙蝠侠v 超人：正义的黎明》等影片的服装设计。

这套太空服只适用于SpaceX太空舱，不能用于太空行走。

“波音蓝”

波音公司跟美国宇航局（NASA）签过一份合同，开发载人太空航天器CST-100 星际飞船（Starliner）。其中宇航员在升空和返回地球过程中穿的保压服已经亮相。

身着波音蓝（Boeing Blue）太空服的美国宇航员弗格森（Chris Ferguson）

这款"波音蓝"太空飞行服跟过去几代美国宇航员穿的太空服相比更加轻便，重量减轻了40%，宇航员穿上后行动也更灵活。

这套太空服有不同的夹层调控体温，防止过热。它的手套具有触屏功能，宇航员在太空也可以操作平板电脑。头盔质地柔软，形状像连衣帽，聚碳酸酯面罩较宽，星际飞船的乘客在旅途中边缘视觉更好。

太空服身体部位的拉链是为了让宇航员从坐椅上站起来时更方便。

下一代

2019年10月，NASA公布了为阿尔忒弥斯计划（英語：Artemis program）开发的两款下一代太空服。

这个计划包括重返月球和登陆火星等太空探索项目。NASA计划在2024年前用猎户座载人太空飞船（Orion）把宇航员送上月球。

一套太空服的名字叫“猎户座飞船生存服”（Orion Crew Survival Suit，简称OCSS），可以跟SpaceX和波音的最新款太空服相提并论。

外观依稀可见俗称“南瓜”的航天飞机飞行服，但更轻便。

另一套名叫“舱外探索机动装置”（xEMU），为宇航员在月球表面活动时穿着设计。它比在飞船内穿的保压服更厚重。

这是为了应对飞船舱外的极端气温，阻挡微陨石和其他小颗粒的太空碎片。

这方面它更类似于国际空间站（ISS）宇航员进行太空行走时穿的太空服。

2014年，俄国宇航员亚历山大·斯科沃佐夫（Alexander Skvortsov）穿着奥伦太空服在国际空间站舱外——国际空间站上有两套太空服用于太空行走，一套是俄罗斯的奥伦式太空服（Orlan），1977年12月首次使用。

这款一件套的后背像背包，可以像开冰箱门那样打开。宇航员从这个“门”钻进太空服。

另一套是NASA的EMU，1981年开始启用。它不是一件套，分上下两部分，宇航员穿着它在空间站外的宇宙真空环境下可以维持8.5小时。

宇航员去国际空间站工作时都带着这两套太空服。

阿波罗号飞船宇航员在月球上穿的太空服也叫EMU，但跟现代款的设计不可同日而语。

太空服从1965年3月人类首次太空行走开始，半个世纪以来不断演进，各方面都今非昔比。

1969年人类首次登上月球

行走太空第一人，前苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫（Alexei Leonov）的太空服是在他钻进去后再冲气膨胀，然后他的双手戴着手套伸出袖管。

返回飞船时，膨胀的太空服在气闸舱门口卡住，先后几次把太空服里的空气排掉之后才进到太空舱内。这个过程很危险。

太空行走第一人，前苏联宇航员列昂诺夫创作的他自己1965年3月完成的太空行走油画。

龙飞船首次发射因天气状况推迟，第二次发射定于5月30日美国东部时间下午15:22 （英国夏令时20:22）。



【135、美国首次商业载人航天任务在即 4名宇航员抵发射场】


2020年11月09日 美联社

美国宇航局(NASA)和美国太空探索技术公司(SpaceX)计划于11月14日执行首次商业载人航天任务。当地时间11月8日，4名宇航员已抵达肯尼迪航天中心。

8月2日，太空探索技术公司“龙”飞船准备溅落在美国东南部佛罗里达州附近的墨西哥湾，完成首次载人试飞任务。

报道称，对美国宇航局来说，这标志着常驻国际空间站宇航员定期轮换的开始，并且由私人公司提供接送服务。

三名美国宇航局宇航员迈克尔·霍普金斯、维克多·格洛弗、香农·沃克，以及日本宇宙航空研究开发机构的航天员野口聪一，预计于当地时间14日晚搭乘“龙”飞船升空，前提是热带风暴“埃塔”不会干扰发射任务。他们将在国际空间站停留6个月。

考虑到2020年的所有挑战：新冠病毒和社会隔离，对种族不平等的抗议等，宇航员们将他们的“龙”飞船太空舱命名为“Resilience”(恢复力、韧性)。他们已经被隔离了一两个星期，并采取了安全预防措施——戴口罩和保持社交距离。

SpaceX公司的载人飞行任务负责人本吉·里德说，该公司预计将在未来14个月内发射7艘“龙”飞船，其中3艘是载人飞行，4艘是货物运输。

与此同时，美国宇航局的另一个合作伙伴——波音公司，预计要到2021年夏天才会进行首次载人飞行。该公司计划在几个月内进行第二次无人试飞，第一次试飞时太空舱出现了软件问题，导致“星际客机”飞船未能与国际空间站接轨。

今年8月初，美国宇航局完成了首次商业载人试飞任务(Demo-2)。两名美国宇航员于5月30日搭乘SpaceX的“猎鹰9号”火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，他们在空间站停留了64天后，于8月2日随“龙”飞船成功返回地球，落入佛罗里达州附近的墨西哥湾。

《宇航员养成记：现实很残酷 条件很苛刻》（牧夫天文）报道：

成为一名宇航员意味着重大的承诺。宇航员候选人的年龄一般在30岁到40岁左右，此时若想转而成为一名宇航员就意味着需要抛弃原本成功又稳定的职业生涯，重新从最底层开始，接受长时间的培训和奔波。但是，就算付出这些也不能保证他们就可以如愿以偿进入太空。

然而，仍有许许多多寄情于太空的美国人还是义无反顾地参加了NASA的宇航员选拔。以下就是NASA宇航员养成宝典，或许会对成就您的宇航员梦想有一丝帮助。

NASA对宇航员有着严格的要求。这项工作不仅需要保持良好的身体状态，而且还需要技术技能，才能在航天器或千里之外的空间站完成艰巨的任务。

NASA对候选者的基本学术要求是工程学、生物科学、物理科学、计算机科学或数学领域的学士学位，且有着三年的专业工作经验（或有着1000小时飞行时长的喷气式飞机机长）。候选人还必须通过NASA的宇航员体检。除此之外，还有许多其他的技能作为加分项，例如潜水、野外生存经验、领导经验和其他语言才能（特别是俄语，目前所有宇航员都要求掌握俄语）。

自1959年第一批7名宇航员被选入水星计划以来，NASA已经挑选组建了22期宇航员“班”。从那时起，太空计划已经有了很大的发展和变化。前几个“班”的学长们主要来自军方，尤其是试飞员，他们有着能应对太空极端危险的能力。但随着NASA项目的发展，宇航员需要更多其他的技能。

例如，1969年的第四期宇航员“班”被称为“科学家班”，其中包括哈里森·J·施密特，唯一一位在月球上行走的地质学家（17号）。其他著名的班级包括1978年的第八期（加入了女性宇航员、非洲裔和亚裔宇航员成员）、1996年的第十六期（最大的一个班，有44名成员被选出执行频繁的航天飞机任务以建造国际空间站）和2013年的第二十一期宇航员班（第一个男女比例各占一半的班级）。

如今新宇航员们将会期待使用各种各样的“通勤交通”方式。今天宇航员们使用俄罗斯联盟号宇宙飞船往返国际空间站——进行长时太空飞行试验的主要“办公点”。然而，在未来几年里，NASA希望再次超越低地球轨道，前往月球和火星执行任务。如果得以实现，新一代宇航员将使用猎户座飞船进行深空探索。

一旦新型商用航天器准备就绪，新一代宇航员还可以期待从美国本土发射出发。SpaceX和公司都在为NASA的商业载人计划制造航天器，预计这项计划将在2020年年末正式实施。这将是美国自2011年结束航天飞机计划以来首次从美国发射载人航天器。

新宇航员的航天生涯可从去国际空间站遛弯儿开始，或者甚至遛得更远点儿。这完全取决于美国未来几年的太空政策或NASA的项目方向。空间站预计将持续运行至2024年，但可能会延长到2028年甚至更久。

其他的计划尚未明晰，但NASA有了基础的构想，并正在测试其猎户座飞船，预计该飞船将在2020或2021年进行一次无人月球飞越（NASA曾考虑载人执行，但由于附加的技术负担，放弃了载人计划）。猎户座航天器将在2022年后将人类带到深空目的地。

下一步去哪儿呢？计划顺利的话，NASA希望在2030年代实现载人登陆火星，作为计划的一部分，NASA宣布建造一个靠近月球的“深空门户”空间站，以助于宇航员进行深空任务的训练，并为前往火星的航行做准备。

虽然公众只会主要关注进入了太空的宇航员，但实际上，宇航员的职业生涯中只有很小的一部分会在太空中度过。他们的大部分时间将花在培训和支持其他任务上。

首先，宇航员候选人将接受大约两年的基本训练，在那里他们将学习生存训练、语言、技术技能和其他成为宇航员所必须的技能。毕业后，新的宇航员可能会被分配到航天任务中去，或在休斯顿约翰逊航天中心的宇航员办公室中担任技术职务。这些角色包括当前任务的支持工作，或者就如何开发未来的航天器向NASA工程师提出建议。

宇航员候选人在新班级被核准可执行飞行任务前，需要经历严苛的训练过程。他们的众多任务涉及学习如何太空行走、如何使用、如何驾驶飞机和如何在国际空间站上操作。

宇航员候选人将利用NASA的T-38教练机学习并获得飞行技能；在约翰逊航天中心60英尺深的游泳池（称为“中性浮力实验室”）进行太空行走练习；使用空间站的机械臂Canadarm2的学习版捕获模拟宇宙飞船；学习俄语；以及接受空间站运行操作的基本培训。宇航员还通过地质学和生存训练来提高领导能力等。

虽然这些宇航员候选人由NASA选定并将主要和本机构人员合作，但他们也需融入国际合作关系网络。除了美国开发航天硬件的商业合作伙伴以及从事载人航天工作的各个NASA中心外，有16个国家参与了国际空间站的建设，每个国家都有自己的专业领域。

例如，俄罗斯航天国家集团（Roscosmos）在空间站运行着几个模块，并使用联盟号火箭将宇航员送入太空。加拿大航天局主要参与机器人操控，例如利用Canadarm2捕获货船。其他主要国际合作伙伴包括欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA），这些机构都有自己的宇航员在空间站和宇航员办公室工作。

首先人力资源部会对每份宇航员申请进行审查，以确定其是否符合基本资格。每一份合格申请都会经过宇航员评估小组的审查。评估小组由大约50人组成，大部分是现任宇航员。该小组选出几百名最有资格的候选人，然后对每个候选人进行背景调查。

这一步把候选人的人数缩小到120人。之后宇航员选拔委员将会召集这些候选人进行面试和体检。然后前50名候选人接受第二轮面试和更详细的体检。最后的宇航员候选人将从这50人中选出。

通过选拔的幸运候选人将会接到NASA约翰逊航天中心飞行运行部主任以及宇航员办公室主任的电话。NASA要求候选人在正式官方宣布前只能与其直系亲属分享这一消息。

然后NASA通常会召开新闻发布会，宣布新的候选人，并邀请记者和媒体向新的宇航员班提问。然后，候选人很快就会投入到培训中，这期间至少在几个月内，他们很少有时间与外界交流。

新一期宇航员班将在约翰逊航天中心宣誓并开始工作。从宇航员被选中到他们搬到休斯顿之间有几周的时间。届时，他们将结束目前的工作，并安排与家人一起搬到休斯顿。

成为一名宇航员是一项无比荣耀的工作，候选人往往会放弃原有稳定的职业生涯，去太空旅行。然而，在某些情况下，他们可以利用作为宇航员的时间来提升其他职业技能水平。例如，军事宇航员通常可以在NASA执行联合任务，这允许他们在执行任务和履行其他宇航员职责的同时，继续获得军衔；或者科学界人士可以尝试选择与他们过去职业相关的任务和职责，继续发表科学期刊论文，并承担其他有利于学术进步的职责。

如何成为一名宇航员？来看看美国宇航局的申请条件

每个航天机构都有自己特定的选拔程序

2019年4月18日

扎哈拉·麦吉迪

退役宇航员克莱·安德森在他的自传中写道，“我只是一个普通人，我曾15次提交申请，要求成为一名宇航员，就连我的朋友们与亲人们都对此失去了兴趣。事实上，我曾是一个失败者，也曾为此精疲力尽，但我最终还是收到了美国宇航局的录用通知。那么，为什么我需要尝试15次之多才能得到这个机会呢？直到今天我还是认为：来得迟一点，也好过完全不曾出现。”

基本条件

每个人在成为一名宇航员之前，都拥有一份职业，在过去，美国宇航局通常会选用在军队服役的飞行员，美军1959年选择了空军中第一位候选人去往太空，他应该是喷气飞机专家，并拥有工程背景，此外，身高还不应低于180厘米。

除了要求在工程和航空领域拥有经验之外，太空探索还需要实际了解与应用能力，因此，美国宇航局自1964年起开始寻找科学领域的专家成为宇航员，如医学、工程、医学、化学、物理等，但是在今天，去往火星和月球也已经不再相同，前者的距离更为遥远。

在专业领域的从业经验应不低于三年 

选拔标准

美国宇航局选拔宇航员的标准已经随着目标和任务的变化而发生了变化，工程、航空仍然是可以遵循的途径，但也不再是唯一的途径，现在，宇航员职位申请主要分化两大类别：军事与民用。

军事类别的申请程序根据申请者所在的部队而有所不同，而民用类别的申请者则可以直接向宇航局提出申请，但是申请者必须满足以下条件：

学位要求

美国宇航局要求其宇航员至少拥有工程学、生物学、物理学、数学或计算机科学的学士学位。现在，有很大一部分宇航员拥有硕士学位甚至博士学位。

包括已经退役的马斯格雷夫在内的部分宇航员，他们拥有的学位远远超出这些要求，如果你需要一些物质上的支持才能够使你成为宇航员的梦想得以实现的话，那么，不要担心，因为很多宇航员都会得到军事项目或政府项目的支持，以获得所需的学历资质。

申请者应该拥有很好的健康状况，并且血压不超过90/140

实际与专业条件

同样，申请者还必须拥有至少三年的相关职业从业经验，相当于不低于1000个小时的喷气式飞机驾驶经验。尽管如此，硕士学位可抵一年的工作经验，而博士学位则可抵三年的工作经验。

此外，不受这些要求限制的是那些仍需要获得学士学位的教师们，他们可以从教学中获得申请资格，哪怕是小学教师也同样可以。另外，宇航员应该拥有领导能力，以及团队合作、沟通的能力。

而美国公民身份也是成为美国宇航局的宇航员的先决条件，但是，很多资质也可以用于其他国家的宇航员发展计划中。

需要注意的是，每个航空航天机构都有自己特定的选拔程序，因此，每一个希望成为宇航员的人都应该咨询这些机构，以获取更多的信息，你会拥有很多的选择，如欧洲宇航局、日本宇航局、加拿大宇航局、俄罗斯宇航局，以及中国宇航局。

身体健康

申请者应该拥有很好的健康状况，因为在紧急的医疗状况下，你将不得不返回地球。因此，在选拔过程中将有一些特殊的测试，以了解申请者是否具有胜任宇航员工作的身体和心理条件。

此外，申请者的血压应不超过90/140，身高应介于155厘米至187厘米之间。

此外，其视力应当正常，可以通过佩戴医用眼镜来进行矫正。

美国国籍是成为美国宇航局的宇航员的先决条件。

选拔阶段

美国宇航局选拔委员会每年收到的申请量都会破纪录，在2016年，申请人数高达18300人，其中一人很可能将成为第一位登上火星的人类。

委员会将对每位申请者的资质进行审核，此后会联系近120名最具资质的人员前往位于得克萨斯州休斯敦的美国宇航局约翰逊航天中心进行面试。

此后，将淘汰近半数的候选者，剩下的一半将进入第二轮复试，一旦最终入选宇航员，将完成异常艰苦的训练过程，但到此时为止，你也仍然不是一名正式的宇航员，你还需要为期两年的实习，只有在最终通过之后，才能成为一名正式的宇航员。

候选者们将接受国际空间站的基本学习，还将进行潜水、水下生存等训练，进行游泳考核，接受高压和低压状态的训练，每天的失重训练，每个月进行一定时间的喷气式飞机驾驶。

在训练结束后，一旦你首次接受宇航员任务，为进行该任务的准备工作又将历时数年的时间，以阅读开始，到真实模拟太空及空间站的生存状态，以单独的形式，或与其他同事一起进行。

对宇航员而言，这一阶段是必经时期，他们使用相机等设备，进行实验并与宇航局进行数年的交流，至今为止，理想的太空之行仅仅需要6个月的时间，因为人的身体承受不了更多的考验，但是部分宇航员的训练需要一年。

随着美国宇航局未来的太空探索计划的发展，对执行月球任务的新宇航员的需求也比以往任何时候都更多，你可能成为第一个飞往火星的人，因此，从现在开始努力使自己有资格提出申请吧，你还可以向教育或职业机构寻求帮助。

来源：半岛电视台



【136、宇航员在太空上如何睡觉？睡不好怎么办？】


BBC 2017年6月8日

此刻，我正站在位于德国科隆附近一座被森林环绕的地下实验室里。吸顶灯把墙壁照得一片惨白，没有窗户，也几乎没有装饰。我所处的房间里摆着一张单人床，一台计算机和一幅描绘太空景象的画，画中是一株正在开花的巨大植物和造型怪异的太空飞船。天花板上的摄像头注视着我的一举一动。

在这个与世隔绝的地方，你根本不知道现在是白天还是黑夜。我感觉到与世界完全隔离，甚至都不在地球上。这正是这座德国太空署DLR下属设施的设计师想达到的效果。对于想研究太空飞行对人体影响的科学家和医生来说，这座名为"Envihab"的实验室再适合不过了。

这里的最新一项实验是研究睡眠不足对宇航员的影响——对于在国际空间站上工作的宇航员，这是一个很实际的问题。"理论上，他们应该睡眠充足，每晚睡足8小时，"研究负责人爱娃-玛利亚·埃曼霍斯特（Eva-Maria Elmenhorst）表示。"但是，大多数宇航员都只能睡5-6小时，这明显不够。"

实验要求志愿者呆在装修简陋、墙壁雪白、没有窗户的房间里——实际上，我们大多数人的睡眠时间都不够，在白天需要浓咖啡来提神。就在我拜访埃曼霍斯特的那天，为了赶上飞往德国的飞机，我凌晨4点1刻就起床了。但是，这一天我的工作负担并不重：只需问她几个问题，并把答案记录下来而已。然而，宇航员却是以每小时2.7万公里的速度沿地球轨道飞行，与寒冷的真空仅仅相隔几厘米的人。一个错误决策、短暂的粗心大意或者注意力不集中就有可能对宇航员自己和同事造成灭顶之灾。想象一下，在只睡了5小时以后，你要操纵重达数吨的飞船与太空站精确对接的挑战性。

然而，在太空中美美地睡一觉却并非易事，这里没有床也没有枕头——宇航员钻进睡袋，然后用带子固定在墙上。这还没完，"宇航员睡不好的原因有几个，"埃曼霍斯特表示。"与世隔绝，每90分钟就会日出一次，并且国际太空站的通风系统噪音很大。"很多情况下，宇航员要轮班工作来监控实验或者与到访的补给飞船实现对接。

为了研究睡眠缺乏会对宇航员的工作表现产生何等影响，埃曼霍斯特的实验团队安排不同组的付费志愿者经受睡眠剥夺实验。"我们想了解睡眠缺乏会对认知功能产生什么影响，"她说，"还有在同样睡眠不足的情况下，为什么有些人比其他人表现得更好。"

除了宇航员以外，她希望轮班工人和医生、护士等等需要在睡眠不足的情况下做出重大决策的人员也能从实验中获益。埃曼霍斯特说，仅在德国一地就有16%的员工会定期上夜班，而许多从事重大安全性工作的工人的睡眠时间达不到建议的8小时。

卢卡斯（Lucas）等志愿者在坚持不睡觉的情况下完成复杂的任务——在埃曼霍斯特的实验中，要求志愿者每天完成一系列任务，包括记忆力测验、反应速度测试和重复性电脑游戏。在5个晚上，他们每晚只允许睡5个小时。然后是保证8小时睡眠的恢复期，最后则是长达38小时的高强度睡眠剥夺实验。

医生用由多个电极组成的，外观类似头发网的帽子监测受试者的大脑活动，同时进行血检和MRI扫描。

"我们感兴趣的是大脑控制睡意的深层机制，"埃曼霍斯特说。"即便只是一晚不睡，我们也能监测到体内激素的变化。"

对于志愿者（他们承认，参与实验的主要动机就是为了获得报酬，在两周的实验时间里他们只需坐在房间里看电视、聊天而已）这项实验的难度要超过他们当初的想象。"很难保持不睡，"参与实验的一名学生卢卡斯说。"当我们快睡着时，总有人过来打搅我们。"

"我们唯一能做的就是互相聊天、看电视或者玩笔记本电脑，"来自师范学校的另一位志愿者玛格达莱那（Magdalena）说。"总有人对我嚷嚷'玛格达莱那，你还醒着吗？玛格达莱那，醒醒！'"

国际空间站上的宇航员只能绑在墙壁上入睡，并且根本没枕头——为了确保志愿者们没有打盹，研究团队的人会随时监控他们，坐在他们身边，或者通过闭路电视监控。如果一位志愿者眼睛闭上的时间稍长，就会被推醒。

随着时间的推移，卢卡斯发现他的记忆力和灵敏度都开始下降。"我在实验过程中感觉很难受，"他说。"现在就想尽可能多睡，再也不熬通宵改作业了。"

除了思维表现出现下降外，研究团队还发现，志愿者们出现了更加令人不安的生理变化。"我们发现，连续5天每天5小时的睡眠会减缓葡萄糖代谢，同时他们体内的激素水平也出现了波动，"埃曼霍斯特表示。这进一步验证了另一项发现：在轮班工作的人中，糖尿病和高血压患者的比例较常人更高。

这项仍在进行中的研究的最终目标在于，为宇航员制定更科学的工作计划，并且避免宇航员过于疲劳。随着长时间太空飞行越来越普遍，同时人类正在计划开展太空殖民，确保宇航员拥有足够睡眠的重要性也在不断提高。

就在我采访埃曼霍斯特的同时，最后一组志愿者刚刚离开Envihab实验室。讽刺的是，埃曼霍斯特自己现在终于也能睡个好觉了。"实验期间，我几乎每天要在5点起床来做研究，"她说，"缺乏睡眠也对我的认知功能产生了不良影响。"



【137、宇宙结构起源——从银河系的精细刻画到深场宇宙的统计描述】


1609年，当世界上其他地方的人们还在利用眼睛来观察星空的时候，此时的亚平宁半岛，一位对星空一直充满着兴趣、名叫伽利略的意大利人，无意间将一个口径只有 2 .5厘米的自制望远镜指向天空，看到了月球表面和木星的卫星，自此人类之前一直依靠肉眼探索宇宙的进程被彻底改变。在接下来的 400 多年中，望远镜的口径越做越大，探测方式和手段也发生了巨大变化：从最初的光学波段扩展到了几乎整个电磁波段，从电磁方式延伸到了宇宙粒子以至于新近的引力波，并且从地面走向了太空。正是这些探测方式的丰富性和探测手段的多样性，使人类对于宇宙的认识在短短的几百年中，尤其在过去的一个世纪中，发生了翻天覆地的变化。人类现在已经能够跨越宇宙演化的长河，描绘出浩瀚宇宙演化的历史：从早期宇宙的微小量子涨落经引力不稳定性放大，形成了今天宇宙多样化的结构--从致密黑洞到我们居住的银河系（图 1）、从星系团到宇宙纤维状的大尺度结构。借助于最先进的地面和太空望远镜观测和物理理论，我们对于天体物理学的研究已经步入到了精确宇宙学的时代。这意味着我们不再简单地满足于发现一些新的天文现象，而是更关注主宰我们宇宙演化的基本物质成分的物理本质和宇宙结构起源的众多物理过程。而试图理解众多起源过程和它们的物理本质，正是宇宙结构起源--从银河系的精细刻画到深场宇宙专项的目标所在。

宇宙构成的基石是星系，在研究宇宙整体结构起源的同时，必然要对作为宇宙基本单元的星系的结构起源问题进行了解。长期起来，中国的天文研究不是全面投入，而是有选择、有重点地投入，在大型设备、人才储备、原创研究上呈现出新面貌，构建了我国天文研究体系以及大装置支撑系统。宇宙结构起源先导专项正是在此基础上组织开展的协同攻关，希望形成天文研究的高地，实现该领域的进一步发展。

1 专项简介

中科院战略性先导科技专项（B 类）“宇宙结构起源——从银河系的精细刻画到深场宇宙的统计描述”于2014 年立项，专项依托于中科院国家天文台，由中科院紫金山天文台、上海天文台、高能物理所、中国科技大学共同承担。首席科学家为毛淑德研究员，另外包括 101 名科研骨干，来自于国内 17 所科研单位及高校。

本专项紧密围绕结构起源这一领域，瞄准当前尚未解决的重大问题，依托国内大科学装置和特色设备，结合国际巡天计划、高精度数值模拟，开展从银河系、近邻宇宙到深场宇宙多个尺度的前沿研究，探索暗物质、暗能量和重子物质这三大宇宙基本组分的属性、本质和结构形成物理。专项以结构起源这一科学问题为中心，设置了与之紧密关联的 4 个项目：从银河系、近邻星系到深场宇宙多尺度出发，利用多波段观测、多种研究手段探索包括暗物质、暗能量本质的基本物理和结构形成的复杂天体物理过程，并探讨结构形成中很不确定的一个关键物理过程（黑洞的吸积、反馈对星系形成和演化的影响），在提供观测支撑的同时培育天文新兴领域研究。

2 专项进展

本专项自 2014 年立项以来，建立和完善国内、国际观测平台，为专项的顺利进行奠定基础。专项整合国内天文界与相关学界的力量，以天文研究为基本点，与粒子物理等领域交叉，同时与数学、高技术领域紧密合作，开展先导科学和技术研究。通过本先导专项的实施，我们在科研方面取得了一些在国际上有显示度的成果。

2.1 暗物质和暗能量基本物理

现代的天文观测表明暗物质和暗能量的存在，但到目前为止，对于暗物质和暗能量的本质却依然不知道，它们的本质问题属于现代物理的两个基本问题。

项目成员利用多种方法进行研究。通过国际合作，利用国际最大的星系巡天 BOSS 项目，在多个红移处精确测定了重子声波振荡信号，从而利用该测量结果重建了暗能量状态方程随时间的演化历史。研究发现暗能量在 3.5 个标准偏差置信度上具有动力学演化的迹象，显著高于早期结果（2.5 个标准偏差）。项目成员还与 eBOSS（BOSS 巡天项目的升级）国际合作组一起，完成了对该巡天的宇宙学预研究并发现 eBOSS 将有能力把暗能量状态方程的品质因数提高 3 倍左右，首次在更高置信度上发现了暗能量动力学，并区分了两种中微子质量的简并模式。

暗物质候选者通常分为冷暗物质和温暗物质两大类。冷暗物质和温暗物质模型在大尺度上预言类似结构的形成，但在小尺度温暗物质模型预言的结构要少很多。项目成员利用高分辨率流体动力学模拟，深入研究了温暗物质宇宙模型中银河系尺度的星系形成。研究发现，长度为几百万个秒差距（Mpc）的光滑致密细丝结构会在红移 2 左右形成，并导致特殊的延展莱曼-限制系统的形成。而从观测的角度而言，延展莱曼——限制系统的关联函数的测量可以用来检验暗物质性质。此项研究对于目前和未来的星系巡天研究暗物质提供了新的观测目标。

在红移巡天宇宙学分析中，一个关键假设是暗物质晕的速度偏置是在大尺度上为 1，即暗物质晕和暗物质粒子的相对速度为零。然而，这种假设尚未通过数值模拟的验证。实际上，这与大尺度结构形成的经典理论，即BBKS 理论相矛盾。深入了解在不同尺度上暗物质晕的偏置可以帮助减少在星系巡天数据分析中的系统误差，对于暗能量的研究至关重要。然而，精确测定暗晕的速度偏置难度非常大。我们开发了新的理论方法精确测量暗晕的速度偏置，并采用高分辨率 N 体数值模拟验证了该方法的准确性。在国际上，这是首次利用数值模拟在 2% 的误差范围内测量暗晕的速度偏置。结果发现，在 3 亿光年尺度以下，暗晕的速度偏置不为 1，与之前的关键假设不一致。所以这项研究工作对于大尺度星系光谱巡天的宇宙学研究具有十分重要的意义。

2.2 极端天体物理：黑洞、超新星发现和吸积物理

项目成员利用有偿使用国外望远镜时间计划（TAP）中的时域望远镜发现了迄今为止最亮的超新星ASASSN-15lh。该极亮超新星总辐射能量达到了 SLSN-I 流行供能机制磁中子星模型的上限，为揭开超亮超新星机制提供新线索（图 3）。ASASSN-15lh 引起了天文学家们的强烈兴趣，在被发现之后，世界上许多大型望远镜和美国 NASA 的“雨燕”X 射线太空望远镜马上投入到了后续观测之中。该发现结果已经在 Science 杂志上发表。时至今日，世界各地相关研究者们依旧在从射电、光学、X 射线等诸多波段对这颗超新星进行持续观测。

项目成员还利用中科院云南天文台丽江观测站的 2.4 m 光学望远镜和国台兴隆观测基地的 2.16 m 光学望远镜以及美国和澳大利亚的 3 台望远镜，发现了 72 颗红移 5 左右的非常明亮类星体和 3 颗红移 5.7 以上的高红移类星体。其中红移 6.3、中心 120 亿太阳质量的黑洞是迄今为止发现的质量最大的高红移（z ＞6）黑洞。该成果发表于国际顶级科学期刊 Nature 杂志上，受到国内外学者的广泛关注。Nature 特地为此发现举行了新闻发布，并在同期杂志的“新闻与评述”栏目中专门撰写评论文章。

项目成员选择了一批具有高吸积率的 AGN 和类星体（大约 30 个目标源）。利用丽江 2.4 m 望远镜对超爱丁顿吸积大质量黑洞样本进行了长期光谱监测，发现这类源的性质十分特殊，初步揭示了其基本特点。

项目成员也在 M81 超软 X 射线源 ULS-1中发现了其光谱中具有高度蓝移的氢元素发射线，揭示了该系统中存在速度达到 0.2 倍光速的相对论性重子喷流。 这是首次从超软 X 射线源发现相对论性高速喷流，打破了天文学界以往的认知，揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。该成果已在 Nature 上发表。

2.3 结构形成物理

LAMOST（也称郭守敬望远镜，图 4）目前已经得到约 700 万条恒星光谱，这些光谱已成为世界上最大的恒星光谱库。利用该数据库，项目成员对恒星进行了类型证认和参数估计，在寻找和证认特殊恒星方面取得了一些成绩。比如目前已通过 LAMOST 发现极端贫金属星近 200 颗，占国际上已发现总数的近 1/4。同时对银河系暗晕的形状和径向分布做出了测定。在银盘的研究上重构了太阳附近径向和切向速度分量分布，从中发现一些新的子结构。项目成员还利用 LAMOST 恒星样本独立测定了当地的暗物质密度；现在精度约为 30%，后期还可以利用 LAMOST 更多数据进行进一步提高。

宇宙演化的数值模拟取决于合理的初始条件的选择。项目成员自主发展了一套方法，用于再构造邻近宇宙的初始条件。该方法已经成功运用于 SDSS 红移巡天星系样本，构造出近邻宇宙的初始密度场，并运行一组 3 0723 粒子，500 Mpc/h 的近邻宇宙数值模拟。该模拟精确再现了真实宇宙在大尺度甚至小尺度上的物质结构（包括暗晕子结构以及吸积历史）。这一模拟结果提供了一个有效的平台，让科研人员能够之后开展系列工作，深入研究星系形成中的重子物理过程，最终对星系的形成物理提供强有力的限制。

MaNGA 是 SDSS-IV 巡天中的三大计划之一，将提供世界上最多数量的、10 000 个星系的 IFU 数据。项目成员利用 SDSS-IV/MaNGA 试观测数据研究了星系内部恒星形成历史的二维分布，发现质量大于银河系的星系内部恒星形成活动的停止过程是从星系中央开始逐步向外围发展的，而小质量星系没有明显的梯度，表明星系内各区域演化过程趋于同步。同时发现质量是主导参量。该文章是 SDSS-IV 首批发表的 3 篇科学论文之一，后续工作有望取得有高显示度的成果。

2.4 领域贡献与人才培养

专项立项 2 年多来，在天文观测和高能天体物理等领域培养了几支优秀的团队，在中科院和高校间开展广泛的合作，进一步增强了科研人员的凝聚力，相关成果为今后的长远目标奠定了扎实的基础和必要条件。

专项在原有基础上，建立和完善国内、国际观测网络公共平台——有偿使用国外望远镜计划（TAP，图 5），该平台使中国天文学家能够在多波段使用国际先进设备，拓宽了国内已有设备能力，与国内观测设备有机结合，形成互补网络，为建设自主设备及其运行准备人才，并为国际公开的望远镜竞争提供基础和训练。另外在设备建设和国际合作等方面也发挥积极的推动作用，为未来国际合作大设备（SKA，TMT）起到先导作用。本专项是国内天文领域宇宙结构形成和演化方向的重大项目，汇聚了中科院和高校在此研究方向的优势力量。在相关重大科学问题的牵引下，中科院成立了中科院天文大科学研究中心，同时中国科学院大学成立了科教融合的天文与空间科学学院。本专项的部分骨干成员在大科学中心和天文学院都起了关键作用，尤其是在天文学院中为相关教学、科研支撑和学生培养贡献力量。

3 小结与展望

专项自2014 年立项以来，在暗物质-暗能量基本物理、极端天体物理和星系形成物理方面取得了若干高显示度成果，提升了天文科学前沿研究的国际认知度；形成了优势互补的国内外观测平台，为实现科学突破、培养下一代观测人才作出了贡献。2016 年 FAST 建成，DAMPE 暗物质卫星成功发射，HXMT 也即将于 2017 年发射，这些观测设备为本专项在后两年再上一个台阶提供了新的推动力；同时 LAMOST 和 SDSS-IV 大量巡天数据也为我国天文学家探索宇宙结构演化大展身手提供了国际舞台。

专项虽然目前进展良好，但本专项涉及人员与其他专项相比，人员较多，涉及多个单位，同时吸纳了约 15% 的高校人员，在管理上具有一定的挑战性。专项正在加强专项推介和科普教育，进行少量人员调整，进一步凝聚课题，通过小型、高效讨论会坚强内部合作，力争形成在该领域有重要国际影响的卓越团队。

专家点评

“宇宙结构起源”战略性先导科技专项所涉及到的大多数研究课题被国际同仁都认为是非常有趣的，这些课题同时也是地面和太空前沿设施主要项目的基础。该项目成员已在一些领域作出了一些尖端的贡献，尽管其他另外一些领域的发展在中国才刚刚开始。通过望远镜获取计划（TAP），该项目为提高中国的观测天文到国际水平作出了重大贡献。如果没有机会使用世界上最好的仪器，这些进步将是不可能取得的。项目团队的资深成员也在塑造中国天文学的未来，通过培训年轻的科学家，让他们参与领先的国际合作（理论和观测），使他们有机会与那些推动世界天文学发展的学者接触。

在其未来的计划中，该项目最好能够集中在高质量的国际参与的一些活动上，并适当降低主要影响本地和本国层面上一些项目的支持。

点评专家

西蒙·怀特德国马普天体物理任究所所长，英国皇家学会院士和美国国家科学院外籍院士，曾获宇宙学最大奖 Gruber 奖、英国皇家天文学会金奖和美国天文学会 Helen B.Warner 奖等。提出了现代标准星系形成模型，是利用数值模拟探索宇宙结构起源的先驱和现代标准宇宙学模型奠基人之一。 共发表了近 500 篇学术论文，有逾 8 万次的引用,是世界上他引最高的天文学家之一。

专家点评

宇宙起源是自然科学的基本问题，长期以来，世界天文强国纷纷将该方向定为战略性支持方向，并投入了大量的科研资源。“宇宙结构起源”战略性先导科技专项紧密围绕结构起源这一方向，瞄准当前尚未解决的重大问题，依托国内大科学装置和特色设备，结合国际巡天计划、高精度数值模拟，开展了从银河系、近邻宇宙到深场宇宙多个尺度的前沿研究，探索暗物质、暗能量和重子物质这三大宇宙基本组分的属性及其本质。专项汇聚了国内院校顶尖人才，立项以来取得了多项重要成果，在国际顶级刊物发表了一批高水平文章，在若干方向取得了显著进展。专项还针对国内天文设备的现状，建立和发展了基于国外望远镜的观测网（TAP），在培养使用大型望远镜的观测人才和取得科学方面发挥了重要作用。

点评专家

李惕碚中科院院士，高能天体物理学家，中科院高能物理所研究员、清华大学教授，在高能物理和天体物理两个学科及其交叉领域作出了重要贡献，研究涉及实验观测、数据分析和理论模型研究三方面都有工作经验和重要成果，是硬 X 射线调制望远镜的项目首席科学家，该望远镜将于 2017 年发射。



【138、宇宙探索：未来航天器的能源】


2016年3月11日 BBC 

动力系统是航天器的一个关键机件。它们需要能够在极端环境下运转，并且绝对可靠。然而，随着航天器越来越复杂，电力需求不断增长，电力技术的未来会怎样呢？

最新的手机可以在不充电的情况下勉强撑过一天。然而38年前发射的旅行者号（Voyager）航天探测器，现在仍在从我们的太阳系边缘外给我们发送信息。旅行者号探测器能够高效地每秒处理81,000条指令，但普通智能手机比之快7,000多倍。

当然，你的手机设计为定期充电，不太可能离最近的插座几百万英里远。航天器距离最近的充电站有1亿英里远，为航天器充电是不切实际的。相反，航天器必须能够储存或产生足够的电能，以保证在太空中运转数十年。事实证明，这是相当困难的事情。

虽然航天器上有些系统只是偶尔需要动力，但其他的则需要保持不间断运转。转发器和接收器需要随时处于活动状态，如果是载人航天器或太空站，还需要生命保障和照明。

劳·苏拉姆普第（Rao Surampudi）博士是加州理工学院喷气推进实验室的电力技术项目经理。30多年来他一直在为美国国家航空航天局的各种航天器开发动力系统。

苏拉姆普第表示，航天器的动力系统通常约占航天器重量的30%，可分解成三个不同的子系统：

发电系统

储能系统

电源管理和分配系统

这些系统对于航天器的运转起到至关重要的作用。它们必须重量小、使用寿命长并且能量高，因为它们必须利用相对较小的体积产生大量的能量。它们还必须具备经过证实的可靠性，因为至少可以这样说，将人员送入太空完成维修是不切实际的。

这些系统不仅必须能够提供足够的能量，以满足所有航天器上系统的电源需求，还必须能够在任务的整个期限内满足这样的电源需求，而这个期限可能是数十年，甚至几百年。苏拉姆普第说：“预期的寿命必须较长，因为如果出现问题，你不能去到那里修复它。去木星将需要五至七年，去冥王星将需要十年以上，而离开我们的太阳系将需要20至30年。”

由于航天器在独特的环境下运转，航天器的动力系统还必须能够在零重力和真空条件下运转，并且能够耐受大量的辐射（在这样的环境下，大多数电子设备将无法运行）和极端的温度。苏拉姆普第说：“如果你要登上金星，温度可能高达460°C (860°F)，但如果你要在木星上‘着陆’，温度可能低至-150°C (-238°F)。”

对于将要发射到我们的太阳系中心的航天器，会有丰富的太阳能为其光电太阳能电池板提供能量。航天器的太阳能电池板可能看起来很像传统的家用太阳能电池板，但相比家用太阳能电池板，它们的效率要高得多。

太阳能为航天器搭载的光电太阳能电池板提供能量——因过于靠近太阳，温度持续上升，还会导致太阳能电池板过热。转动太阳能电池板，使其背向太阳，限制其接触强烈的光线，这样做可以缓解这种状况。

随着航天器进入行星轨道，太阳能电池板的效率开始降低；由于日蚀和穿过行星的阴影，它们变得无法生成那么多的能源。这就需要可靠的能源储存系统。

原子系统

这类能量储存系统之一便是镍-氢电池，这种电池可以重复充电超过50,000次，使用寿命超过15年。与不在太空中运行的商用电池不同，这种电池是密封的系统，可以在真空中运行。

离太阳越远，太阳辐射越小，在地球附近为1,374 W/m2，在木星附近减至50 W/m2，而在冥王星附近则只有稀少的1 W/m2。所以，当航天器飞离木星的轨道时，科学家利用原子系统为航天器提供动力。

最常见的类型是放射性同位素热电发电机（或简称RTG），其已被用于旅行者号（Voyager）、卡西尼号（Cassini）和好奇号火星探测车（Curiosity Rover）。这些是固态设备，因为它们没有移动部件。它们利用钚等元素的放射性衰变产生热量，典型使用寿命超过30年。

如果无法使用RTG，例如，如果防护宇航员所需的防辐射装置重量导致无法使用RTG，并且与太阳的距离导致无法利用太阳能电池板，则可以选择燃料电池。

氢氧燃料电池已被用于阿波罗号（Apollo）和双子星号（Gemini）航天任务。虽然氢氧燃料电池不能充电，但它们确实拥有高比能量，并且其唯一的排放物是水蒸气，而这些水蒸气宇航员是可以喝的。

美国国家航空航天局和喷气推进实验室正在研究，让未来电力系统能够利用更少的空间，生成和储存更多的能量，并且使用寿命更长。然而，新航天器需要更多的能源储备，因为它们携带的系统正变得越来越复杂并且需要更多能量。

对于使用电力推进系统（比如离子推进器，这种推进器1998年首次用于深空一号（Deep Space 1），现在广泛用于各种航天器）的航天器，这样的高能源需求尤为迫切。电力推进系统通常借助电发射推进燃料高速运行，但也有些使用电动绳系系统，通过与行星的磁场交互，将航天器向前推进。

地球上的大部分电力系统将无法在太空中运行。因此，任何新的电力系统都要经过严格测试，才可以安装在航天器上。美国国家航空航天局和喷气推进实验室使用他们的实验室模拟恶劣环境，将辐射用于新组件和系统，并让它们经受极端温度，以此试验新技术。

延长使用寿命

未来的航天器燃料可能还要用来为这样的航空站提供电力——目前正在研发斯特林放射性同位素发电机，供未来任务使用。这些发电机基于现有的RTG，虽然它们的工艺可能更为复杂，但相比其他同类热电系统，它们高效得多并且体积小得多。

用于美国国家航空航天局的木卫二（木星的卫星之一）航空计划的新型电池也在研发中。这些电池设计在-80°C (-112°F)至-100°C (-148°F)的温度下运行。先进的锂离子电池目前正在研发中，它们的储能量翻倍。这种能量密度的增加会延长电池的使用寿命，例如，宇航员在月球上逗留的时间可以翻倍。

目前正在研发新太阳能电池，用于光照强度和温度较低的环境下，这意味着太阳能动力航天器将能够进一步离开太阳能实现独立运转。

未来某一天，美国国家航空航天局将会设法在火星上建立永久性载人基地，之后还可能在其他行星上建立永久性载人基地。这些未来发电系统将需要比目前大得多，以便它们可以为时间更长的任务产生足够的能量。

月球上有丰富的氦-3元素，这种元素在地球上属于稀有元素，是核聚变发电的理想燃料来源。但是，核聚变目前不够稳定或不够可靠，不适合为航天器提供动力。此外，典型的核聚变反应堆，如托卡马克装置，通常置于飞机机库大小的建筑中，体积太过庞大，不适合安装在航天器上。

但核反应堆如何呢，尤其对于电动航天器和登陆月球或火星计划的任务？航天器的核电发电机可能成为航空站的动力装置，而不是为航空站携带独立发电系统。

核电推进航天器正被考虑用于时间更长的未来任务。苏拉姆普第说：“小行星捕获任务要求使用较大的太阳能电池板，以提供足够的电推进力，让航天器能够围绕小行星移动。目前我们正在考虑利用太阳能电力推进，但核电推进成本更低。”

不过，核动力航天器还要很多年才能实现。苏拉姆普第称：“技术尚不成熟。我们需要确保发射安全。”必须进行严格的测试，以确认这种动力装置能够承受宇宙飞行的压力。

正在研发的这些新电力系统将能够让航天器运转更长的时间，运行更远的距离，但目前处于早期评估阶段。然而一旦通过实验，这些电力系统将成为人类登陆火星及其他行星的必要组件。



【139、宇宙殖民，我们还需要什么？】


君师燃野

谢菲尔德大学 生物及生物过程工程硕士

昨天，英国物理学家霍金去世，他伟大的著作是《时间简史》，描述了宇宙大爆炸，称时间是有开端的。他就像一个巫师，预言人类的起点和终点。

半年前，霍金在《卫报》说：“对于我来说，最担忧的问题是，现在比人类历史上其它时候都要危险。我们人类必须要共同努力。我们面临糟糕的环境挑战：气候变化、食品生产、人口过剩、物种灭绝、流行病、海洋酸化等。所有这些都在提醒我们，我们正处于人类发展史上最危险的时刻。我们发展的技术摧毁了我们所生活的地球，但我们还没有发展出逃离地球的能力。也许在百年后，我们将可以在其它星球上建立起人类殖民地，但现在我们还只能呆在地球上，因此我们必须要团结一致保护它。”

他警告说，逃离地球是人类唯一的希望，人类呆在地球上的日子已屈指可数。霍金还曾经警告称，因为战争和流行病的威胁，我们的地球正在变成一个危险之地。“我相信，地球上的生命因一场灾难而灭绝的风险正与日俱增，比如一场突如其来的核战争、一种基因工程病毒或其它危险。我认为，如果不能进入太空，人类将没有未来。”

这是从40亿英里外的太空拍摄的地球照片，可见地球只是太阳光束上的一个小点而已。

在科技日新月异的今天，自从阿波罗火箭登月后，人类已经有50多年再也没有走出这蓝色的小点一步，像是一个任性的小孩蜷缩在自己的摇篮里不愿出来。有人说这是因为人类的科技水平还不够，以目前的航天技术进行宇宙航行劳民伤财，不如用这笔钱来我们的摇篮建设的更加舒适一些。

确实，以现在的航空航天科技水平要进行星际水平的大规模航行就连当今的超级大国美国也无法承担，目前的航空航天也无法保证人类能在微重力的情况下长期生存。人类在地理大发现和大航海时代的荣光不是靠着举国之力才能造几艘小船来实现的。如今举全国之力才能送几个人上太空显然是既对宇宙殖民杯水车薪又对国家发展不利。

如果我们当下的人类想逃离当下的地球，走出我们的摇篮，重现人类殖民世界的荣光。就必需回顾我们的过去，从历史中寻找未来的答案。

众所周知，殖民主义兴起的时代的开启并不是因为造船技术的突破而产生的。早在哥伦布的小船出海之前，能进行远洋的船已经发明出很久了，而想要扩展海外贸易的动机也不是从哥伦布的时代开始才有的。人类过去一直尝试着向远洋进发，可是有一个梦魇始终无法摆脱。每当人类开始远洋，开始长时间的在海上生活的人类的牙齿会逐渐的脱落，浑身出现血点，脸色变得苍白无力，最终整船整船的死去。继哥伦布之后，另一个伟大的航海家麦哲伦率领船队环绕了地球一周。只是他们遭遇比哥伦布更悲催，麦哲伦的船队中有三分之二的人是因为坏血病而死亡。

这种情况直到18世纪才出现转机，英国人林特发现了柳橙汁能够治疗和预防坏血病，从而使得英国船员在进行远洋航行的时候再也不会因为坏血病而受到大规模减员，殖民世界的目标才得以实现。今天的人已经知道，坏血病是因为食物中长时间缺乏生命必需维生素C而导致的。可是为什么人类不吃新鲜蔬菜会死，而狮子狼等食肉动物一辈子不吃新鲜蔬菜却屁事没有，既然维生素C对人类的生存这么重要为什么自然选择没有使得人向食肉动物那样保存维生素C的合成能力呢？曾经每种需要维生素C的动物都拥有自身合成维生素C的能力，但是因为我的的灵长类祖先开始吃树叶和水果之后，每天都可以通过食物得到自身生长发育所需的维生素C量的几百倍，所以再保持自身合成维生素C的能力就成为了一种对资源的浪费，于是在演化的过程中，人类的祖先就逐渐丧失了这个对自身有益的能力。

正在吃水果的“近亲”

其实这本质上是由于自然选择充满自身的局限性，这个局限性就是自然本身，自然选择无法预见未来，在陆地上生存并受到陆地环境选择的人类注定了无法适应远洋生存。

而我们今天所遇到的困境也是一样的，人类是地球自然环境选择后的产物，其注定是无法适应在太空中生存的。限制我们宇宙殖民的门槛不在于将人送上太空的技术的缺失，而是让人在太空中生存技术的缺失，用现有的技术在太空中或者外星模拟地球的自然环境来适应人类生存耗资太过巨大从而变得不可负担。所以宇宙殖民科技的发展方向应该是通过理性的对现有科技的运用使得人类不仅仅只是那种在地球生存的“人类”。

今天我们面对的宇宙殖民问题比几百年前的古人们面对的更复杂，所幸的是今天我们拥有的科技也是古人不可想象的。今天这篇文章就是要像大家盘点一下，目前已经存在或马上就要出现的可能解决人类宇宙殖民生存难题的科技。

不知道大家有没有注意过一个现象，每次宇航员在返回地球后都是由其他人抬着出来的。

国际空间站宇航员出舱

根据宇航员前后的数据显示，尽管宇航员在太空中经常进行有氧运动和训练，但是人类的心脏和较细的血管在微重力环境下难以将氧气输送到肌肉中。并且由于缺乏重力，人体会自行判断已经不再需要肌肉，身体为了节约宝贵的能量会将全身的肌肉会慢慢分解。

宇航员在太空中健身，弹力腰带是为了模拟重力对腿部的压力

虽然，返回后的训练使宇航员能如正常人生活，但宇航员的身体素质下降得相当明显，身体指标也只能恢复到了之前的97%左右，原因在于长时间生活在微重力环境中使肺部功能发生了变化。

解决方案：

沉默既有的部分基因

通过分解不必要的肌肉来节省能量确实是一个帮助人类在野外生存的好策略，因为在那种条件中每一焦耳能量都显得生死攸关。可是现代社会中的人类最大的问题是能量过剩导致的肥胖，在宇宙中生存的难题是肌肉流失带来的健康问题。而肌肉的生成，最主要的决定因素是生物体的基因。人类的近亲大猩猩，平时只吃水果和树叶，既不喝蛋白粉，又不办健身房会员就能拥有一身傲人的肌肉而不会像人类吃激素健身产生的各种负面后果就是因为基因不同。

动物园中的大猩猩健硕的体型

然而基因不同真的没法改变吗？现在的基因编辑技术已经使得我们能够精确的操纵一段基因使得正常肌肉含量很少的动物强健。

去年美国的生物黑客就通过自己手头上的基因编辑工具在自己的车库中给自己进行肌肉的基因强化，但随后就因为可能的风险和有效性的问题受到政府科学家的诟病。但相信在不久的将来，更安全可靠的基因编辑技术可以在人类身上应用并帮助到城市中久坐不动的人们和天上的宇航员。

2. 增加既有基因的表达

在我们上文已经提到，在太空中人类的心脏和较细的血管在微重力环境下难以将氧气输送到肌肉中，如何增强人类的心血管能力就成为了重中之重。

最近在一项对于心肌梗塞研究的过程中科学家成功识别了基因CDK1/CCNB和CDK4/CCND的组合，是可以最大效率地促使人类诱导多能干细胞源性心肌细胞的分裂增殖，增值比率高达20%！

四种基因（CDK1:CCNB和CDK4:CCND）使心肌细胞分裂增殖并改善心梗后心肌功能

研究员高兴的发现，向四个月小鼠心肌梗死后的心肌里注射腺病毒编码的这4个基因组合，会诱导超过15%的心肌细胞增殖。同时还能提高小鼠的心肌功能。病毒通常会将自己体内有害的基因注射到病人细胞中毒害细胞，但是在这个实验中科学家通过改造病毒，让病毒把有益于人类的基因注射到心脏中，增加了心脏中的干细胞。

3. 向人类身体引入其它拥有‘超能力’生物的基因

要知道即使是在地球上，自然也会经常露出它残酷的一面，在许多地方就像是外星一样存在强辐射、缺氧、寒冷等等极端环境，可是在那些地方仍然存在着能欣欣向荣的生命，如果我们能够向大自然学习如何在这些环境中生存下来，并将学习成果应用到宇航员身上，也许我们就能抛弃沉重又昂贵的外壳在太空、在外星自由自在的生存。

在宇宙中由于没有大气层的保护，充满了致命的宇宙射线，辐射能够作用于DNA，引起DNA损伤。这种损伤通过突变可能修改遗传密码，改变DNA功能，并传给下一代，宇航员必需躲在厚重又狭小的空间中，出舱也要穿上厚重的宇航服。但是地球上不是每一种生物都是不耐辐射的，地球上有些环境存在这强烈的辐射，而在这种环境中也存在着其中的佼佼者。其中水熊虫就是典型。

2011年，在奋进号航天飞机的收官任务中，水熊虫被带上了国际空间站，在飞船外的微重力、强辐射的环境下水熊虫依然活下来了。

在火星大气中二氧化碳的含量大约在95%，人类如果去到了火星殖民，每一次户外活动就必定要准备充足的氧气供应。动物生存需要充足的氧气，一般的哺乳动物比如说人类在血液中供氧停止的情况，60秒后大脑就会遭到不可逆的损伤。而生活在地下并群居的裸鼹鼠经常会遭遇到氧气不足的状况，可是它们能够在没有氧气的情况下产生新陈代谢的果糖而不是更常见的葡萄糖，并借此存活长达18分钟时间，而且不会留下任何不良后果。它们几乎永远都不会患癌症。有研究显示裸鼹鼠在成年后终身不会衰老，只会因为意外死亡。在自然环境中裸鼹鼠的平均寿命是17年，在实验室的环境中可以活到到30岁，相当于一般小鼠寿命的十倍还多。

说到恒星际殖民基于现在的宇航速度我们如果要去到离太阳系最近的恒星比邻星，恐怕要一千年才能到达，这对于寿命极限只有120岁而且终生会不断衰老的人类是几乎不可以接受的。可是如果人类没有寿命极限且不会衰老那么即使我们只有目前的宇航速度，进行恒星际旅行会不会变得不是那么不可接受了？虽然我们目前还并不清楚是那些基因使得了这些生物具有这些超能力，这些奇妙的生物已经引起了科学家的关注，随着基因测序技术变得越来越廉价快速和精准，我们可以相信就在不远的将来我们就可以很快的知道这些基因的真面目了，并引入将它们通过安全的手段引入人类身体，从而帮助人类进行星际扩展殖民。



【140、宇宙殖民有多難？】


文 / 一流人  2017-06-26

奧古斯丁報告在慣例清單之後，提到了一個更龐大的終極目標。它以一種更偉大的信念來提及這項目標，因此有了更大的可信度：「委員會裡有很強的共識：人類探索太空時，也應該將我們的文明推向終極目標，那就是定出人類從地球擴張至太陽系的路徑。想要知道人類如何、何時才能學會在其他行星生活，目前還言之過早，但我們應該以它作為長期發展方針。」

想在地球之外成功設置殖民地，第一個關鍵是尋找可以居住的目的地。數十年來成果豐碩的無人機行星探索，提供了我們篩選目的地所需的大部分資料。除了求知欲以外別無目標的眾多科學家，他們的好奇心集結起來使知識得以累積增長。但是，如果我們決定把人類送出地球生活，那種純粹的科學將會變得極度重要；事實上，這類科學對於在外太空生存來講，是基本而必要的先備知識。

前往月球、火星和小行星的載人太空探索已經夠難了。計畫者像策畫露營旅遊那樣設計那些任務，籌備著塞得滿滿的工具和補給品包裹，以便在一段孤立的時間內生存之用。而且，這些物資一旦離開地球軌道，就無法更新與補充。事實上，這種飛行任務（sortie），在設計時是有考量回程需求的。殖民者會朝太空前進，沿途建立可以自行打造開墾工具的社區。

為了讓人類擁有一個新的家園，殖民者得要切斷與母星─地球─之間的臍帶。他們會需要一個新的、獨立的生態系統，那裡得像地球一樣，提供居住地、能源和資源，而且適合生命存續。對一個有潛力的外太空殖民地來說，如何滿足這一些綜合特質，是一個非常有挑戰性的難題。

當我們選了地球之外的選擇

而說到居住地，新行星的環境必須要在科技干涉盡可能降到最低的情況下讓人生存，這是一個很基本的問題。只要離開地球，不管住在哪裡，人們都會需要密封的庇護所，某些環境會比其他環境來得安全且容易經營。

可生存程度的一個極端是外太空。不設防的太空完全不適合人類生存，既需要能夠適應極端溫度的加壓生活區，也需要嚴密阻擋放射線並配有人工重力。沒有大氣層的行星雖然可以提供重力和紮實的地表來蓋建築物，但放射線的危害仍在，而如果庇護屏障因為意外或微型隕石撞擊而出現裂痕，也還是有可能突然失去可供呼吸的空氣。如果行星有大氣層而且夠厚的話，就可以提供抵擋放射線和天外隕石的保護層，但溫度與大氣毒性的挑戰則依然存在。

相對地，地球的熱帶和溫帶是人類現階段所能擁有的天堂，就算沒有當代科技也能住在裡頭。至少，如果沒有氣候變遷、核戰、污染、居住地毀滅或大規模滅絕而使地球成為死寂行星的話，人們就可以在地球的熱帶和溫帶活下來。極端溫度、放射能污染、有毒空氣和無法產出食物的衰竭生物圈，這一切加起來所導致的那種，地球的黑暗未來，其中的挑戰就類似我們在太空殖民地將會遭遇的難關。

接下來是能量問題。在這個世界上，能量是我們維繫生命、產生力量的基本要素。在地球上，我們基本上是從植物的光合作用來接收能源：植物和藻類從太陽捕捉光子，並以化學方式儲存能量——例如以食物和生質燃料——並在過去的歲月中，生產了我們今日燃燒的石化燃料。

單憑植物行光合作用無法產生推動太空殖民地所需的能量，因為這樣太缺乏效率，所需的土地和日光都太多。關於這一點，本書會在後面的章節繼續提及。

但是，就算太空殖民者並不依靠一般光合作用生產能量，他們的成功還是會如同我們一樣，要仰賴從當地現產材料收成的豐富能量。從地球帶去的核能燃料或太陽能板，只能作為殖民的階段性跳板。想在外太空建立自給自足的社區，終究還是需要在當地打造推動這項工作的裝備，來替換前述的跳板能量來源。新行星上的一小群人口沒辦法馬上複製地球成熟製造業所生產的產品；只有簡單的科技最有希望：風、潮汐、地熱，或者釋放能量的化學反應（在地球上，燃燒燃料也是一種化學反應）。

資源是生命延續的基本要素。殖民者會需要水和養分供應植物、人類和動物生存所需，也需要用來打造庇護所和工具裡的建材，以及可供呼吸的氣體。初期補給可以從地球帶來，但永續的殖民地最終還是得自給自足。殖民者可以離開駐點，去尋找某些只需少量的元素─舉例來說，電子零件或營養品所需的金屬，例如鐵、銅和鋅，都可以從金屬地質的小行星採收。有了充足的能源，殖民者可以用化學方法將某些當地資源轉為所需物質，製造水、氧氣和塑膠。但如果沒有可供處理的適當原料，人類在殖民地就活不下去。

若回顧我們對太陽系「內行星」（inner planets，包括水星、金星、火星）的了解，那麼在一份針對人類宜居程度的綜合調查中，我們其實不該指望能幫太多空格打上勾勾，這不是因為我們對這些行星缺少觀察的緣故。

宇宙殖民有多難？

本文節錄自：《地球之後：我們把地球破壞殆盡後，讓另一個星球為此付出代價？》一書，查爾斯·渥佛斯（Charles Wohlforth）、亞曼達·R·亨德里克斯（Amanda R. Hendrix）著，唐澄暐譯，光現出版。



【141、宇宙中的几种“宜居带”，它不仅仅是由空间创造的还有时间】


2018-09-12 宇宙小百科 

“可居住地带”是有可能找到外星生命的地方。

对于寻找外星生命的科学家来说，1976年这一年很不美妙。美国宇航局的“海盗一号”

飞船登陆火星后，用它的机械臂挖取了一块拳头般大小的火星红土样本，然后在飞船内置的实验室里进行分析，希望能找到生命的痕迹。然而，结果令人沮丧：其中没有任何生物活动的迹象。与此同时，“海盗一号”发回地球的火星图像也显示，火星表面是一个苍凉、冷冻的沙漠世界。在当时，火星是人们觉得最有希望发现外星生命(或称地外生命)的地方，但这个希望就像火星风暴中的尘埃一样被吹得烟消云散。

然而，短短几十年后的今天，情况大不相同了。几十年前，火星被认为是地球以外唯一有那么一点点可能性找到生命的地方，而今天，随着在地球的各种“不可能存在生命的地方”发现生命，科学家对宇宙生命的概念已经发生了天翻地覆的变化。现在，科学家开始考虑不是去某个地方、而是去被称之为“可居住地带”的地方寻找外星生命。什么是“可居住地带”？简单地说，就是支持生命存在的其他行星及卫星，而这样的行星及卫星不仅存在于太阳系中，也遍布银河系，充满整个宇宙，甚至占据宇宙之外。

寻找外星生命的进展十分惊人。10年前，对于土星的卫星之一(土卫二)

研究表明，在这颗卫星崎岖不平的表面下很可能存在着一个巨大的温暖水库，而之前没有任何科学家认为这颗直径大约为480千米的冰质卫星有什么不同寻常之处，直到美国宇航局的“卡西尼号”飞船目睹了土卫二表面奇异的水蒸气喷泉(也叫冰火山)。如今，土卫二和木星的卫星欧罗巴(木卫二)一道进入了太阳系中有可能存在液态水的天体名单，而这个名单一直都在加长。从理论上说，有水就可能有生命。

科学家们也在密切关注环绕其他恒星的类地(类似地球的)行星。自20世纪90年代中期以来，科学家已认证了差不多340颗太阳系以外的行星，其中大多数是超大质量的气态巨无霸，不过最近的搜索正在发现太阳系以外越来越小的行星世界。曾经欧洲空间局的“科洛特号”卫星发现了一颗太阳系以外的行星，其直径不到地球的两倍。美国宇航局的“开普勒号”探测器也寄予科学家厚望，至少在它退休前能发现更多的宜居带星球，

与此同时，最近的一系列发现显示，微生物比我们想象的要坚韧得多。也就是说，就算是在那些跟地球不太相似的行星或卫星上面也有可能存在生命。

上述发现表明，火星只是我们寻找外星生命的第一步，绝非最后一步。宇宙中的可居住地带看起来十分广大，也应该充满生命。

太阳系可居住地带

基于对地球极端生物的新认识，科学家对太阳系可居住地带的理解已大大拓宽了。

在寻找跟我们已知的生命(地球生命)类似的外星生命方面有一个教条，就是生命需要水在这个“法则”的引导下，长期以来，科学家只考虑那些跟地球相似的星球——气候温和、表面有液态水的岩石行星。科学家指出：如果按照怡人的气候来定义可居住地带，那就只有环绕太阳的一个相当狭窄的区域。只要你把地球再朝着太阳移近百分之几，或者把地球放到离太阳再远最多30％的地方，地球上的气候就会变得非常糟糕(前一种情况下变得很热，后一种情况下变得很冷)。就此而言，太阳系中除地球外不可能再找到生命。而在其他星系，就算拥有类似太阳系这样的恒星－行星系统，能像地球这样恰好处在“正确位置”(因而能够支撑生命存在)的行星恐怕少之又少。这样一来，发现外星生命的希望自然就十分渺茫了。

假如真是这样，可居住地带这个原本让人充满期待的故事就会让人失望地戛然而止了然而，事实并非如此。生物学家近来对地球生命本身有了一系列大大出乎预料的惊人发现：他们在地球上发现了新的生命形式，这是一些无需依赖地表食物、地表氧气和地表阳光的细菌菌株，被科学家称作“极端生物”。

极端生物所处的环境条件非常恶劣，直到50年前，生物学家还根本无法想象在这样的环境中竟然能存在生命。例如，在洋面下1600多米的大洋底，在黑暗、超热的地热喷泉口周同，居然聚集、活跃着巨型管虫、蟹和虾。这些喷口被称为黑烟囱，因为喷出的烟柱中有大量暗色的硫化氢。而这些虫、蟹、虾正是依赖黑烟囱喷出的化合物生存，这个牛态系统完全无需光合作用。

然而，这些海底极端生物还不是最令生物学家们激动的，因为它们仍然依赖氧，只不过这些氧是由阳光间接制造的。对生物学家来说，在地底下繁荣兴旺的细菌要惊人得多，其中有一种生活在位于地面下8000米的南非金矿的细菌。它们获取能量的方式实在令人难以想象——它们竟然由岩石中不稳定原子的放射性衰变提供能量，阳光和地表水在其中不起任何作用。

既然地球上的极端生物能够不依赖太阳能生存，这就意味着外星生命或许也一样能在外星表面很深的地下繁衍生息，一样无需表面水和阳光。换句话说，可居住的行星(或更广义地说——天体)也许无须像地球一样。正是基于这样的新认识，科学家对可居住地带范围的理解大大拓宽了。

一个令人愉快的巧合是，在发现地球极端生物的同时，新研究又显示太阳系中或许有许多以前并未预料到的温暖湿润之地。20世纪90年代，美国宇航局的“伽利略号”

空间探测器搜集到的令人信服的证据表明，木卫二(欧罗巴)在其冰封的表面下可能存在一个全球范围的、由液态水构成的汪洋大海。而最近才在土卫二(恩克拉多斯)上发现的冰火山则是第二个转折点。

欧罗巴的地下海洋和恩克拉多斯的冰火山促使行星科学家们开始思考：太阳系里是否散布着更多这样的热点地区——那里缺乏阳光，而且远离自身所在天体的表面，但却拥有无需依赖这两个条件的生命存在？

银河系可居住地带

当天体生物学家把目光投向银河系时，他们对可居住地带的理解变得更加宽泛。

当天体生物学家把目光投向地球所在的银河系时，他们刘可居住地带的理解变得更加宽泛银河系中可能包含着多达2000亿颗恒星，根据已知拥有行星的恒星数量来估算，银河系中包含的行星数量远不止几十亿颗。银河系中迄今最常见的恒星是红矮星

(表面温度低、颜色偏红的恒星，它们在恒星中的数量较多)，科学家曾经以为在其周围不大可能存在类地行星，但新研究打破了这一成见。而对地球极端生物的研究则告诉我们，哪怕在非类地行星上也一样可能存在生命。因此，就算在浩大银河系中真的罕见像地球这样的行星，也不能排除银河系中存在大量“生命之星”的可能性。

所有这些都是好消息。不过，事情并非这么简单，因为并非所有星系的每个地方都适合居住。科学家指出，对外星生命来说，水的存在不是最重要的，最重要的是与暴烈而又大质量恒星的距离。

在银河系中心附近，辐射最强烈，而到银 河系边缘，辐射降到几乎为零。即便如此，银河系中仍可能包含着数十亿颗可居住的行星。银河系中那些最亮、最热、最重的恒星，对行星和生命来说都意义重大。这些恒星是宇宙中关键性重元素(如硅、钾、铁)的唯一来源。要知道，地壳组成中超过1/4是硅，钾对于细胞活动作用很大，铁则在我们的血液中运送氧，而这些重元素都是在恒星的烈焰核炉中锻造出来的——当大质量恒星以超新星爆发的形式寿终正寝时，它们将重元素抛进太空，这些重元素被下一代恒星吸纳，并有助于行星的形成。

在思考星系可居住地带的标准时，科学家把重元素是否丰富作为主要条件，而重元素的数量随着远离星系中心而急遽下降。据计算，当太阳在大约40亿年前形成时，从银河系中心到边缘的外1/3区域都缺乏足够的重元素来支撑生命；之后，重元素分布逐渐变得均衡；到今天，只有银河系的边缘部分“严重营养不良”，因而不容易形成像地球这样的行星。地球处在从银河系中心到边缘大约2/3的位置上，也即位于银河系中可居住地带的中心。

如果再往银河系中心走，对生命同样不利。超新星爆发在制造重元素并将它们抛进太空的同时，还会释放大量的高能辐射——伽玛射线、x射线和紫外线，哪怕对于距离母恒星远达几十亿光年的行星来说，这样的辐射电具有致命效应。拥挤的星系中心区域是大量大质量恒星的家园，超新星爆发在那里自然很常见，因此复杂生命的形成就算不是不可能，也是相当不容易的。那么，超新星爆发的负面影响究竟有多严重？据计算，辐射毒害会把从银河系中心到边缘的内20％区域完全排除在可居住地带之外，而在这一小片区域内集中了银河系中全部恒星的一半之多。

可居住地带距离银河系中心既不能太近也不能太远，如此看来，可居住地带相对来说面积不大。好在银河系足够大，因此可居住地带的面积还是很大的。

在可居住地带之外，是否就完全没有可居住的地方了呢？这还不能断然下结论，关键要看生命对高剂量辐射的抵御能力。关于这一点，地球上的化石记录或许能提供一些信息。有研究显示，每隔6200万年，地球上的生物多样性就会受到影响。也就是说，地球生物多样性的下降(有时候表现为物种大灭绝)具有周期性。

有科学家将地球生物多样性的改变与太阳及太阳系行星在银河系中的运行情况联系起来，指出：随着太阳环绕银河系运行，它同时也在银盘(银河系总体呈圆盘状，故称银盘)上下跳动，一会儿升到银盘上方，一会儿又沉到银盘下方。随着银河系在星系际物质中穿行，在银河系前方生成一种强力震波，能产生高能亚原子粒子，被称为“宇宙射线”。

宇宙射线会撕裂生物分子，对DNA造成无法修复的损坏。正常情况下，银河系的磁场能保护我们免受宇宙辐射侵害，但每隔6200万年，太阳就会跳到银盘上方，在银盘北侧露出头来，从而进入危险地带，此时地球就会遭到很大剂量的宇宙射线轰击，这可能就是造成物种大灭绝的根本原因(银河系的北侧指向室女座星系团，这个巨大星系团中包含了大量的星系。我们的银河系，当然也包括我们的地球和我们自己，正以大约每秒190千米的速度坠向室女座星系团)。

无论什么恒星，在其所在的星系中运行时，都会出现类似的跳动，而靠近星系中心的恒星的跳动更加频繁，这就意味着靠近星系中心的区域确有可能不支持复杂生命形式的存在。但是，从另一方面来看，宇宙辐射是一把双刃剑，“合适”数量的辐射本身其实也是生命必不可少的一部分，因为辐射有助于促进变异，而物种大灭绝则为进化性改变开辟了道路。那么，究竟多少辐射才是“合适”的呢？辐射量大就一定意味着不可能有复杂的生命形式(不一定是我们熟悉的生命形式)存在吗？这类问题目前仍无答案。

暂时可居住地带

科学家有关物种大灭绝的假设暗示，可居住地带不仅由空间决定，也由时间决定。

科学家有关物种大灭绝的假设暗示，可居住地带不仅需要由空间来度量，而且需要由时间来决定。说到这一点，超新星爆发的确起着重要作用。

当宇宙在大爆炸中产生时，它几乎全由氢和氦组成。我们知道，光靠氢、氦这两利一元素是不可能形成行星、更不可能形成人的，而碳、氧、铁之类的“生命元素”则必须等到恒星(特别是大质量恒星)形成并通过核聚变的形式来产生。这些经过“加工”产生的元素在恒星风或超新星爆发中逃逸，然后被新一代恒星吸纳。因此，整个宇宙在其137亿年历史的最初几十亿年里，或许一直是不可居住地带。

当宇宙充满重原子之后，局势发生了扭转，但恒星注定最终要死亡的本质又为可居住地带施加了限制。我们的太阳是一颗中等质量的恒星，现在大约是50亿岁，预期寿命是100亿岁。在下一个50亿年里，太阳将肿胀成为一颗红巨星，将吞噬地球或将地表烤焦。甚至更快，也许短短10亿年之后，逐渐增加亮度的太阳就会让地球变得根本不适合生命居住。而比太阳更明亮、质量更大的恒星，其消耗自身核能的速度更快，或许还等不到复杂生命演化出来就燃尽了自己。

幸运的是，最新研究认为红矮星也有可能支持类地行星的存在，那么暂时性可居住地带的范围就大大拓展了。在红矮星中，最黯淡、燃烧自身核能最慢者或许能存在10兆年，也就是比太阳长命1000倍。现有研究结果暗示，在这些红矮星也死亡后，宇宙可能会继续扩张。假如真是这样，我们所知的充满恒星、或许还充满生命的宇宙，将只是宇宙的一瞬而已，其余时候的宇宙都是无尽的寒冷、黑暗和虚无。

如此预测真让人失望，但不要担心：最新物理学理论指向了另一种可居住地带，将允许生命在最后一颗恒星死亡后能继续存在下去很长时间。

多重可居住地带

最大的可居住地带或许不是我们所在的宇宙，而是包含有多个宇宙的“大宇宙”。

最近以来，在一些科学家眼中，最大的可居住地带已不再是我们所在的宇宙，而是假想中的包含有多个宇宙的“大宇宙”，宇宙学家称之为“多重宁宙”。在我们所在的宇宙消亡、变黑之后，或许另一个(甚至其他许多个)宇宙将继续高举生命的大旗。

多重宇宙理论认为，我们的宇宙——我们所观察到的一切，包括塑造这一切的物理学法则——只不过是无数个宇宙中的一个而已。这种理论看起来简直就是科幻，但绝非空穴来风，而是宇宙学家基于一种被称为“膨胀”的理论而构建的模型。膨胀宇宙学目前是研究早期宇宙的主导模型，它指出：整个可观察的宇宙开始时只是一个小点，而这个小点则是一个大得多(或许无限大)的实体中的一个点，这个大实体是在大爆炸中产生的。在宇宙形成后10～30秒钟之内，这个小点以超超高速(注意：不是超高速)扩张(这就是“膨胀”在宇宙学中的含义)，最终变成我们今天所看到的一切。尽管上述模式听起来非常怪异，实际上却有一些观测证据来间接支持。这些证据解释起来太 复杂，这里就不说了。

宇宙学家进一步指出，膨胀也可能发生在其他地方和其他时候，大爆炸会产生无数个小点，因此也就会膨胀出无数个口袋状的宇宙。物理学家将这种多重实体(多重宇宙)的存在称为“永恒膨胀”。假如这种理论为真，那么就不仅存在无数个宇宙，而且其中每个宇宙都有自己独特的物理学法则。在这些宇宙中会不会形成生命呢？如果会，又会是什么样的生命呢？还有待进一步研究。

还有科学家提出了另一种同样充满科幻色彩、颇富争议性的理论。20世纪90年代早期，有人提出了一种迥异于膨胀宇宙学中的口袋宇宙模型的多重宇宙模型，该模型聚焦于黑洞扭曲时间和空间的方式。这种理论是建立在这样一个概念之上的：当大质量恒星坍缩成黑洞时，会产生一个新的宇宙。假如这种模型最终被证明为真，那么我们就不是生活在一个宇宙中，而是生活在一整套多重宇宙中，其中可能有多得数不清的宇宙都支持生命的存在，可居住地带的数量自然也就无穷无尽了。事实上，现在已有间接证据表明在我们的宇宙中的确存在大量黑洞。

不过，无论如何，要想找到外星生命尚待时日。

原文網址：https://kknews.cc/science/jbvb24p.html



【142、宇宙中是否存在其他碳基生物？】


2015-04-14 由 三体网 發表

人类作为一种碳基生命，因此有碳分子的星球就成了科学家关注的地方。近日科学家在距离地球455光年外发现含有大量含碳物质的环境，位于恒星MWC 480附近，科学家探测到的化学物质是乙腈。根据计算，这颗恒星周围的乙腈含量非常庞大，足以填满地球上的海洋，因此科学家相信恒星MWC 480周围可能存在符合生命存在的条件。从目前的探测情况来看，恒星MWC 480被认为拥有生命诞生的基石，我们有理由对该恒星未来的演化充满了期待，或者这里也可能演化出碳基生命。

恒星MWC 480的年龄仅为数百万年，周围已经出现了有机分子气体和尘埃物质，因此未来恒星MWC 480有望形成新的行星。这个发现证明太阳系之外有许多可能诞生生命的地方，宇宙中许多恒星都拥有潜在的生命诞生条件，一旦时机成熟，就有可能出现生命。

科学家认为发现碳基分子的宇宙空间可类比于我们太阳系的柯伊伯带，这里也拥有冰冷的天体和有机分子，还有大量的彗星，因此冰物质也不缺乏，为生命进化提供了途径。

本次观测中科学家使用了位于智利阿塔卡玛沙漠的大型射电望远镜，其高灵敏度的天线可对遥远宇宙空间分子进行分析，恒星MWC 480周围的碳基分子不仅储量庞大，而且还可参与行星等天体的演化。

来自哈佛大学史密森天体物理中心的科学家奥伯格博士认为，太阳系在形成时拥有丰富的冰水物质以及复杂的有机化合物，我们可以根据这个特点去寻找类似的恒星系统。

有证据显示，这种化学物质在宇宙中也存在于其他天体系统中，但考虑到各个行星的环境不同，因此恒星MWC 480如果能够演化出生命，那么也可能与地球生命不同。科学家还发现有机分子可能被锁定在彗星或者冰冷的天体中，直到它们找到合适的行星环境，否则的话它们也无法形成生命。



【143、原初物质竟是完美液体：科学家用强子对撞机烹出创世物质汤】


煎蛋网 2021.06.08

科学家们把粒子加速至99.9999991%的光速，然后让它们彼此冲撞，创造了大爆炸后出现的第一批物质。

残骸中出现的原始物质，被称为夸克-胶子等离子体，或QGP。它仅持续了几分之一秒，但科学家们第一次能够探测到等离子体的液体特征，发现它比任何其他已知物质的流动阻力都小，并确定它在早期宇宙的最初时刻是如何演变的。

共同作者、丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的副教授You Zhou说："这项[研究]向我们展示了QGP的演变，并最终[可能]表明早期宇宙在大爆炸后的第一个微秒内是如何演变的。

大爆炸之后，宇宙被认为是一锅能量汤，然后在被称为暴涨的时期迅速膨胀，这使得宇宙冷却到足以形成物质。

最早出现的实体被认为是夸克，以及胶子。后者携带着将夸克粘在一起的强力。

随着宇宙的进一步冷却，这些粒子形成了被称为强子的亚原子粒子，其中一些就是我们熟识的质子和中子。

科学家们在世界最大的原子粉碎机——位于瑞士日内瓦边境的大型强子对撞机(LHC)——上重新烹出了创世物质汤。

砸碎重原子核，科学家们可以创造出微小的火种，将粒子融化成原始形式。

科学家们大约在2000年首次制造出QGP，但是2021年5月11日在《物理学通讯B》在线报告里的最新QGP，是他们第一次详细探测其液体特征的机会。

由于等离子体只持续了10的负23次方秒，科学家们使用新的模型以及从名为ALICE——大型离子对撞机实验的简称——的仪器中收集的数据来弄清古老物质的特性，包括它在形成瞬间和凝结成强子时可能发生的变化。

他们发现QGP是一种完美的液体——这意味着它几乎没有粘度或流动阻力——而且还以不同于其他物质的方式随时间改变形状。

这些信息有助于科学家了解宇宙在大爆炸后最初阶段的样子。科学家们希望随着加速器的升级和美国最新的价值数十亿美元的加速器上线，发现更多的细节。

更多的研究可以帮助科学家了解夸克和胶子是如何排列成质子和中子的，并且 "有可能与大爆炸模型中的早期阶段的量子膨胀相联系"，Zhou说。

https://www.sciencealert.com/our-universe-s-earliest-state-of-matter-was-like-an-ocean-of-perfect-liquid



【144、月球、空间站与火星：详解中国太空雄心】


STEVEN LEE MYERS，2021年5月17日

今年7月，在中国文昌观看搭载“天问一号”火星车的火箭发射。

中国现在已经实现了一件只有美国和（很短时间内的）苏联做过的事情：成功登陆火星。

据官方媒体报道，自今年2月进入环火轨道以来，名为“天问一号”的中国航天器在周六发射了一个着陆器，它艰难地降落到了火星表面。除了这个载有火星车的着陆器，还有三个NASA的航天器已经在对火星进行探测。

中国的火星探测任务似乎不像NASA最近一次任务那么吸引人，因为它本质上是在重复美国人数十年前完成的壮举，但正如中国最高领导人习近平上月所说，它代表了建设“航天强国”雄心的又一个里程碑。

未来将有更多潜在的阶段性成果。以下是关于这些潜在成果的介绍。

月球

3月，中国探测器采集的月球样本在北京的中国国家博物馆展出。 

2019年1月，中国成为第一个在月球背面——月球永远背对地球的一面——降落探测器的国家。这是2013年以来，中国第二次成功登月。

那年，它在月球表面上发送了一个月球车，至今仍在运行，其持续时间远远超过了预期中的三个月。根据中国国家电视台的报道，从4月下旬开始，它已经在月球南极附近的冯·卡门环形山漫游了近半英里。

去年12月，中国又向月球发射了一艘航天器。它在一个叫做吕姆克山的火山附近收集了约两公斤的岩石和土壤，并将其带回地球——这是继1976年苏联月球24号探测器后收集到的第一批月球样本。其中一些样本已经声势浩大地在北京公开展出。

中国以其神话中的月亮女神嫦娥命名月球探测器。根据中国国家航天局的声明，中国计划2027年之前还将发射三枚探测器，其中包括漫游车、飞行探测器，甚至拟在太空进行3D打印实验。这些任务的目的是为建设月球基地以及在2030年代的宇航员（中国人称之为“太空人”）的探访活动打下基础。到目前为止，只有美国的阿波罗计划实现了载人登月。

今年3月，俄罗斯国家航天集团(Roscosmos)表示，它将与中国合作建造月球研究站，但两国尚未提供相关细节。

与之竞争的空间站

2010年珠海展览会上，中国首个空间站的模型。

中国于4月发射了其最新的轨道空间站的主模块，这件事因负面原因引起了国际社会的广泛关注。在进入轨道后，火箭的主要助推器在所谓“失控重返”的情况下危险地坠回地球。5月，火箭残骸落入印度洋，差一点击中马尔代夫，引发了人们对其最重的火箭长征5B发射方式的批评。

无论如何，还会有更多类似的发射。此次发射是在2022年底之前建立中国第三个、也是最具雄心的空间站所需要的11次发射任务中的第一个。另外两枚长征5B火箭将搭载其他模块，以及由其他火箭将发射更小的部件。通过四次太空任务，将在四年多后将中国宇航员再次送上太空，其中一次计划在今年6月发射。

中国之前的两个空间站都是临时原型机，但是第三个空间站计划运行十年或更久。中国领导人习近平将其与毛泽东时代的“两弹一星”相提并论，两弹一星指的是中国的核武与太空竞赛——研制核武器并将其安装在洲际弹道导弹上，以及将人造卫星送入轨道。就像中国在太空方面取得的所有成就一样，它被吹捧为共产党执政能力的证据。

由美国、俄罗斯和其他国家联合开发的国际空间站(International Space Station)将在2024年达到预定的使用寿命。尚不清楚它在那之后的命运。美国宇航局提议，继续运行该空间站数年时间。俄罗斯宣布计划在2025年退出。

如果该空间站退出使用，那么在一段时间内，中国将在太空中一家独大。

该空间站和前两个一样，也叫“天宫”，它能容纳三名宇航员执行长期任务，以及多达六名宇航员进行短期任务。中国挑选出一个由18名宇航员组成的团队，其中几位是平民（只有一名女性）。首批三名宇航员计划在太空停留三个月，这将超过2016年中国宇航员创造的33天的记录。

中国载人航天工程办公室主任郝淳告诉中国官方媒体，其他国家的宇航员将被允许访问“天宫”，无论是乘坐中国的航天器还是他们自己的航天器，不过他们需要 “符合中国标准”的对接机制，这些标准与国际空间站不同。他说，为做准备，一些外国宇航员已经开始学习中文。

中国的火星任务以一首经典诗歌命名为“天问”，试图一次完成美国宇航局多年来完成的三项壮举。它到达了环绕行星的轨道，现在已经安全地将登陆器放到火星表面。下一步是释放火星车，预计将在未来几天完成。

1971年，苏联成为第一个让登陆器在火星着陆的国家，但在几秒钟后，登陆器就停止了通讯，可能是由于沙暴。它只传送了一幅不完整或无法辨认的图像。从那以后，几个国家进行的其他一些登陆火星表面的尝试，都以失败告终。

在周六之前，只有美国成功登陆火星——总共八次，最近的一次是2月的“毅力”(Perseverance)号火星车。（2011年，中国曾试图向火星发射轨道飞行器，但搭载它的俄罗斯火箭未能脱离轨道，最终两者双双坠落地球。）

中国的“天问”轨道飞行器一直在勘测火星和着陆地点乌托邦平原(Utopia Planitia)，这是一个位于火星北半球的大盆地，美国宇航局的“维京2号”(Viking 2)曾于1976年在这里着陆。

中国的“祝融号”（以火神的名字命名）火星车将进行一系列实验，研究火星的地形、地质和大气。其中一个目标是更好地了解该地区冰的分布情况，这在理论上有助于给未来人类的访问提供支持。

中国表示，计划在2028年之前向火星发射第二个登陆器，并最终从火星带回样本。这是NASA和欧洲航天局已在进行的一项复杂的工作，他们希望“毅力”号收集的土壤和岩石能在2031年被带回地球。中国的任务可能会在这10年内完成，从而形成一场潜在的竞赛。

除了未来载人火星任务的可能性外，中国还计划进行一次为期10年的任务，从一颗小行星上收集样本并经过一颗彗星。它还提出发射飞往金星和木星的轨道飞行器，并计划于2024年发射一个轨道望远镜，类似1990年首次发射的哈勃望远镜(Hubble)。



【145、在距地60亿公里处，旅行者一号拍了一张照片，见到的人沉默了】


2021-02-08 趣事

虽然前苏联是世界上最早尝试探索太空的国家，但是美国却是第一个成功探索太阳系八大行星的国家。从上世纪六十年代末开始，美国就执行阿波罗探月计划，并有美国宇航员首次登陆月球。1972年，美国宇航局发射星际探测器“先驱者10号”，第二年先驱者11号也发射升空，它们是人类历史上最早的两架星际探测器，携带着与地球相关的信息向远处飞去。

在先驱者11号发射五年后，美国宇航局又发射了旅行者一号和旅行者二号，这两架探测器的定位同样是星际探测器，它们先执行探测地球之后各大行星的任务，最终执行探索星际空间的任务。到了2006年，新一代星际探测器“新地平线号”也发射升空了，目前宇宙中有5架人类的星际探测器，其中人们对旅行者一号的印象最为深刻。

因为旅行者一号不仅在远离地球的过程中拍摄了许多其他星球的图片，还在遥远的空间拍了一张特别的图片，这张图片让许多科学家陷入了深思。那么旅行者一号拍了什么图片？它现在是否已经飞出太阳系了呢？

你真的了解旅行者一号吗？

对于旅行者一号，很多人只是知道宇宙中存在这么一架人造探测器，但对它的了解并不多。根据美国宇航局官方发布的计划显示，旅行者一号重达815公斤，是一艘以探测太阳系外空间为最终目的的星际探测器。它在1977年9月5日正式发射升空，由于碰到千载难逢的好机会，借用木星和土星的引力获得近距离探测这两颗气态巨行星的机会。

这也让旅行者一号成为第一艘同时拍摄木星图片和土星图片的探测器。在探测完木星和土星后，旅行者一号在地面控制中心的指挥下并没有继续探测天王星和海王星，而是直接向太阳系边缘飞去。2019年10月23日，NASA公布了旅行者一号当时与地球之间的距离，大约是211亿公里。如今旅行者一号已经是距离地球最远的人造卫星，未来它还会继续飞行下去。

那么旅行者一号还能飞多远呢？对此NASA的科学家表示，由于旅行者一号已经和地球保持相当遥远的距离，因此其传输回来的信号也十分缓慢且不完整。根据目前已接收到的数据，它所携带的电源还能够支持它在2021年继续飞行下去，并有可能继续和地球保持联系。但如果旅行者一号按照目前的趋势飞行，2025年后人类将可能再也无法联系到它了。

从这个角度看，原来地球这么渺小

如今的旅行者一号已经很难向地球传输回完整的探测信号，但是它在上世纪的服役阶段达成了许多成就，除了拍摄第一张木星、土星和土卫六的照片之外，它还在距离地球大约60亿公里之外的地方拍摄了地球。据了解，当时旅行者一号的位置已经在海王星的轨道之外了，因此NASA的地面控制中心向它传输指令，让它拍一张从太阳系外看进去的“全家福”。

结果这张图片出乎了大家的意料，尽管旅行者一号当时以最先进的1500毫米高分辨率的技术进行拍摄，拍出来的地球依然无法达到人们的预期，因为图片中的地球如果不仔细看还真找不到它，而仔细看后才发现它只是一个光点，就和我们在夜晚抬头看天空的隐约星光一样。这张有着64万像素的照片成为了旅行者一号的“绝唱”，而地球在其中也不过0.12个像素。

对此许多第一时间看到这张照片的工作人员都表示不可思议，原来我们赖以生存的星球在宇宙中如此渺小，我们自认为非常独特的星球从遥远宇宙的角度来看竟然如此“卑微”。有科学家指出，如果不是太阳光对地球的照射，从太阳系边缘去看地球，压根看不到它的存在。该图片公布之后也引起了巨大的社会舆论，让那些认为地球是独一无二的人顿时失去了声音。

即使今天再来看这张照片，相信很多人还是会产生“地球原来如此渺小”的想法，伴随这种想法出现的是复杂的情绪，这种情绪夹杂着惊讶、担忧甚至是自卑。当我们人类自以为很了不起的时候来看旅行者一号拍摄的最后一张照片，或许会变得谦卑一些。

旅行者一号到底有没有飞出太阳系？

旅行者一号带给人类的不仅仅是有价值的线索和思考，还有不少疑问，其中让大多数人产生疑惑的是，旅行者一号到底有没有飞出太阳系。准确的答案应该是没有，因为太阳系的范围比大多数人认知中的范围都要大。早在上世纪八九十年代就有天文学家通过研究发现，太阳活动产生的太阳风会不断堆积然后向外蔓延。

换而言之，太阳风的范围会随着时间的推移不断扩大，科学家将太阳风最外层定义为“太阳风层顶”。幸运的是旅行者一号早在2012年就穿过了太阳风层顶，很多媒体将这一情况误解为旅行者一号已经飞出了太阳系，导致很多人从那时候就认为旅行者一号已经去到星际空间了。然而科学家出面澄清，旅行者一号还没有穿过奥尔特云，还不算飞出太阳系。

那么奥尔特云又是什么呢？它被认为是太阳系的最外层，这个区域里面存在着早期太阳系形成所残留下来的物质，大多数是小天体，例如彗星、陨石、小行星等。那么旅行者一号还要多久能够穿过奥尔特云呢？如果旅行者一号按照目前的速度继续飞行下去，那么至少还要1.77万年才能真正实现飞出太阳系，到那时人类文明还在不在都是个问题。

可以预见的是，未来的旅行者一号将会独自向遥远的深空飞去，但它没有明确的目的地，最终会落在哪里，也没有人知道。



【146、这张照片睁大眼睛，仔细看下去，它将颠覆你的世界观】


2021-04-23 科技宅

深夜，抬眼望向天空，你眼里的天空，眼里的宇宙是如此的渺小，但事实是真的如此吗？接下来我将带你看张照片，这张照片是真实的，睁大眼睛，仔细看下去，它将颠覆你的世界观，甚至让你怀疑你所认知的世界。

在这1张相片中，你看到了哪些？是不是看到了银河还有一些遥远的星团和红色的星云物质，而在其中的大部分地方都是一片漆黑，什么都看不见呢？然而，我们将照片中的黑暗地带放大会如何呢？

我们会看到这些所谓的黑暗区域内，也并不是真正意义上的漆黑一片。我们会看到无数闪烁的亮点，看起来就像我们在地球上所看到的漫天繁星。当我们将整张照片继续放大、增亮，我们便会看到了一幅这样的景象，在照片中充满了大大小小的小型图案，而这些所谓的图案就是一个个庞大的星系。很难想象，在地球黑夜的天空中，一个个小小的区域内，居然隐藏着如此之多的星系。而这张照片就是著名的哈勃超声空场。

哈勃超声空场又被称之为HUDF，它是由哈勃所拍摄的一张真实的外太空照片。也就是说我们所看到的这张照片并不是任何电脑所制造的模拟画面，而是真实的宇宙。其中的每一个亮点都是一个类似于我们银河系一样的庞大星系。哈勃超声空场展现出的是天炉座的一小块，该相片由哈勃空间望远镜于2003年9月24日至2004年1月16日期间得到的数据长期积累而成的，就等于一百一十三天的曝光。它是截至2006年为止利用可见光拍摄的最遥远的宇宙影像，显示的资料是超过130亿年前宇宙的景象。

NASA的科学家们估计，在这张照片中，有着至少1万个星系。根据他们所提供的数据，在这张照片中的1万个星系也仅仅只占据了整个黑夜星空中非常小的一片区域，哈勃超深空场中所显示的范围为三平方角分，大约只有全天空1270万分之一的面积。也就是说在我们地球上所看到的星空中，我们截取其中的1270万分之一的区域，在这片区域中就隐藏着至少1万个星系，而且，这并不是极限。因为在地球所处的位置，强大如哈勃望远镜也无法看到这个区域内的所有星系。

由于距离的遥远，使得很多星系的光到达地球时已经变得极为微弱，就连哈勃望远镜也几乎无法捕捉。因此在这1270万分之一区域内的1万个星系很有可能只是冰山一角，其中的水分很大，这就是为什么我们无法弄清宇宙中究竟有多少星系的原因。哈勃望远镜为了看清楚这所谓的1270万分之一的区域，用了至少113天，而想要利用哈勃望远镜将地球天区的整个1270万份全部看完，估计得至少数百万年才可以，其中还不包括那些我们无法看到的遥远星系。

哈勃超深空的照片一共历经了大约800次曝光合成。其中，哈勃使用了它所携带的高阶巡天相机、近红外相机以及多天体光谱仪，分别累计共11.3天及4.5天的时间拍摄，相片中最黑暗的星球仅有30等，即望远镜每1分钟只收到1粒出自该星球的光子。根据宇宙大爆炸理论来看，我们的宇宙诞生于137亿年前，宇宙的年龄是有限的，因此那些遥远地带的星系所发出的光需要很长的时间才能够到达我们的地球。而哈勃超深空正是如此，哈勃望远镜接收到了宇宙早期星系所发出的光，最早可以延伸到宇宙诞生的7亿年左右，也就是我们可以见到大概一百三十亿年前的初期星系，哈勃超深空可以帮助我们人类认识宇宙形成前期以及早期星系形成及合并的情况。所以，哈勃超深空也成为了截止至二零零六年为止以人类肉眼可见光拍粗的最遥远的宇宙影像。

而在哈勃超深空以前，哈勃望远镜早在1995年就拍摄了一张名为哈勃深场的照片，早在1993年，很多科学家乃至天文机构都希望得到哈勃望远镜的观察信息。特别是在1993年大修之后，哈勃望远镜治好了它的近视眼故障，这个儿差点让美国宇航局破产倒闭的贵重仪器总算开始吐气扬眉了。各种观测请求蜂拥而来，将哈勃的档期排得满满当当，就是在这种情形下，哈勃却被老美当年的时任太空望远镜研究所所长罗伯特威廉姆斯要求连续征用了10天，没有人知道他究竟想要干嘛。

在数天之后，威廉姆斯所要进行的秘密观测任务大白于天下，顿时让所有人都目瞪口呆。他竟要用这宝贵的10天拍摄一片看上去空无一物的天区。这片区域位于大熊座，也就是北斗七星附近，面积只有满月的1%，在当时很多人难以想象，用如此宝贵的10天时间去观测一个看似没有任何东西存在的黑暗区域，真的有意义吗？然而，当哈勃将10天内342次曝光的成果展示给世界时，所有人都不由得赞叹有佳。在这片看似荒凉的天区内，竟然出现了近3000个大大小小的星系，哈勃为我们展示了宇宙深处的真实模样，而这张照片就是著名的哈勃深场，哈勃深场展现的这片令人敬畏的天体和光点，几乎所有都是星系。只有个别带有衍射光芒的，才是我们银河系里的恒星，其中的绝大多数比我们用肉眼看得见的最暗天体还要暗淡41倍。如果不是哈勃望远镜，或许我们永远也看不到这些遥远地带的星系。

在整个浩瀚的宇宙中，我们总是在追寻我们诞生的方向，当我们在地球上能够观测的越远，将会更加的接近宇宙的过去、星系的起源，也就越接近宇宙初始和宇宙的边界，同样也就意味着我们越接近宇宙的本质，越清楚人类处在宇宙中的位置。



【147、这种技术一旦突破，太空电梯，戴森球，轨道环……都不再是梦！】


2021-04-13 科学的纠缠态

地球引力束缚了我们的翅膀，却无法束缚我们的思想，千百年来，人类就一直憧憬着登上天梯，到辽远的太空翱翔。或许很多人认为这只是科幻小说里的曼妙幻想，抑或是人类自不量力的异想天开。但是，倘若在未来十几年之中我们能够成功运行太空太阳能发电站（SBSP），或许所有的不可思议都会变成现实！

太空太阳能发电站并不是一个新兴的概念，早在上世纪70年代，美国宇航局（NASA）就斥资5000万美元进行了专门研究。然而，由于系统太过复杂，超过了当时的技术和能力，这项研究在完成了大量可行性研究后，最终还是束之高阁。

随着技术的不断进步，目前已有私人公司和机构旧梦重温，开始进行太空太阳能发电项目的研究。太空太阳能电站原理其实非常简单，那就是在宇宙空间中搭建太阳能电站，捕捉大量阳光，转换成电能送回地球，或直接在太空中使用。

太空太阳能发电主要有光伏太阳能电池板和太阳热能两个概念。太阳热能是用镜子聚焦阳光加热液体，通过涡轮机产生电力；而光伏太阳能电池板则是直接将阳光转化成电能，其效率是地球上的8倍。虽然利用太阳热能具有潜在的重量优势，可减少火箭发射次数，降低每千瓦功率的总质量，然而目前更多的概念是希望利用高效率的光伏元器件。

光伏电池的最佳放置点是地球静止轨道，可简化天线的几何形状及对齐方式，以近乎恒定的功率用激光或微波向地球传输电能。当然也有一些问题，比如这一区域远离地球磁场，而电力设备和通讯设施又最容易因宇宙射线和太阳耀斑的轰击而崩溃；由于重量和成本较低，用激光向地球传输能量是最好的选择，但稍不注意激光就可能变成死光，成为星球大战里面的终极武器——死星；所以科学家们想到了利用微波来向地球“暗送秋波”，当然微波也不是绝对安全——曾经有微波试验将整个树林的鸟都烤熟的事件，不过通过安全协议，人们可以在传输失败的情况下禁用传输，从而不用担心电力传送将我们烤成腊肉了。

看起来环境OK，技术OK，一切都OK了，太空太阳能电站已整装待发了吗？

嗯，千算万算，咱还没算到要用多少钱呢。

目前，最便宜的火箭是马斯克SpaceX公司的猎鹰9号，发射一次6200万美元，地球同步转移轨道（GTO）的运载能力大约是4850公斤，地球静止轨道（GEO）运载能力的数据没查到，但一般来说差不多是GTO的一半，我们算2400公斤，那么将1公斤光伏太阳能电池板运到地球静止轨道的费用大约是25800美元；根据测算，建造一个低端的4兆瓦太空太阳能发电站需要4000吨材料，而常规的太空太阳能发电站则需要80000吨。我们可以计算一下这笔费用：

低端电站发射价格：

4000吨(400万公斤)x25800美元=1032亿美元

常规电站发射价格：

80000吨(8000万公斤)x25800美元=20640亿美元

举17个国家之力建造的国际空间站，火箭发射的费用也不过504亿美元；NASA的可行性研究也发现，如果发射成本控制在每公斤100美元到200美元之间，太阳太阳能电站还是挺划算的。由此看来，在太空建太阳能电站真的是又费马达又费电了？

最大的变数还是马斯克！因为他的最终目标是将火箭重复使用100到1000次，发射周期缩短到1天，发射成本降低到20万美元一次——只需要燃料钱。由此算来，每公斤成本仅需200000/2400=83美元。

83美元！你是不是觉得太空太阳能电站已经在向我们招手了？

是的，世界各国已经开始研究太空太阳能电站了。早在2012年，NASA的约翰·曼金斯（JohnC.Mankins）团队已构想出随机性大型相位阵列太阳能人造卫星（SPS-ALPHA），使用类似喇叭形的收集装置捕捉太阳能，再传输到地球；中国首个太空太阳能发电实验基地2018年12月也在重庆璧山启动。

目前看来，太空太阳能电站的建造与实施或许还出路不明，但是值得肯定的是，能源领域对政治环境的影响是太空太阳能电站崛起的关键，因为太空太阳能发电不仅是新型可靠的再生能源，更可能以全新的方式改变世界。

太阳能的发展不可避免会延伸至太空，或许在不久的将来，太空太阳能电站的环境、技术、造价都不会再是问题，随着能源的突破，那些可能打破已有认知的天马行空的构想也不再只是科幻和梦想：

太空电梯——能源问题解决了，或许太空电梯的研发也可以步入正轨了；

轨道环——特斯拉的构想，总投资31万亿美元，在地球上空35公里处建造一个环形轨道，可用0.05美元/公斤的成本，让人类和货物来往于太空；

戴森球——太空太阳能电站连成片，于是成了地球的戴森球；

俄罗斯套娃脑——戴森球的升级版，利用所有恒星的能量输出将地球变成大型计算机；

环形世界——看过拉里·尼文这部小说的人都知道，一个绕恒星运转的巨大环形世界。



【148、殖民宇宙有了新候选基地？11光年外发现新宜居星球！】


2017-11-16 网易科技

据Techcrunch报道，科学家们发现一颗可能宜居的类地星球，大小与地球相当，距离我们只有11光年。这颗新发现的星球被称为Ross 128b，它围绕着一颗预计年龄在70亿年的红矮星轨道运行。

红矮星是星系中最常见的恒星，占据全部已知恒星的70%，而且在它们的轨道上趋向于拥有适宜水存在的行星。这意味着这些行星很可能拥有大气层而且有可能存活生命。

殖民宇宙有了新候选基地？11光年外发现新宜居星球！

最近几年科学家们在这些红矮星轨道中发现的潜在宜居星球数量已经出现了爆炸式的增长。最近一项研究表明，在这些红矮星星系的宜居带中可能存在多达600亿颗星球。真正令人激动的是，这颗新发现的Ross 128b星球距离我们地球非常近。

或许有人会回想起，科学家曾经发现过一颗更近的地球大小的星球——Proxima Centauri，它离地球仅有4.25光年。然而它却不太可能成为一个适宜人类居住的地方，因为它围绕着一颗更年轻、更强大的红矮星轨道运行，它很可能已经被烘烤成了一个地狱般的世界。

Ross 128b星球的几个条件让它更适合于人类生存。首先，它拥有一个恒定不变的轨道路线。其次，它所围绕的恒星或许已经安定下来。此外，计算机模拟分析也表明它或许形成了云层能够保证表面水不会蒸发，这就使它有更大的机会拥有能够支持生命存活的大气层。

发现这颗新星球的科学家们告诉《国家地理》杂志，他们还需要探索这颗星球的更多数据。目前，这个研究团队正在16光年的范围内搜索类似于Ross 128b星球一样的近距离星球。（过客）



【149、中国「天眼」向全球开放，科学家能找到外星文明吗？】


近未来01-17   

地球是人类的摇篮，但是人类不能永远生活在摇篮里。—— 康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（苏联科学家，现代航天学和火箭理论的奠基人，航天之父）

中国贵州，一只硕大无比的「天眼」，正静静躺在黔南布依族苗族自治州的喀斯特洼坑中，好奇地打量着宇宙。

它是个四岁多的娃娃，却有着强大的「躯体」，由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成，是一台 500 米口径球面射电望远镜，面积相当于 30 个标准的足球场。

它的爸爸是中国天文学家南仁东先生。1994 年，南仁东先生提出建设构想。历时 22 年，「天眼」于 2016 年 9 月 25 日落成启用，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

日前，中国向世界宣布，「天眼」将于 2021 年 4 月 1 日正式对全球科学界开放，为人类外空命运共同体提供贡献和发展经验。

这只眼睛能看什么？眼睛，当然是用来看「光」的。

人类之所以能看到东西，是因为电磁波进入了我们的眼睛，而可见光，就是电磁波里很小的一部分波段。

同时，还有很多波段的电磁波仅凭肉眼看不到，这些电磁波携带了大量信息，其中涵盖了大量极其重要的天文研究对象，比如射电星系、类星体、脉冲星和宇宙微波背景辐射等等，这就需要借助「天眼」一类的射电望远镜来接收、分析这些信号。

「天眼」工程总工程师兼首席科学家南仁东介绍，借助「天眼」，人类可以做很多事：

可以将中性氢观测延伸至宇宙边缘，观测暗物质和暗能量，寻找第一代天体

能用一年时间发现约 7000 颗脉冲星，研究极端状态下的物质结构与物理规律

有希望发现奇异星和夸克星物质

发现中子星——黑洞双星，无需依赖模型精确测定黑洞质量

通过精确测定脉冲星到达时间来检测引力波

作为最大的台站加入国际甚长基线网，为天体超精细结构成像

可能发现高红移的巨脉泽星系，实现银河系外第一个甲醇超脉泽的观测突破

用于搜寻识别可能的星际通讯信号，寻找地外文明

睁眼看宇宙，成果有几何？

在宣布向全球科学家开放前，「天眼」已投入运行几年，成果颇丰。

2017年10月，「天眼」发现 2 颗新的脉冲星，一个脉冲星距离地球 1.6 万光年，自转周期为 1.83 秒，被命名为 J1859-01。另一颗距离地球约 0.41 万光年，自转周期为 0.50 秒，命名为：J1931-01。

2017 年 12 月，「天眼」再次发现 3 颗脉冲星。截至目前，「天眼」共发现了超过 240 颗脉冲星。「天眼」在短短两年内发现脉冲星数量，超过同期欧美多个脉冲星搜索团队发现的数量总和。

2020年，4篇论文同时在著名学术期刊《自然》上发表，发现并论证了一个河内快速射电暴 FRB 200428 起源于磁星 SGR 1935+2154，为「快速射电暴源于磁星」这一理论猜测增添了有力的证据。其中一篇论文正是基于「天眼」的观测成果。

天眼的意义在哪里？

2020 年 4 月，「天眼」观测时间分配委员会开始向国内天文界征集自由申请项目，半年多来接到 170 余份申请，申请的总时间约 5500 个小时，实际批准 1500 个机时，只有 30% 能得到支持，竞争相当激烈。

2021 年 1 月，中国宣布「天眼」向全球科学家开放后，在科学界引起了热议，许多国家的科研团队和科学家立即发出了申请，但最终中国只能尽量腾出约 10% 的观测时间用于共享。

由此可见，「天眼」的意义有多么重大。而它之所以含金量如此高，是因为它的观测数据是人类迈入太空更深处的基础。

1. 绘制宇宙精确「地图」

细心的你应该发现了，脉冲星这个关键词出现了很多次。在说它前，我们先来说说航海。

如果你开着一艘船在茫茫大海上航行，没有地图，没有指南针，没有定位系统，能不能到达目的地只能靠运气。

但如果你有一个定位系统，一切都变得格外轻松，你知道航线是怎么样的，目前自己在哪个位置，接下来要精确地往哪里航行等等。

想象一下，如果你开着一艘恒星级飞船，从太阳系出发，到 4 光年外的另一颗恒星系去，能靠什么定位？

没有办法精准定位。

太阳不过是宇宙亿万恒星中普通得不能再普通的一颗星星，仅靠太阳定位的后果只有一个，你会永远迷失在宇宙中。

「天眼」重点观测和寻找的脉冲星，就是目前已知最好的宇宙级定位参照物。

正如地球有磁场一样，恒星也有磁场；也正如地球在自转一样，恒星也都在自转着；还跟地球一样，恒星的磁场方向不一定跟自转轴在同一直线上。这样，每当恒星自转一周，它的磁场就会在空间划一个圆，而且可能扫过地球一次……要发出像脉冲星那样的射电信号，需要很强的磁场。而只有体积越小、质量越大的恒星，它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星，只有高速旋转的中子星，才可能扮演脉冲星的角色。

地球自转一周要二十四小时，脉冲星的自转周期却可以小到 0.0014 秒，于是它的超强磁场发射出周期性脉冲信号，看上去就像高速一闪一闪的灯塔，由于自转周期极其稳定，成为人类测量宇宙时空的超高精准度时钟。

如果飞船进入了宇宙深处，望远镜和卫星不能直接观测时，就可以依靠脉冲星测算位置，探明的脉冲星数量越多，定位将越准确。

这就是「天眼」重大的意义之一，它正在绘制宇宙精确地图，虽然只是一个小小的开始，但影响足够深远。

2. 探索宇宙起源

人类自开蒙以来，一直在思考一个问题：我们从哪里来。「天眼」就有助于探索这个问题。

「天眼」可以巡视宇宙中的中性氢。氢聚变产生的能量点亮了恒星，太阳因此发出了光和热，造就了地球这个人类生命的摇篮。

星系中的氢元素除了形成恒星，还有一部分会剩下来，以中性氢原子形式存在，称之为中性氢。

通过对比较原始的星际气体的观测发现，在银河系和许多河外星系中，轻元素氦的同位素氘相对于氢的数量基本上是均匀分布的。这和许多重元素的非均匀分布形成了鲜明的对照。

据科学家推测，宇宙大爆炸后最初几分钟内预期出现的高温高密状态极易导致轻元素的合成，而重元素则是在众多的恒星内核深处合成，直到发生超新星爆发时才大量散布开来的，它们相对于氢的数量不会是均匀分布的。

国家天文台副台长郑晓年指出，研究宇宙中的中性氢可以「研究宇宙大尺度物理学，以探索宇宙起源和演化」。

3. 探索地外文明

小说《三体》中，三体人用二维展开的质子包住地球，伪造了宇宙背景微波辐射的闪烁，以此向人类证明存在地外文明且科技水平远超人类。

「天眼」就能观测到宇宙微波背景辐射，但是宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的产物，太杂太乱。

根据宇宙大爆炸理论，最初的宇宙非常小，聚集着极高密度的物质和能量，温度非常高。宇宙大爆炸后，即便空间膨胀了非常久，当年的热量也不会完全消散掉，还有残留的热量，均匀地分布在整个宇宙中，就是宇宙微波背景辐射。

「天眼」要做的，就是从海量杂乱的宇宙微波背景辐射中，甄别筛选出暂时不符合科学认知的、奇异的、无规律的、明显加工过的信号，看看这些信号是否由地外文明发出，以此间接推测地外文明的存在。

2019 年初，加拿大 CHIME 望远镜团队宣布第二次发现重复的快速射电暴（FRB）。当时有天文学家指出，虽然暂时无法确认这种现象的成因，但并不能排除这种信号是由地外文明所发出的可能性。

地球很好，为什么还要探索宇宙？

人类如果决定深入宇宙继续进化，这种难度不亚于当年我们的祖先从海洋爬上陆地，一步踏错，可能遭致灭顶之灾。

但如果不踏出这一步，人类将永远失去更进一步的可能，就像我们祖先当年一样。

人类进入文明社会以来，资源矛盾一直是不断催生经济危机和引发战争的根本原因，每次技术爆炸都是在不断释放资源的潜力，不过资源总有开发利用的极限，再加上人类数量、寿命和人均资源消耗仍在不断提升，资源紧张带来的危机只会一次比一次快，一次比一次深。

爱因斯坦曾预言，第四次世界大战的武器将是石头，可见缓解资源矛盾的迫切性和重要性。

目前探明，光是月球一个卫星，都有极为丰富的矿产资源和大量的氦 3，通过利用氘和氦 3 可进行氦聚变，作为核电站的能源。

因此，向宇宙深处进发是人类的必然选择，大量资源正等待人类挖掘，借助「天眼」，我们可以打好前期基础，让后人走得更远。



【150、中国的这口“大锅”，会决定美国射电天文学的未来吗？】


2021年04月23日 新浪科技

射电天文学助力旅游业发展，中国正在打造“天文小镇”

美国自家天眼坍塌，为何却能申请用中国天眼？我们该不该共享数据

美国射电望远镜坍塌后 美媒记者获准实地探访中国“天眼”

能观测28光年：中国“天眼”远超坍塌美国望远镜，或改变人类文明

来源：科研圈；编译 武大可 魏潇

对于美国康奈尔大学的天文学家 James Cordes 以及他的众多同行来说，位于波多黎各的阿雷西博望远镜（Arecibo）在去年突然垮塌彻底搅乱了他们的研究计划。Cordes 研究脉冲星，它是巨型恒星爆发后的遗留物，能够周期性发出射电脉冲信号。射电天文学家可以利用阿雷西博这样的射电望远镜捕捉到它的无线电波，据此研究恒星演化或者发现遥远星系。

显而易见，阿雷西博的突然“下线”打了 Cordes 和同行们一个措手不及。2020 年，两根断裂的支持钢缆让这台世界第二大射电望远镜陷入沉默。随后，悬挂在望远镜主反射面上方的仪器平台彻底坠毁，阿雷西博望远镜 57 年的观测历史就此画上句号。美国的射电天文学家们失去了一台珍贵的观测设备，甚至连同等灵敏度的替代者都很难找到了。

幸运的是，中国“天眼” FAST 来了。这台位于中国贵州山区的 500 米口径球面射电望远镜 2016 年建造完毕，是目前世界上最大的单口径射电望远镜，灵敏度是阿雷西博的 2.5 倍以上。2021 年 3 月31 日起，FAST 向全球科学家开放观测项目申请。据悉，7 月下旬确定观测项目后，FAST 会从 8 月起执行观测。一位参与 FAST 观测项目申请评估的中国射电天文学家在接受 Undark 采访时表示，他们希望 FAST 向世界开放不仅能够帮助天文学家做出更好的科学发现，还希望借此机会为射电天文学领域打开一扇新的窗口，催生更多突破。

中国天眼，或许正在成为大洋彼岸天文学界的新希望。

Cordes 和同事希望利用 FAST 完成北美纳赫兹引力波天文台（North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves， NANOGrave）项目里的一些工作。团队需要观察脉冲星以精确间隔发出的脉冲，监测它们是否比预期更早或更晚地到达地球。由此形成的复杂时间表能够证明引力波的涟漪对宇宙结构的拉伸和挤压。要完成这一工作，天文学家们必须每两周对一个脉冲星网络做一次监测，他们在这之前使用的是阿雷西博望远镜和美国第二大观测设施——西弗吉尼亚州的绿岸天文台（Green Bank Telescope）。在阿雷西博垮塌后，团队不得不另寻出路。

NANOGrav 的资深学者、美国西弗吉尼亚大学（West Virginia University， WVU）的物理和天文学教授 Maura McLaughlin 也打算申请让 FAST 观测“旋转无线电瞬态”（rotating radio transients ， RRATs）——一种脉冲星在偶然状态下才会出现的短暂状态。她的研究团队曾使用阿雷西博望远镜发现了一些难以观测到的 RRATs。如今阿雷西博已经无法继续使用，FAST “真的是唯一可用的望远镜了”，McLaughlin 说。

从恒星间复杂的化学研究，到起因仍然是谜团的射电暴，不论哪一种（观测）提案都是 FAST 团队希望看到的。WVU 的另一位物理和天文学教授 Loren Anderson，对利用 FAST 揭示大型恒星对周围空间的影响，以及如何抑制新恒星的形成很感兴趣，这一研究能帮助科学家理解星系的演化。“在 FAST 起步的时候，阿雷西博状态还好，”他说，“可它现在已经‘死’了。我觉得这让 FAST 更具吸引力了。它现在是举世无双的观测设施了。”

FAST 也是研究宇宙基本组成——中性氢的关键。搭载其上的设备之一已被证明会在这一研究中发挥作用。由澳大利亚工程师设计制造的接收器使得 FAST 能够同时对天空中 19 个独立的点进行观测。

中国与澳大利亚的射电天文学家常在类似的项目中密切合作，部分原因是他们已通过另一个望远镜项目建立了联系——平方公里阵列射电望远镜（Square Kilometer Array，美国 2011 年退出了这一项目）。通过天文学家们的奋斗，这一阵列包括了遍布南非和澳大利亚的数千个“圆盘”和百万条天线，它们共同组成了一个巨大的望远镜阵列。

但中美两国科学家的合作可能会面临一些麻烦与困难。例如，在美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）近期的调查中，数十人因为没有透露自己来自他国的资金或所参与的他国人才计划而被开除或辞退——这其中 93% 都与中国有关。

2011 年的“沃尔夫修正案（Wolf Amendment）”不允许 NASA、美国科学技术政策办公室和美国国家空间委员会的科学家在未上报的情况下与中方开展合作。美国战略与国际研究中心（Center for Strategic and International Studies）的 Makena Young 说，“有些人害怕我们把技术机密泄露给我们的竞争者。”

尽管有这一纸禁令，但当中国在 2019 年将第一台月球探测器嫦娥四号送到月球背面时，NASA 的一台月球轨道探测器还是为它拍摄了照片。对于太空项目，Young 说，“这确实是近十年双方合作的最好代表了。”

Young 认为，沃尔夫修正案有碍科学创新，限制了观点的多样性，并在一定程度上导致了更激烈的竞争。

不过美国射电天文学家仍然可以找到与中国合作的机会。例如，绿岸天文台的科学家就参与了建设 FAST 的咨询工作。McLaughlin 获得了美国国家科学基金会的资助，每年夏天将自己的学生从 WVU 送往中国。她曾为在拨款申请中包括了这一交换项目而忧虑，担心这会使她被限制或遭受更多审查，但这没有发生。“我们并没有遇到这方面的问题。”她说。

McLaughlin 说，中国参与的国际脉冲星计时阵列（International Pulsar Timing Array）是一项全球性的合作，汇集了许多类似于 NANOGrav 的小规模项目，但这一合作并未影响 NANOGrav 获取美国经费。她从个人角度和科学角度都对此很感激。“大多中国同事与我们的合作十分紧密，彼此十分了解，”她说，“彼此有很深的信任。”

由于与中国的科学设施建立联系对于许多类型的研究十分重要，这样的信任可能是研究的关键。McLaughlin 说，若非依靠这样的大型望远镜，她和团队的想要进行的观测多半是无法进行的。

在过去几十年里，中国一直在加强国际科学参与度。以天文学领域为例，近年来，“慧眼”和“极目”两颗卫星相继进入太空，对全天区的伽马射线暴——宇宙中最耀眼的事件进行观测。四川锦屏地下实验室也投入使用，上方的地表屏障使其能够不受干扰地获取最原始的数据，将为暗物质探测和粒子物理学研究提供有力支撑。此外，中国还计划在新疆奇台建造一座比美国绿岸射电望远镜还要大的 110 米口径全可动射电望远镜。这台射电望远镜的“碟子”装有一系列制动器，可以受控旋转，观测范围能覆盖 75% 的天区。

在这一系列行动的最前沿，是与国际天文学界分享嫦娥五号月球着陆器所收集的样本。该探测器于 2020 年 12 月回到地球，带回了 1731 克月球土壤。通过研究这些珍贵的样本，科学家们能够探索月球的起源和演变（美国的政策可能会阻止一些共享计划）。

这样的基础设施与合作方式对科学本身的发展是有利的。与此同时，它也在增强中国的软实力。FAST 团队的一位中国学者对 Undark 表示，FAST 开放主要是被研究驱动的，并且这一时间安排是由 FAST 于 2020 年初所通过的技术检查和科学验证所决定的。“望远镜是为天文学、为科学而建造的。对从事观测研究的天文学家，全球各地的任何望远镜只要能够满足他们的科学需要，他们就希望去使用。”他说，“我们很乐于看到这种开放能够在文化交流中扮演积极角色，并展示出国际合作的重要性。”

不过，Cordes 和他的同事们可能需要“排一会队”才能用上中国天眼。FAST 运行和发展中心常务副主任、总工程师姜鹏在接受央广网采访时表示，FAST 面向全球科学界开放的第一年分配给国外科学家的观测时间约占 10%（大约 450 个小时），而海外观测需求更大，竞争程度将更加激烈。“海外总体天文学家的数量也可能比国内要多得多，所以我想他们的竞争可能会比较激烈，只是初步预期是这样，还要看最后申请的结果。只要能得到申请，在使用上大家都一视同仁。”



【151、中国太空探索背后：军事能力和对西方的威胁】


BBC中文网 2019年1月4日

在2013年中国摧毁了一枚35000多公里上空的卫星，人们一度认为如此高度的卫星不可能受到攻击。

英国报纸引述政府消息人士和军事专家说，中国登月显示了中国这个崛起超级大国对英国和世界的威胁增加，中国可能抢先建立月球基地，占据太空军事主宰地位。

周四（1月3日）上午中国国家航天局证实中国的太空探测飞船“嫦娥4号”成功在月球背面着陆，中国成为第一个完成探测器在月球背面软着陆并且发送回世界第一张近距离拍摄的月背影像图。

月球背面没有像正面那样平坦，那里多山而且崎岖不平的表面加大了探测器软着陆的难度。因为背对地球，探测器需要中继卫星和地面联系。中国为此专门发射了“鹊桥”中继卫星。

虽然北京说“嫦娥4号”登月翻开了“人类探月的新篇章”，但是《每日电讯报》的科技记者克纳普顿（Sarah Knapton）和该报首席记者雷纳（Gordon Rayner）撰文说，政府消息人士和专家警告说，此次太空进展令中国占据有利地位，以后能够建立第一个月球基地，并且占据太空军事主宰地位。

报道说，中国的太空项目在国防部指导下进行，而且中国计划明年建立载人太空站。中国表示要在2030年赶上俄罗斯和美国成为主要的太空强国。

英国政府消息人士说，“中国是个令人担忧的问题，有些人会说中国的威胁比俄罗斯更大。”他还认为“当然存在来自中国的情报威胁。中国人非常聪明，善于获取不属于他们的信息。他们有长期计划，但你无从了解他们的目的是什么。”

国防专家就警告说，目前“所有人都有自由”的太空相关法规，无力阻止任何国家干扰GPS定位卫星，发起网络攻击，或使用激光摧毁太空装置。

中国已经展示了打击卫星的能力，在2013年中国利用导弹摧毁了一枚35000多公里上空的卫星。人们曾经一度认为如此高度的卫星不可能受到攻击。美国国会出于安全考虑，禁止美国航天局同中国航天部门进行双边合作。

“中国的太空野心”

国际战略问题研究所(IISS)的研究员英科斯特（Nigel Inkster）曾经是英国军情六处的行动和情报主管。他说：“我认为中国并不回避其太空野心，当然里面有军事因素…中国非常清楚美国有取得太空军事能力的计划，因此中国在努力确保能够赶上并超过美国，发展军事能力，形成可信的威慑。”

“这（中国探月）就发出信号，展示现在他们有了更强的能力。我认为特朗普一定会以此为理由，坚持建立一支新型（美国）太空部队。”

中国是继美国和俄罗斯后成功在地球以外实现软着陆的第三个国家。虽然“嫦娥4号”探测器主要是探索月球表面以及太阳系形成的历史，但探测器还试图培育土豆，寻找矿产，探索新型通讯联络方式。

英国宇宙物理学者瑞斯：中国的技术发展加上国家干预能力，如果他们想抢先建立月球基地，他们就能如愿。

《每日电讯报》引述澳大利亚战略政策研究所研究中国军事和太空的专家戴维斯博士（Malcolm Davis）的话说，“中国现在做的（探月）不仅仅是为了科学目的。中国的太空项目由军方管理，他们所做的一切或直接服务于军方，或有长期战略收益。”

戴维斯之前对英国《卫报》说，中国的太空项目关系到中国崛起成为超级大国的问题，其中包含了许多地缘政治和太空政治，“中国民族主义高涨，他们把中国的太空角色看作中国崛起的关键部分。”

牛津大学研究现代中国政治的印度裔教授拉纳·米特说：“中国许多技术发展都和军队部门的研究相关，因此北京肯定会考虑把太空技术用于军事用途。”

“世界第二强国”

英国新保守主义外交智库亨利杰克逊协会周五（1月4日）发表报告警告说，明年中国可能超过英国成为仅次于美国的世界第二强国，因为中国一直在研发领域大量投资，国防预算迅速增长，已经“对西方构成严重挑战”。

上月英国外交大臣威廉姆森（Gavin Williamson）宣布计划投入1.6亿英镑用于对付未来威胁，这些威胁包括网络战和太空战。

《每日电讯报》报道，中国最新的太空成就很可能让中国在美国之前实现人类重新登月的计划。不过英国宇宙物理学者瑞斯（Martin Rees ）说，“中国要走很长一段路，其太空项目记录才能和欧美媲美。”

不过他又说，“中国的技术发展加上国家干预能力，如果他们想在建立月球基地方面领先的话，他们就能如愿。”



【152、中国发射天舟一号货运飞船　“快递小哥”有多牛？】


2017年4月20日

载人航天工程从海南文昌发射场发射第一艘自主研发的太空货运飞船天舟一号，为目前处于无人状态的天宫二号空间实验室提供物资补给。

中国首艘货运飞船天舟一号星期四（4月20日）傍晚19时41分（格林尼治标准时间11:41）在海南文昌航天发射场发射，两天后将与天宫二号空间实验室自动对接，进行送货和加油。

这艘货运飞船不搭载航天员升空，中国国家级的官方媒体纷纷将其拟人化，给予昵称“快递小哥”。

天舟一号升空是中国官方所称载人航天工程“三步走”中的第二步，中国期望在2022年建成自己的空间站。

中国空间站五部曲

2017年——发射天舟一号货运飞船，与天宫二号交会对接，验证“太空加油”技术

2018年前后——发射天和一号空间站核心舱，随后发射两个实验舱与天和一号交会对接

2022年前后——完成空间站建设；发射中国版哈勃太空望远镜——巡天号光学舱

天舟一号有哪些特点？

长：10.6米

舱体最大直径：3.35米

最大宽度：14.9米（太阳帆板展开后）

起飞质量（重量）：13吨

荷载：<6吨（其中2吨为供应天宫二号的推进剂）

飞船内部采用“高效承载货架”设计，利用蜂巢板、碳纤维立梁组成

外部采用壁板结构，设计厚度为3毫米

搭载100多个货包，货包物料采用抗菌、防潮、防霉布料，可确保货物在货包中存放一年

每个货包内有防火、防潮、防震的泡沫或气囊袋

补加推进剂——即所谓“太空加油”——由天舟一号飞船自动进行；其他荷载日后由航天员和机械臂装配到空间站

天舟一号这次升空任务都要做些什么？

天舟一号从海南文昌发射场升空并进入距离地面380公里高的预定轨道后，预计需时两天追及在轨运行中的天宫二号，并首次交会对接。对接后天宫二号将分三次试验向天宫二号“太空加油”

天舟一号—天宫二号组合体将飞行两个月，然后分离，天舟一号试验绕飞，从另一侧与天宫二号第二次对接

两艘飞船独立飞行三个月，天舟一号自身进行13项太空实验

天舟一号与天宫二号第三次对接，验证6小时内自主快速交会对接技术

所有预定任务结束后，天舟一号离开轨道返回地球，陨落太平洋预定安全海域

天舟一号任务成功对中国有多重要？

中国航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生向中新社介绍，因地球残存大气阻力，空间在太空轨道运行须以燃料推动爬升，以维持运行高度。此外，日后空间站载人运行，“显然，没有货运飞船的支持，是无法完成长期在轨驻留任务的。这也是中国航天研发天舟货运飞船的根本原因”。

在天舟一号出现之前，前苏联先在1978年推出进步号系列货运飞船，欧洲宇航局在2008至2014年间运行过自动转移飞行器（ATV），日本宇宙航空研究开发机构在2009年首次发射空间站转运飞行器（HTV），美国太空探索公司（SpaceX）近年则研发了“龙”飞船，还有美国阿联特技术系统公司和轨道科学公司的天鹅座（Cygnus）货运飞船。

美、俄等多国参与运营的国际空间站超期服役多年后，有可能在2022年全面退役，届时中国空间站将变成“唯一”，这也说明了自行开发货运飞船的必要性。

美国国防部曾提出要警惕中国的太空活动会演变成阻碍其他国家在紧急情况下使用“太空基础”手段，中国一个微信公众号有关天舟一号的文章也称，“一些不怀好意的国外媒体肯定会指责这个纯粹用于科学实验的天舟一号有军事用途的”。

不过，美国政治风险顾问公司维基战略（Wikistrat）的纳姆拉塔·哥斯瓦米博士（Dr Namrata Goswami）在《外交家》杂志撰文说，中国航天计划与其他国家的差别，在于其对中国整体经济发展规划有直接关系。她认为，中国选择推进的航天任务似乎旨在逐步累积开采太空矿物资源的经验，以实现长期创富。

《简氏防务周刊》去年年底也曾分别指出，中国许多关键航天企业都高度参与军工，而这密切关系是同时提升航天与军工发展的关键。同时，中国希望在“民转军用”这既有策略上实现利益最大化。



【153、中美科学家绘制迄今最精确的银河系结构图】


2020年05月29日 环球科学

撰文 | 马克·J·里德（Mark J. Reid）、郑兴武；翻译 | 沈俊太

长期以来，我们对银河系知之甚少，我们甚至不知道太阳在银河系中的具体位置。不过，天文学家最近利用一些观测数据，绘制了全新的“银河系图”，这幅图将刷新我们对银河系、星系形成的认识。而且通过这幅地图，我们还知道，太阳几乎正好位于银河系盘的中心平面上。

几百年前，探险家们远渡重洋，横贯未知大陆，绘制了详细的地图。在过去的半个世纪中，人类发射的太空探测器已经拍摄了太阳系的大部分区域。然而，尽管我们已经了解太阳系这个天文后院，但对自己所处的宇宙大社区——银河系——的了解却不够。原因很明显，恰如“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，我们无法离开银河系而回眸银河系的全景。

也许，你可以梦想我们发射一艘航天器，让它驶离我们的银河系后，再回头拍张银河系的全景照片，但是航天器只有经过数百万年的旅程后，才能做到这一点，这显然是不切实际的。我们还有很多关于银河系的悬而未决的问题，例如银河系有多少条旋臂，最接近太阳的一种大型结构是否可以算作一条独立旋臂，以及我们太阳系在银河系中处于什么位置。

然而，科学家最近正努力从内到外测绘银河系，从而能首次绘制准确的银河系结构图。这个美好的前景是数个高级射电和光学大型望远镜项目共同努力得到的结果，其中包括我们主导的银河系“棒和旋臂结构遗产性巡天计划”（Bar and Spiral Structure Legacy Survey，简称BeSSeL计划）。我们获得了甚长基线阵（Very Long Baseline Array）前所未有长达5000小时的观测时间。

我们的项目的初步结果为人们提供了一幅全新的银河图。除了更好地了解银河系的整体图像外，我们还开始澄清为什么银河系这样的星系会呈现出旋涡结构，以及我们的银河家园是如何与整个宇宙融为一体的。

宇宙邻里

十九世纪初期，第三任罗塞伯爵威廉·帕森斯（William Parsons）建造了一台口径为72英寸的望远镜——按当时的标准，这是一台“巨大的”望远镜。他观测并画出了明显有旋涡型旋臂图案的M51星云（我们现在称之为涡状星系，Whirlpool Galaxy）。然而，在不知道M51有多远或银河系尺度的情况下，我们不清楚涡状星系是我们所处的银河系中的一个小结构，还是一个与银河系类似的星系。

关于这些问题的辩论一直持续到二十世纪初。直到美国科学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）使用亨利埃塔·利维特（Henrietta Leavitt）发展的技术测量出我们到一些明亮恒星的距离后，我们才了解到，涡状星系和其他旋涡星云都处于银河系之外，而且与银河系相似。这个发现颠覆了银河系即是整个宇宙的观念。

银盘是构成银河系主体的薄饼状区域，通过测量整个银盘中气体的运动，天文学家发现我们其实生活在一个旋涡星系中。星系的主要常见类型包括旋涡星系和椭圆星系两种。从远处看到的银河系的模样可能很像近邻旋涡星系NGC 1300和风车星系（M101）。NGC 1300的中心具有一个明亮的长条形结构，天文学家称其为星系的棒结构。两条蓝色的旋臂从棒结构的两个末端伸出，并围绕中心棒逐渐向外延伸。

大多数旋涡星系中都具有棒结构，一般认为这种结构是因星系致密盘的引力不稳定性而形成的。然后，中心的棒结构会旋转，产生搅拌作用，进而可能促进旋臂的形成（其他过程，例如盘内大质量团块引起的引力不稳定性或临近星系的引力扰动，也可能导致旋臂的形成）。在蓝光波段更容易看到旋臂，这是因为旋臂是正在形成恒星的巨大恒星产房，更容易发出蓝光。风车星系M101是另一个可能类似银河系的星系。尽管风车星系没有NGC 1300的中心棒，但它有更多的旋臂。

我们可能生活在一个四旋臂的旋涡星系（银河系）中，它具有一个明亮且对称的中心棒。

天文学家一直认为，银河系可能具有NGC 1300和M101这两个星系的特征：可能有类似NGC 1300那样的明显的长棒结构，也像M101一样具有多条旋臂。但是，除了这些基本结论外，仍有很多争议之处。例如，斯皮策（Spitzer）太空望远镜在十多年前的红外观测结果表明，银河系可能只有两条主旋臂。而对原子氢和一氧化碳的射电波段观测表明，银河系具有四条旋臂。在河外星系里，这些气体是集中在旋臂上的。除旋臂特征之外，天文学家还在争论太阳离银河系中心有多远，以及太阳相对于银河系中平面（即盘中心平面）的垂向高度是多少。

大约70年前，科学家计算了附近一些很亮的蓝色恒星离我们的距离。如果把这些恒星标识在银河系结构图上就会发现，它们是三条相邻的旋臂的一部分。我们将这三条旋臂称为人马臂、本地臂和英仙臂。大约在同一时间，从1950年代开始，射电天文学家观测到了原子氢气体，这种气体会发射波长为21厘米的特征射电信号。当这种原子氢气体相对于地球运动时，它的特征射电频率会因多普勒效应而发生偏移，从而使天文学家能够利用频率偏移来测量这种气体的运动速度，进而绘制出它们在银河系中的位置分布。

利用这种测量方法，天文学家采用了一个以太阳为中心的坐标系：类似于地球仪的经度和纬度，银经（l）以对着银河系中心的方向为零，并在银河系的“赤道”平面内顺时针方向增加（从北天球看银河系）；银纬（b）表示垂直于银盘平面的角度。氢原子气体的21厘米特征射电信号在银经-速度图中显示出连续的结构，其很可能示踪了银河系的多条旋臂结构。后来绘制的一氧化碳分子气体的银经-速度图也展现了类似的特征。但是，这种间接映射方法可能存在歧义，也不够准确，难以清晰地展示银河系的旋臂结构。

一个新视野

我们对银河系结构知之甚少的一个原因是，银河系中有大量的尘埃。尘埃可以有效地吸收可见光，因此在大多数视线方向上，尘埃都遮挡了我们的视线，让我们看不到很远的地方。另一个原因是，银河系尺度之大令人咋舌：银河另一侧的恒星发出的光要经过5万年以上的时间才能到达地球。如此遥远的距离甚至使我们很难分辨出哪些恒星离我们近，哪些恒星离我们远。

现在，在太空中运行的新型光学望远镜，以及分布在全球的新型射电望远镜可以让我们更好地回答有关银河系的种种问题。盖亚空间天体测量卫星项目（Gaia mission）于2013年启动，旨在测量银河系中近十亿颗恒星的精确距离，这无疑将革命性地改变我们对银河系形成过程中不同星族的认识。但是，由于盖亚卫星是在可见光波段进行观测，而可见光易被星际尘埃颗粒吸收散射，所以盖亚在观测离我们非常遥远的旋臂时，可能会受到星际尘埃的影响。相反，由于射电波很容易穿过尘埃，因此射电望远镜可以探测整个银盘，我们就可以利用这类望远镜的观测结果来绘制银盘的整体结构图。

目前，绘制银河系结构图的两个主要观测项目都是使用射电天文学中的甚长基线干涉测量技术（very long baseline interferometry，VLBI）。日本的 VERA（VLBI Exploration of Radio Astrometry）项目使用了4台射电望远镜，分布范围从日本北部（岩手县水泽市）到日本最南端的冲绳石垣岛和最东端的小笠原群岛，横跨整个日本。而我们的BeSSeL巡天计划使用的甚长基线阵列（Very Long Baseline Array）包括10台望远镜，分布范围从美国夏威夷到新英格兰再到美属维尔京群岛的圣克罗伊岛，横跨西半球的大部分地区。

由于构成甚长基线阵列的望远镜之间的距离几乎和地球直径相当，因此该阵列可以获得的角分辨率远远超过其他任何望远镜在任何波长下的分辨率。研究人员必须用该阵列的所有望远镜同时观察，并用世界上最好的原子钟，让每个站点的计算机同步记录数据。然后，他们将记录的数据运送到一台专用计算机，由该计算机对各望远镜收集的信号进行处理。如果我们的眼睛对射电波敏感，那么经过校准的图像即是我们在射电波段可看到的一张几乎被整个地球的宽度所解析的超高清数字图像。

数据展示了围绕银河系中心的四个主要的旋臂结构。我们的太阳（天文学家将其视为四象限测绘坐标的中心）会围绕银河系运转，环绕一周大概需要2.12亿年。靠近太阳轨道的地方，有一条较小的旋臂（蓝色）。未来，使用南半球上的射电望远镜开展的研究可能会揭示出第四象限中大部分目前未直接观测到的其他结构。利用多台射电望远镜，天文学家对银河系进行了数千小时的观测，测量了一些天体结构之间的距离。数据展示了围绕银河系中心的四个主要的旋臂结构。我们的太阳（天文学家将其视为四象限测绘坐标的中心）会围绕银河系运转，环绕一周大概需要2.12亿年。靠近太阳轨道的地方，有一条较小的旋臂（蓝色）。未来，使用南半球上的射电望远镜开展的研究可能会揭示出第四象限中大部分目前未直接观测到的其他结构。

这样的图像具有令人难以置信的角分辨率（优于0.001角秒：如果把整个天球均分为360度，那么1角秒为1/3600度）。相比之下，人眼最多只能分辨约40角秒的结构，即使哈勃太空望远镜也只能实现约0.04角秒的分辨率。

利用VLBI，我们可以测量出一颗在射电波段很明亮的恒星相对于背景类星体的位置（类星体其实是位于遥远星系中心的、明亮的活跃黑洞），其精度接近0.00001角秒。这样，我们可以通过测量三角视差效应来测量非常远的距离。三角视差效应是指从不同的位置观测时，附近天体也相应地出现在背景星空中的不同位置。你可以将手臂向前伸开，举起大拇指，并通过交替闭合左右眼观察大拇指来模拟这种效果。因为我们两眼间距为几厘米，因此用左右两眼交替观测离我们一臂距离的大拇指时，拇指相对遥远的背景物体来说，会出现大约6度的偏移。如果我们知道两次观测位置的间距，以及观察到的角位移，就很容易计算出我们与观测目标的距离。这与测绘人员绘制城市地图的原理相同。

三角视差测距法：天文学家从地球公转轨道的两端分别观测时，恒星在背景天空中的位置会发生偏移，这个偏移被称为视差角，可以用来测量恒星与我们的距离。一颗恒星离地球越近，其视差角就越大。与已知的日地距离相结合，恒星的三角视差使天文学家可以使用基本的三角函数来计算该恒星与地球的距离。

三角视差测距法：天文学家从地球公转轨道的两端分别观测时，恒星在背景天空中的位置会发生偏移，这个偏移被称为视差角，可以用来测量恒星与我们的距离。一颗恒星离地球越近，其视差角就越大。与已知的日地距离相结合，恒星的三角视差使天文学家可以使用基本的三角函数来计算该恒星与地球的距离。

在理想情况下，天文学家要绘制旋臂结构图应该观测年轻的大质量恒星。这些短寿命的恒星通常与旋臂内剧烈的恒星形成过程有关，并且此类恒星温度很高，它们可以电离周围的气体，使其发出蓝光，因此在理论上，这些恒星在可见光波段可以作为观测星系旋臂的灯塔。

但是，由于这些恒星被银河系的尘埃盘所包围，我们无法轻易地在整个银河系中观测到此类恒星。幸运的是，这些炽热恒星电离区域外的水分子和甲醇分子可以作为非常明亮的射电源，因为它们会发射出大量的几乎没有被银河尘埃衰减的天然“脉泽”（maser）。脉泽一词为“受激辐射的微波放大”（microwave amplification by stimulated emission of radiation）的首字母缩写，也就是说，脉泽其实就是处于射电波段的激光。在天体物理环境中，脉泽辐射来自质量与木星相当的太阳系尺度的气体云。脉泽源在射电图像中表现为非常明亮的点源。因此，脉泽源是三角视差测量的理想目标。

银河系新图景

通过BeSSeL项目和VERA项目，天文学家已经使用三角视差法测量了约200个年轻炽热恒星的距离。这些数据横跨银河系，大约覆盖了银河系三分之一的区域，并揭示了四条很长的旋臂。

由此绘制而成的“银河系图”还显示，太阳非常接近银河系的第五条旋臂，这似乎是一段孤立的旋臂，被称为“本地臂”。此前，该段旋臂被称为“猎户臂刺”或“本地臂刺”，也就是说，这条旋臂类似于从其他星系的主旋臂伸出的小型附属结构。但是，对这种“臂刺”的解释可能是错误的。在我们BeSSeL的数据中，这条旋臂是孤立的，绕着银河系旋转了不到四分之一圈。虽然本地臂的长度较短，但在这条臂中，恒星形成率可与同样长度的英仙臂段相当。有趣的是，天文学家曾认为英仙臂是银河系的两条主旋臂之一（另一条是盾牌-半人马臂）。但是，我们发现随着英仙臂远离太阳，朝着银河系内延伸时，恒星的形成率显著减少。这表明对于外部观测者而言，英仙臂似乎并不是一条非常明显的旋臂。

通过绘制大量年轻恒星的三维位置，并对它们的运动速度进行测量建模，我们可以推算出银河系的基本参数。我们发现，太阳到银河系中心的距离为8150±150秒差距（即26600光年）。这比几十年前国际天文联合会建议的8500秒差距的值要小。此外，我们发现银河系在太阳位置处以236千米/秒的速度旋转，这大约是地球绕太阳旋转速度的8倍。根据这些参数值，我们发现太阳绕银河系旋转一圈需要大约2.12亿年。这也意味着，上一次我们的太阳系处在银河系现在的位置时，恐龙仍在地球上漫步。

处于太阳位置之内的银河系内盘非常薄，几乎是一个平坦的平面。但太阳相对于该平面的垂向高度一直存在争议。最近，一些天文学家测得太阳比内盘面高25秒差距（82光年），但我们的测量值与这一估值有较大的不同。通过拟合具有精确距离和位置的大质量恒星所处的平面，我们可确定太阳仅比该平面高约6秒差距（20光年）。这一高度仅为太阳到银河系中心距离的0.07%，这意味着太阳非常靠近银盘的中平面。我们还证实了前人观测到的银河系翘曲，即银河系外盘面逐渐偏离内盘面，在北侧开始向上弯曲，而在南侧向下弯曲，有点像弯曲的土豆片。

为了便于描述观测结果，天文学家通常将银河系划分为以太阳为中心的四个象限。使用这种坐标，我们在前三个象限中都找到了旋臂。为了绘制第四象限的图，则需要处于南半球的观测设备。我们正在开展南半球的观测项目，计划使用澳大利亚和新西兰的望远镜进行观测。

天空上的鹰眼：测量银河系另一侧恒星形成区的微小视差角需要极高的角分辨率，目前只有通过精确合并来自全球多个射电望远镜的同时观测数据才能获得极高的角分辨率。该图显示了甚长基线干涉测量法这项技术的强大功能，其分辨率比哈勃太空望远镜最清晰的图像还要高约40倍。

在等待这些观测结果的同时，我们可以先用来自原子氢和一氧化碳的观测信息，将已知旋臂外推到第四象限。这些观测揭示的旋臂结构与先前理论上猜想的矩尺-外臂（Norma-Outer）、盾牌-半人马臂（Scutum-Centaurus-Outer-Scutum-Centaurus）、人马-船底臂（Sagittarius-Carina）、英仙臂（Perseus）的结构相吻合。不过需要注意的是，我们对远离银河系中心的恒星形成区域只做过一次观测。我们观测到的这个区域的距离，再结合它在一氧化碳的银经-速度图中的位置，让我们对如何在“地图”上连接银河系另一端的旋臂有了一定的信心。

但是，我们需要更多的观测来验证我们的模型。现在，我们对自己的银河家园有了更清晰的了解。我们可能生活在一个四旋臂的旋涡星系中，它具有一个明亮且对称的中心棒。我们的太阳几乎完全位于银盘中平面上，但太阳远离银河系中心，大约在银河半径的三分之二处。除了几乎可以环绕银河系一周的旋臂之外，银河系还有至少一个额外的旋臂段（本地臂），并且各主要旋臂都可能有许多分叉。这些旋臂特征使我们的银河系显得相当正常，但肯定不是典型的。大约三分之二的旋涡星系都有中心棒结构，因此银河系属于占旋涡星系绝大多数的棒旋星系。然而，银河系拥有四条清晰、明确且相当对称的旋臂，这使得银河系显得比较独特，因为大多数旋涡星系的旋臂都少得多，并且旋臂也比较凌乱。

更多谜团

尽管我们得到了一些新的答案，但仍有很多悬而未决的重要问题。天文学家仍在争辩旋臂是如何产生的。关于这个问题有两种相互竞争的理论，一种理论认为，整个银河系尺度上的引力不稳定性会形成持久的螺旋形旋臂图案的密度波；另一种理论则认为，一些旋臂片段会随着时间的流逝，因为小尺度上的不稳定性而被拉伸、放大，进而连接起来，形成更长的旋臂。在前一种理论中，旋臂可以持续数十亿年，而在后一种理论中，虽然旋臂的寿命较短，但新的旋臂在银河系的整个演化历史中会出现多次。

由于银河系没有明确的出生日期，因此很难弄清楚它的准确年龄。目前流行的观点是，随着宇宙历史上先形成的许多较小的原星系发生碰撞和并合，它们逐渐融合在一起，形成了现在的银河系。

银河系大概在50亿年前就已经是一个大型星系，但在那时，它看起来可能与现在大不相同，因为星系并合过程很可能会打散任何已有的旋臂结构。

我们需要更多的观测结果来改进我们现有的银河系结构图景，而下一代支持VLBI的射电望远镜阵列将为此提供便利。这种正在规划中的射电阵列包括非洲的平方公里阵列（Square Kilometer Array）和北美的下一代超大型阵列（Next Generation Very Large Array）。两者都是跨越整个大陆的巨大射电望远镜阵列，预计21世纪20年代末它们可以全面投入使用。与现有阵列相比，它们的信号收集面积将大大增加，因此能够探测到来自恒星的微弱射电辐射，使我们在银河系中的视线可以达到更远。最终我们希望明确绘制出银河家园的建筑结构图，以证实或证伪银河系宏伟旋臂结构的形成理论。



【154、重返金星：寻找人类未来家园】


SHANNON STIRONE；2020年10月10日

卡尔·萨根(Carl Sagan)曾经说过，金星是我们太阳系中最像地狱的行星。那么，我们什么时候能重返那里呢？

9月14日，天文学家报告称在金星的酸性云层中发现了化学物质磷化氢，这可能是生命的迹象。这让一些行星科学家十分渴望能够重返太阳的第二颗行星，尤其是那些认为比起火星和其他星球，金星长期以来都被忽视的人。

“如果这颗行星是活跃的，正在产生磷化氢，而且在金星大气层中有什么东西在制造磷化氢，那么，万能的上帝啊，忘记关于火星的废话吧，”北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的行星科学家保罗·伯恩(Paul Byrne)说。“我们需要着陆器，轨道飞行器，我们需要一个项目。”

要造访金星并不容易。它的大气富含二氧化碳，密度是地球的90倍，其表面温度平均达到800华氏度（约426.7摄氏度）。它的表面压力大到足以压碎一些潜艇。

但这并没有阻止人类太空计划的尝试。地球上的各个政府已经发射了约40个机器人航天器，试图以各种方式登上金星。以下是历史上金星之旅的亮点，以及在未来快速前往该行星、对那些云层一探究竟的前景。

金星的许多苏联访客

1961年，苏联的太空计划开始尝试探索金星。在接下来的几十年里，苏联向这个有时被称为地球孪生兄弟的世界发射了数十个航天器。虽然苏联在探索金星之初多次失败，但它成了首个将航天器降落到另一个星球的国家，不久之后，又成为首个在另一个行星表面拍摄照片的国家。即使以现代标准来衡量，他们的工程学成就也是重大的。

看到第一批被送入大气层的航天器像易拉罐一样被压扁后，苏联人意识到金星上的压力有多大。经过这样的反复试错，他们建造了一个五吨重的金属航天器，可以承受巨大的表面压力，哪怕仅能维持1小时时间。

1967年，“金星4号”(Venera 4)成为首个测量另一个行星大气的航天器，它探测到了大量二氧化碳，这导致了金星无休止的温室效应。

1982年苏联金星14号着陆器拍摄的金星表面照片。

1982年苏联金星14号着陆器拍摄的金星表面照片。 RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES/TED STRYK

金星14号拍摄的另一张照片。该着陆器在金星表面运行57分钟，那里的温度达到869华氏度（约465摄氏度），气压为94个地球大气压。

金星14号拍摄的另一张照片。该着陆器在金星表面运行57分钟，那里的温度达到869华氏度（约465摄氏度），气压为94个地球大气压。

然后在1975年，苏联的“金星9号”(Venera 9)成为首个在另一个行星表面拍摄图像的探测器。我们的世界正式见识到了金星。“金星9号”及其在后来的任务中传回的图像显示了一个真正独一无二的星球：布满裂缝的地表，笼罩在朦胧、散射的霓虹绿光下。我们以为这个星球可能被海洋覆盖，与地球接近，但它实际上却是个漫天毒雨的异世界。

金星飞行器系列后来的任务一直延续到1980年代，让科学家们对金星的地质作用有了更好的了解。金星11号和12号在前往金星表面时都探测到了大量闪电和雷鸣。金星13号和14号都配备了麦克风，记录了它们降落到金星表面时的声音，它们也成了首批在另一个行星录制音频的航天器。

苏联对金星的最后探索是1985年“维加”(Vega)计划的双子探测器，它们各自释放了装有科学仪器的巨大气球，显示了探测器漂浮在金星云层中的可能性。

到冷战末期，苏联太空计划的放缓令其暂时停止了对金星发射探测器。虽然俄罗斯的太空计划已经讨论过未来对金星的探索，但其概念仅仅停留在图纸上。

NASA也把目光投向了金星

金星表面的全球视图，主要由麦哲伦号探测器在1991年获得的数据组成。

虽然火星一直被美国太空规划者视为掌上明珠，但1960和70年代的“水手(Mariner)”与“先驱(Pioneer)”计划仍留给了金星。

1962年，“水手2号”成为首个抵达金星的美国探测器。它探测到金星高空云层的温度较低，但表面非常热。

1978年，先驱计划的任务让美国研究者对金星有了更深入的了解。其中第一次任务环绕金星运行近14年，揭示了很多关于神秘的金星大气层的信息。它还观察到金星表面比地球光滑，而且磁场很弱，甚至可能没有。第二次先驱计划向金星大气层发射了一些探测器，送回了关于金星云层结构和表面雷达读数的信息。

1990年，NASA的“麦哲伦号”(Magellan)探测器进入金星轨道，用四年时间绘制了金星表面图，并寻找其板块运动的证据。它发现近85%的金星表面被古老的熔岩流所覆盖，表明金星曾经有、现在也可能有火山活动。

它成了最后一位美国访客，尽管NASA的一些探测器在设定前往其他目的地的航线时，曾把金星当作弹弓。

金星的其他访客

2005年，“金星特快车”(Venus Express)由欧洲航天局(European Space Agency)发射升空。它环金星运行了八年，观察到它仍可能有地质活动性。

目前金星唯一的访客是日本在2010年发射的“破晓号”(Akatsuki)。该探测器在投入金星轨道的时候引擎点火失败，因此错过了与金星的相遇。2015年，任务管理人员成功将其引导到金星轨道上，并对该行星进行了研究。

从那以后，它就改变了科学家对地球这一云层密布的孪生兄弟的看法。在对金星密集云层的物理研究中，破晓号发现了被称为重力波的金星风干扰，以及金星大气中的赤道高速气流。

谁是下一个访客？

许多重返金星的任务已经被提出，一些太空机构已经宣布了前往金星的抱负。但很难说是否有人会成功。

印度航天局提出了一项名为“舒克拉雅1号”(Shukrayaan-1)的任务，它围绕金星运行，主要关注其大气层的化学成分。

彼得·贝克(Peter Beck)是火箭实验室(Rocket Lab)的创始人，这家在新西兰成立的私人企业已经向太空发射了十多枚火箭，最近，他谈到了要向金星发射一颗小型卫星的计划。

在过去十年里，NASA考虑过很多关于金星的探测提议，包括2017年进入了NASA“发现”(Discovery)计划决赛的两项提议，该计划此前曾将探测器送往月球、火星、水星和其他目的地。但该机构最终选择执行的是两个小行星任务。

同样在2017年，为了进行规模更大、成本更高的“新边疆”(New Frontiers)竞赛，NASA考虑了一项名为“金星成分就地考察”的金星任务，试图在金星表面放置两个着陆器。但它将这项任务换成了“蜻蜓号”(Dragonfly)，它将向土星最大的卫星土卫六发射一架钚动力无人机。

不过，NASA确实为Vici任务需要的一些技术提供了资金。而且NASA内部或许又有了一位新的金星任务支持者。Vici任务的首席研究员洛瑞·S·格蕾斯(Lori S. Glaze)，如今是NASA的行星科学部主任。

在下一轮“发现”计划中，该机构将有另一个机会选择金星任务进行资助。

两个分别名为“达芬奇+”(DAVINCI+)和“真相”(VERITAS)的金星探测器正在与拟议的另外两项探测计划竞争，它们分别前往海王星卫星海卫一和木星的多火山卫星木卫一。NASA可能会从四个决赛名额中挑中两个。而且，金星的访客还有其他的可能。

“我们也应该认识到，金星是一个我们可以通过规模较小的任务就能抵达的行星目的地，”NASA的科学任务理事会主席托马斯·祖布钦(Thomas Zurbuchen)说。



【155、朱诺号（美国木星探测器）】


朱诺号（Juno）木星探测器是美国宇航局“新疆界计划”实施的第二个探测项目（第一个项目是已于2006年发射的新地平线号探测器）。“朱诺”由美国洛克希德·马丁公司建造，宇航局下属喷气推进实验室负责整个探测任务的运行。

简介

朱诺号木星探测器是美国宇航局“新疆界计划”实施的第二个探测项目（第一个项目是已于2006年发射的新地平线号探测器）。“朱诺”由美国洛克希德·马丁公司建造，宇航局下属喷气推进实验室负责整个探测任务的运行。

2011年8月5日12时25分，朱诺号木星探测器从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空，开始踏上远征木星之旅。

2016年1月13日下午2点（北京时间1月14日凌晨3点），美国朱诺号打破依靠太阳能提供能源的探测器最远航行记录，当时它距离太阳约7.93亿千米，相比较地球到太阳的距离只有约1.5亿千米。

北京时间2016年7月5日中午，美国宇航局召开新闻发布会，宣布已在太空飞行4年11个月的“朱诺”号成功进入木星轨道，这是自2003年“伽利略”号结束木星探测任务以后，13年来首颗绕木星工作的探测器。

科学目标

朱诺号携带的科学仪器套件将确定氢氧比例，有效的测量木星上水的丰度，这将有助于厘清现行理论中有关气体巨星的木星是在太阳系的何处形成。

获得更好的木星核心质量评估，也将有助于厘清气体巨星于太阳系何处形成的现行理论。

精确的绘制木星引力场图，以确定木星内部的质量分布，包括其结构和动态等属性。

精确测绘木星的磁场，评估其起源和结构场，以及在木星的多深处创造出磁场。这个实验也将有助于科学家了解基本物理学的发电机原理。

测绘大气成分、温度、结构、云的不透明度和动力学变化，在所有的纬度上达到压力超过100帕（10MPa；1,450磅/平方英寸）。

探索木星极地的磁层和极光的三维结构和特征。

测量由木星的角动量造成的参考系拖曳，也称为冷泽-提尔苓进动，和可能的广义相对论效应与木星自转连接的一个新测试。

名称由来

探测器的名字“朱诺”是罗马神话中天神朱庇特的妻子。朱庇特施展法力用云雾遮住自己，但是朱诺却能看透这些云雾，了解朱庇特的真面目，因此探测器取这个名字也是借用其寓意，希望它能解开这颗云遮雾绕的气态巨行星隐藏的秘密。

探测历程

朱诺号木星探测器总巡航距离超过7亿1600万公里，速度将超过165000英里每小时（约264000km/h）。在一个地球年的时间里，它会环绕木星33次。

2011年8月5日升空之后，朱诺号的巡航路线会先从地球进行重力助推，在两年后（2013年10月）再会合地球。

“朱诺”在2011年8月5日12时25分发射，“因为地球和木星必须处于适当的位置，这样才能使“朱诺”到达目的地。探测器将于2013年10月利用地球引力飞往木星，预计2016年到达木星轨道，调查木星上冰岩芯是否存在；确定木星上水的含量；大气中氨的含量；研究木星大气对流情况以及探讨木星磁场起源和极地磁层任务计划于2017年10月结束。探测木星期间，探测器将在那里遭受到强烈宇宙射线的照射，强度超过太阳系内除了太阳以外任何有探测器造访过的地方。按照计划，朱诺号抵达木星，它将围绕这颗气态巨行星的轨道运转一年时间，任务期间一共围绕木星飞行33圈，采用极轨轨道在北极到南极之间绕转飞行。这艘飞船上一共搭载了8台载荷设备，用于考察木星的大气层，引力场以及磁场。

2015年7月，美国宇航局发布了一则消息，已经在行星际空间中飞行四年的“朱诺”号探测器预计在2016年7月4日抵达木星。

2016年，它将会进行切入轨道点火，将速度减慢后进入周期为11天的极轨道。

2016年1月13日下午2点（北京时间1月14日凌晨3点），美国朱诺号打破依靠太阳能提供能源的探测器最远航行记录，当时它距离太阳约7.93亿千米，相比较地球到太阳的距离只有约1.5亿千米。

美国国家航空航天局（NASA）发布消息称，朱诺号木星探测器将于美国东部时间2016年7月4日晚进入木星轨道，结束其将近5年的长途旅行。 

北京时间2016年7月5日，美国宇航局“朱诺”号探测器成功进入环绕木星轨道，将展开探寻木星起源的任务。“朱诺”号将环绕木星运行20个月，收集有关该行星核心的数据，描绘其磁场，并测量大气中水和氨的含量。另外，“朱诺”号还会观察木星表面著名的大红斑，一个持续了数百年的风暴，从而揭示其深层的秘密。

北京时间8月27日20时51分，美国“朱诺”号探测器到达木星云层上方4200公里处近木点，以20.8万公里/小时的绕行速度，捕获有史以来分辨率最高的木星巨型云层图像。 

目前朱诺号每53天环绕木星一圈。它原计划在10月19日启动发动机进行变轨，以使轨道周期减少到每14天环绕木星一圈。但由于发动机阀门出现了问题，朱诺号团队将推迟发动机点火直到这个问题被修复。任务团队将辅助推进器点火31分钟，微调了探测器的飞行速度。同日因软件性能问题引起计算机重启，导致探测器进入到保护性“安全模式”。经任务团队“会诊”修复，短暂“卡壳”的“朱诺”号恢复了工作，并将完成12月11日的近木点飞掠任务。

2017年2月2日，美国宇航局“朱诺号”探测器第四次成功飞越木星。此次“朱诺号”探测器达到近木星点最近距离，该探测器距离木星顶端云层大约4300公里。朱诺号探测器的8个科学勘测设备和朱诺相机在此次勘测中收集了大量数据，目前已传送至地球。

2016年10月，抵达木星轨道的NASA朱诺号探测器准备向低轨道机动时出现了故障，轨道机动任务一直被推迟，2017年2月18日NASA在评估各项风险后，决定放弃让朱诺号探测器进入更低的14日木星周期轨道，其将继续维持目前的53日周期的科学轨道并进行更多科考任务。 

2017年2月21日，美国国家航空航天局（NASA）宣布放弃人类里程碑式的木星探测器——“朱诺”号，因为它已经在错误的轨道上滞留了太久时间，团队不会再去寻找让其进入更理想轨道的方式。

功能配置

“朱诺”由美国洛克希德·马丁公司建造，宇航局下属喷气推进实验室负责整个探测任务的运行。“朱诺”是美国宇航局“新疆界”计划实施的第二个探测项目。

“朱诺”号探测器携带着3块太阳能板，每块宽2.7米，长10米，大小相当于拖拉机的拖车。升空后一个小时内，3块太阳能板将慢慢展开，这让“朱诺”号看起来像一台巨型的风车，媒体形象地把这3块太阳能板称为“太阳能翅膀”。2017年4月，也就是环绕木星轨道飞行9个月后，“朱诺”号将超过欧洲航天局的“罗塞塔”号彗星探测器，成为单纯依靠太阳能动力飞行里程最长的航天器。

“朱诺”号太阳能板可提供14千瓦的电力，但进入木星轨道后，提供的电力仅为400瓦，只能点亮少量电灯泡。因此，“朱诺”号上的科学仪器和机载计算机均高度节能，同时研究团队还为“朱诺”号精心设计了环绕木星运行的轨道，使其尽可能多地接收阳光。

携带设备

探测设备

“朱诺”上装有9台探测设备，包括一部广角彩色摄像机，可以向地球发回彩色图像。当朱诺号进入轨道后，红外线及微波探测仪器将会测量来自木星大气层深处的热辐射源。这些观测将会补充及证实先前对木星成分的研究包括探测水及氧的分布。此外，这也会帮助了解木星的起源。朱诺号也会研究造成木星大气层诸多形态及现象的环流。同时，其他仪器会对木星的引力场及两极磁层的数据进行采集。整个朱诺号任务安排在2017年10月完毕届时探测船将已环绕木星33圈，最后会离开轨道并堕入木星中。

测试太阳能板

这种太阳能电池板具有高效的光能利用率，这也决定了其尺寸庞大：长度达到8.9米，宽度2.7米。足以为五只标准灯泡提供电力，如果太阳能电池板面对太阳的角度进行优化，最大可产生12-14千瓦的电力。由于木星以及卫星附近具有强大的高能粒子场，辐射强度超过除了太阳以外任何有人类探测器到达过的地方，辐射带由木星赤道开始，穿过木卫二欧罗巴，向外拓展650000公里所以包括太阳能电池板在内的各种外设和内设都要做好各种屏蔽辐射的处理以承受强烈的X射线的照射。

朱诺还将使用其通讯设备考察木星的重力场，这是其"重力科学实验"项目的一部分。通过发射信号回地球并观察其多普勒效应，科学家们将能够考察木星重力场对信号的影响。

教育计划

作为公众教育计划的一部分，朱诺探测器还将携带3个乐高玩偶一起飞向木星，这三个小人分别是罗马神话中的天神朱庇特(注：Jupiter，即英语中的木星)，朱庇特的妻子朱诺(Juno，即探测器的名字)，以及意大利著名天文学家伽利略，他对木星的观测做出过重要的开创性贡献，包括发现了木星的4颗最大的卫星，它们现在被称为"伽利略卫星"。

事实上，首颗围绕木星运行的探测器便被命名为"伽利略号"，除此之外，此次朱诺探测器还将携带一块由意大利航天局提供的伽利略箴言铭牌，上面有伽利略的头像，以及当年伽利略观测木星时纪录的笔记原文。 

朱诺飞船的科学载荷

朱诺飞船携带的载荷中包括29台感受器，它们将数据传输给9台载荷。其中的8台科学载荷——包括MAG，MWRz，重力科学，WAVES，JEDI，JADE，UVS以及JIRAM设备被归为科学载荷；最后一个JunoCam相机则主要是一台用于教育和公众宣传目的的载荷。

由于朱诺采用的是大椭圆轨道，在其运行时有时候会距离木星很远，有时候则会很近，因此绝大部分的科学探测任务将在轨道上最接近木星的大约3个小时内进行，当然在轨道上其他位置时也会进行校准、一些远距离观测以及磁场探测等科学探测工作。

早在1989年，美国已经发射过一枚“伽利略”号探测器，它在1995年抵达木星，开始围绕木星旋转。为了研究木星大气构成，“伽利略”号探测器还向木星释放了一颗大气探测器。这颗探测器“命运悲惨”，在进入木星大气一小时后，就在与木星大气剧烈的摩擦和强大的压强下被摧毁了，科学家预测它可能直接被融化甚至蒸发，彻底消失在木星大气中。这也将是“朱诺”号最终的命运。

虽然人类之前已经发射过“伽利略”号探测器对木星进行过近距离观测，但是木星仍有磁场、大红斑、核心成分等未解之谜。“朱诺”号此次将携带磁强计、微波辐射计、高能粒子探测器等科学设备对木星进行观测研究。

最后，木星拥有67颗卫星，数量在8大行星中居首。其中木卫二表面存在水，这令科学家怀疑木卫二上是否有原始生命形态存在。

今天，朱诺号就将被木星的引力俘获，成为一颗极地轨道卫星。在为期大约一年的探测后，朱诺号将坠入木星大气，完成自己的使命。不过我们并不能实时看到图像。之所以选择这样的宿命，是因为科学家担心朱诺号可能污染存在原始生命的卫星。距离延时加上信号带宽太小，我们只能静静等待8月份传回的图像，那将是木星有史以来最清晰的“自拍照”。

数百年来人们一直在尝试对这颗星球进行研究，但关于这颗气态巨行星，我们仍然有很多基本的问题有待解答。

木星是如何形成的？木星大气中含有多少水和氧气？木星的内部结构究竟如何？木星的自转更加符合刚体转动，还是在内部不同深度上存在不同速度的自转？木星拥有固态内核吗？如果有，这个内核有多大？木星强大的磁场是如何形成的？木星云层顶部所见的很多大气结构向下延伸多多深，它与木星大气深部运动之间有何关联？木星极光产生的机制是什么？

巨大星球厚厚的云层和剧烈的风暴下方，依旧隐藏着许许多多有关这颗巨大行星的身世，以及整个太阳系形成历史的未解之谜，这些让人类困惑的问题，朱诺将一一讲给我们。

最新信息

近日，NASA木星探测器“朱诺号”拍摄的木星照片。美国宇航局公布木星北极与其南部极光的第一批珍贵高清照片。这是人类有史以来看到的最清晰的木星特写照，由木星探测器“朱诺号”首次从最近距离飞掠木星时拍摄。

“朱诺”号将环绕木星运行20个月，收集有关该行星核心的数据，描绘其磁场，并测量大气中水和氨的含量。另外，“朱诺”号还会观察木星表面著名的大红斑，一个持续了数百年的风暴，从而揭示其深层的秘密。

“朱诺”号有望揭开木星神秘面纱

7月5日，美国“朱诺”号探测器成功进入木星轨道，成为迄今人类距离木星最近的航天器。在它之前，“先驱者10”号、“先驱者11”号、“尤利西斯”号、“伽利略”号等8个探测器都曾造访木星。是什么吸引数量众多的探测器“前赴后继”？这次探测任务都有哪些看点？据“朱诺”号项目首席研究员斯科特·博尔顿介绍，“朱诺”号此次进入的是53.5天周期轨道，而不是进行科学考察的14天周期轨道。“朱诺”号要先在这个轨道围绕木星飞行2圈，10月19日左右再次点燃主引擎，进入14天周期科学考察轨道。在未来20个月的时间里，“朱诺”号将围绕木星飞行37圈，用搭载的9台科学载荷仪器对木星进行探测。“通过‘朱诺’，我们可以调查木星巨大的辐射带，可以深入了解这颗行星的内部，还可以了解木星是如何诞生的，以及整个太阳系是如何演化的。”美国国家航空航天局局长查尔斯·博尔登在宣布“朱诺”号成功进入木星轨道的声明中说。“朱诺”号上的重力探测器将帮助科学家探查木星的内部结构；磁强计能绘制出木星磁场详细的立体结构图，探寻木星时速高达618公里大风的肆虐之源；微波辐射计能穿透木星的云层，深入其内部，分析木星气体的成分和运动情况。科学家们相信，“朱诺”号收集到的数据可能会使人们对木星、对太阳、对生命本身的理解等产生飞跃性的变化。在科学意义之外，中国科学院国家天文台的行星科学专家郑永春还很关注项目的工程难度。对于“朱诺”号来说，去一趟木星并不容易。先要克服地球重力，飞离地球后还得克服太阳引力。靠近木星后，需要通过点燃主发动机进而被木星引力捕获减速，才能进入木星轨道。在绕着木星飞行时，必须小心避免木星周围的强辐射和碎片区。在太空飞行59个月，跨越了27亿公里后，“朱诺”号成功进入木星轨道。为了确保“朱诺”号能顺利进入木星轨道，美国国家航空航天局提前关闭与进入轨道无关的所有设备，并让探测器执行了35分钟的入轨动作。为了应对木星周围恶劣的辐射环境，科学家为“朱诺”号量身打造了一个重达180公斤的“钛装甲护盾”，还对探测器上的处理器和电路经过特殊的防辐射处理，并使探测器环绕木星的轨道以避开辐射强度最大的区域。美国宇航局已经批准对“朱诺”号的科学运行进行更新，更新将持续到2021年7月。这将使“朱诺号”在围绕木星的轨道上再多停留41个月，使其能够实现主要的科学目标。

研究成果

木星上有各种深色的条带，它们实际上是大气内的云层。由于可见光无法穿透这些云层。我们之前没法弄清楚在云层下方发生了什么。然而朱诺号携带了多种微波设备，能够分别探查云内不同高度层面上的情况。如果我们最后将所有的结果拼在一起，这些仪器就能帮我们有效地逐层剥开云层，如同剥洋葱那样告诉我们云层内部的情况。基于微波数据，艺术家做出了想象图，图上为我们揭露了云层的一个鲜明的特征：有些条纹直到云层深处依然可见。

Bolton在天文学会上的一次演讲中提到，8月27日对极光的测量结果中没有一项同我们的预期相符。探测器在飞越极光的过程中打开了多种探测器，但大家期待的东西没有出现，而大家没有想到的却来了。Bolton表示，他们正在整理数据。显然我们得搞清楚木星极光这个复杂的系统。除此之外，在朱诺号加速向木星飞去的过程中，行星磁场的测量读数一直与行星模型的预测吻合的很好。但是在探测器将要抵达近木点的最后几分钟里，读数一下子与预测值出现了巨大的差异，显示实际磁场比预期的要强得多。

Bolton表示，这意味着木星内部磁场远比我们想象的要复杂。当然了，Bolton也强调，此前从未有探测器来到过如此接近木星的地方，而朱诺号的任务就是收集数据来测试这些模型。更多的惊喜则来自对木星重力场的先导测量。Bolton表示，先前构建了行星内部重力场模型的朱诺号团队成员已经准备好根据新收集到的数据重做模型了。行星内部的重力场守护着许多秘密，解开这些秘密将帮助我们更好地了解木星。 

世界纪录

最远的太阳能宇宙飞船：“朱诺号”飞行距离超过了由欧洲航天局罗塞塔于2012年10月创造的7.91亿公里距离。

运行速度最快的宇宙飞船：朱诺号的第二个纪录创造于2016年7月4日，那时它受到了来自木星的巨大引力。这个气态巨行星的巨大引力能够让正在移动的探测器速度达到每小时26.5万公里，这使得“朱诺号”成为运行速度最快的宇宙飞船。 

依靠太阳能提供能源航行最远的探测器：美国国家航空航天局的太空探测器“朱诺号”绕木星运行时，它已远离太阳达8.1662亿千米。（吉尼斯世界纪录）



【156、朱诺号收集了一千六百多个木星“哨声”】


2018-06-09 科技日报

英国《自然》杂志和子刊《自然·天文学》杂志6日同时发表两篇天文学论文，报道了美国国家航空航天局（NASA）“朱诺”号探测器所揭示的关于木星闪电分布和发生频率的新见解；并公开了迄今最大规模木星闪电“哨声”数据库，其获取的信号是当年“旅行者1号”记录的10倍。

NASA的“旅行者1号”于1977年9月5日发射，截止到2015年7月仍然正常运作。1979年，“旅行者1号”在木星周围探测到特低频无线电信号发射，因为类似于降调的吹口哨的声音而被称之为“哨声”。

研究认为，该“哨声”源于这颗气体巨行星大气层中的闪电。大多数木星探测器在木星上都发现了闪电，尽管搜索的是兆赫兹范围内的信号，但它们是通过夜间光学成像或低频（千赫范围内）的无线电波发现的。

此次，NASA喷气推进实验室科学家香农·布朗及其同事，发表了关于600兆赫高频木星闪电大气干扰（或者称为天电，sferics，即宽带电磁脉冲）的观测结果，表明木星上的闪电放电不像之前认为的不同于地球上的闪电——其频率可达到千兆赫范围。研究人员发现，木星上的闪电在极地附近和北半球更为常见，而赤道上没有，这意味着湿对流向两极增强。这些发现可以帮助我们更好地理解木星的组成、大气循环和能量流动。

在《自然·天文学》发表的另一项研究中，捷克国家科学院的研究团队展示了迄今为止最大规模的木星闪电“哨声”数据库，其中包括1600多个信号，几乎是“旅行者1号”记录的10倍。他们检测到的雷击最高频率是每秒4次——类似于地球上观测到的雷暴频率，并且比“旅行者1号”探测到的峰值高6倍。

总编辑圈点

“行星之王”木星颜值很高，但内部其实非常恐怖。譬如说木星闪电，电流就比地球上最强的闪电还要强1万倍。这些闪电，科学家们已经预言了几个世纪却一直没能力验证，直到1979年“旅行者1号”将其记录并证实。现在，“朱诺”号独特的轨道使得它与历史上任何航天器相比，都距离木星更近。因此，它不再仅仅是个“记录者”，还帮助人类前所未有地分析着木星。



【157、朱诺号首次近观木星“大红斑”，仅9000公里！】


2017年07月12日 科技日报

北京时间7月11日上午9时55分，美国国家航空航天局（NASA）的“朱诺”号木星探测器经过近木点，正式飞掠太阳系著名风暴系统——木星“大红斑”，将在其上空约9000公里的地方飞过。NASA一位发言人称：“这将是人类首次近距离观察这个巨大的风暴，这场风暴从1830年就已经被人类发现，它或许已经存在了超过350年。”

“大红斑”是一种涡旋风暴，对它的观测持续了几百年。借助卫星和地基望远镜的观测，我们已经知道，风暴的直径比地球还大，但却呈现不断缩小的趋势。它一直是木星最为鲜明的标志物，科学家和天文爱好者对它的形成和发展，充满了好奇心。

当“朱诺”号经过近木点时，再飞行11分钟33秒，大约飞行39771公里，就直接位于“大红斑”的上方。此时，“朱诺”号探测器载荷的9个仪器将同时启动，这些设备将透过云层获取“大红斑”多项数据，重点考察其风暴深度，以及涡旋的运行机制。

在“朱诺”号执行任务期间，为了与其协同观测，一批地基观测设备一并将“目光”对准了这位太阳系行星之王，获得了木星及其“大红斑”的系列图像，取得了重要的木星大气数据和系列成果。

其中，今年5月18日，夏威夷毛纳基山上，美国大学天文联盟建设的双子座北部望远镜和日本国家天文台在那里建造的昴星望远镜，同时以不同波长的高分辨率“望向”木星，最新观测结果补充了此前获得的木星大气动力学研究成果。

NASA官网此前报道称，双子座北部望远镜通过特殊的近红外滤光片观察木星，发现其大气中显露出甲烷和氢气的混合物；而昴星望远镜的冷中红外相机和光谱仪，则对木星大气不同高度的温度比较敏感，观察结果显示，在“大红斑”内部，越向中心越冷阴多云，外缘则更暖和，但其西北部地区异常动荡和混乱。

“朱诺”号木星探测器是NASA“新疆界计划”的探测项目，2011年8月5日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角点火升空，开始踏上远征木星之旅。今年7月4日，“朱诺”号已在木星轨道上飞行整整一年，绕行轨道达1.145亿公里。（记者房琳琳）



【158、朱诺探测器在木星黑夜结束前拍到一道神秘的光环】


2021-03-18 星空天文

木星这个行星之王身上隐藏着人类难以理解的强大力量。木星和地球一样有极光，但木星极光和地球上的极光比更为壮观。

有一种木星极光只出现在木星的黎明之前，被称为“黎明暴（dawn storm）”。这是一种在木星南北两极都会出现的极光，极为明亮，但持续时间很短。

一直以来都没有探测器在木星的夜面拍到过“黎明暴”的全貌，天文学家只能通过地面望远镜，或者在地球轨道上飞行的太空望远镜，对“黎明暴”进行侧面观测。而最近，朱诺探测器首次在木星的夜面拍到了“黎明暴”在黑夜中产生的过程。

研究人员发现，“黎明暴”在木星的夜面产生后，会随着行星的自转进入木星的昼面，并变得更加明亮，释出更强的紫外线。“黎明暴”向木星上层大气释放出的能量是普通木星极光的10倍以上。

研究人员还发现，“黎明暴”和地球上的“亚暴（substorm）”十分相似。

“亚暴”是地球磁层短暂扰动的产物，会向电离层释放能量。而这二者的相似性却令科学家十分惊讶：因为木星磁层和地球磁层的形成机制是不同的。地球磁层是太阳风和地球磁场共同作用的产物；而木星磁层是木卫一火山释出的大量粒子被木星磁场俘获电离的产物。

这些发现将帮助天文学家以整个太阳系行星为背景，拓展对极光形成机制的认识。而随着朱诺探测器木星探测任务的继续，或许还会有更多的奥秘会被发现。



【159、专家探测太阳系外行星光线 或揭飞马座51b谜团】


2015-04-23 参考消息网 

核心提示：飞马座51b是天文学家非常熟悉的研究对象，因为它在1995年成为第一颗被发现的围绕类似太阳的恒星运转的系外行星。

参考消息网4月23日报道 外媒称，位于智利安第斯山区的天文望远镜日前首次探测到来自另一个太阳系的一颗行星的光线。这一发现有助于揭开飞马座51b的体积、轨道和大气等方面的谜团。飞马座51b是一颗位于飞马座，距离地球约51光年的系外行星。

据西班牙《先锋报》4月22日报道，这一发现至关重要，因为使用了直接探测系外行星信号的新技术，有助于推动此类星体的研究。

飞马座51b是天文学家非常熟悉的研究对象，因为它在1995年成为第一颗被发现的围绕类似太阳的恒星运转的系外行星。但是迄今无人能够捕捉到来自这颗行星的任何直接信号。它的存在是通过对恒星施加的引力作用而推断出来的。在行星绕着恒星运转的过程中，恒星会略微朝向和远离地球。

根据它的恒星的周期性振荡，可以推断出这颗行星每隔4天公转一周，因此它很可能距离它的恒星非常近，表面温度大概在1000摄氏度左右。还推断出它的质量应该大于土星。

发表在《天文和天体物理学》周刊上的最新发现指出，飞马座51b的质量相当于木星的一半，从地球上看，它的轨道有9度的倾斜度。从它的恒星反射的光线总量来看，虽然质量小于木星，但体积应该大于木星。

能够取得这些进展要得益于欧洲南方天文台的探测工具高精度径向速度行星搜索器（HARPS），而探测结果是基于多普勒效应：当一颗恒星远离地球时，到达地球的辐射会变得更红，当恒星靠近地球时，辐射变得更蓝。在来自于飞马座，每4天振荡一次的信号中，研究人员辨认出另外一种更微弱，但向着红色或蓝色的移动更突出的信号。

振幅加大是因为这种更微弱的信号来自于比恒星移动更快的星体。因此，这个信号应该来自于这颗行星，是恒星反射的光线。

研究负责人、葡萄牙波尔图大学天体物理学家若热·马丁斯说：“这项技术非常重要，因为它有助于测量行星的质量及其轨道的真实角度。也有助于我们推算它的反射率，并用来推断其表面和大气的组成。”（编译/何冰）

（延伸阅读）飞马座“小宽边帽星系”：距地球4000万光年

该星系也被称为“小宽边帽星系”，因为它的外观与著名的M104星系、即“宽边帽星系”十分相像。

NGC 7814星系距离地球约4000万光年，宽度为6万光年，与M104星系尺寸差不多。但由于它比M104星系距离更远，所以看上去显得较小较暗。

（2015-02-10）

（延伸阅读）外媒：天文学家探测到首个太阳系外行星环

中新网1月28日电 据外媒27日报道，天文学家探测到首个像土星一样拥有环状系统的太阳系外行星。这一光环十分巨大，如果“套”在土星上，我们会在夜晚看到比满月大数倍的光环。

这一行星名为J1407b，距离地球420光年，围绕褐矮星J1407运转。它拥有30多个光环，光环总直径达1.2亿公里，是土星环的200多倍。

荷兰莱顿天文台和美国罗切斯特大学的研究人员表示，他们在J1407b的光环中至少发现了一个清晰的间隙，这应该是形成卫星后留下的痕迹，其质量在地球与火星之间

科学家预计，J1407b行星的光环在未来几百万年里会逐渐变厚，最终消失，凝聚成许多大的卫星。

（2015-01-28 09:12:00）

（延伸阅读）“第二地球”不易找：系外行星可能极其缺水

新华网华盛顿7月24日电（记者林小春）在太阳系外寻找“第二地球”比此前认为的要困难得多。多国天文学家24日说，他们利用哈勃太空望远镜观测了3颗绕着类似太阳的恒星运转的遥远行星，虽然确实找到了水，但贫乏程度“令人相当吃惊”。这一发现对现有行星形成理论提出严重挑战。

“基本上，这说明行星形成理论遇到了大麻烦，”领导研究的英国剑桥大学尼库·马杜苏丹说，“我们期盼着在这些行星中找到大量的水。但现在我们不得不重新讨论巨行星尤其‘热木星’的形成与迁移模型，研究它们是怎么形成的。”

“热木星”是指大小与木星相当，但温度极高、运行轨道距其绕行恒星非常近的气态巨行星。最新研究的3颗行星距地球60至900光年，围绕着类似太阳的母星运转，表面温度介于815摄氏度到2200摄氏度，是典型的“热木星”，其大气被认为是寻找水蒸气的理想之地，但结果只有行星形成标准理论所预测水平的千分之一到十分之一，“几近干涸”。

这3颗行星分别代号为HD209458b、HD189733b和WASP-12b，其中第一颗接受了迄今对系外行星化学成分最高精度的测量，测到的大气水蒸气含量介于4到24ppm（1ppm为百万分之一）之间。马杜苏丹说：“我们现在能以比以前大得多的确定性宣布，我们已经在系外行星找到了水。但是，其含量之低令人相当吃惊。”

马杜苏丹说，这一发现意味着，未来我们寻找潜在宜居的地球大小的系外行星时，“可能得准备面临其含水量比预想低得多的情况”。

根据现有的行星形成理论，行星是在年轻恒星周围由氢、氦、冰和尘埃粒子组成的尘埃星盘中形成。这些粒子聚集在一起日益增大，直到在引力作用下形成一个固体核，继续吸引周围的尘埃和气体后形成巨大的行星。在这个过程中，行星大气的氧应该大体上以水蒸气的形式存在。但马杜苏丹及其美国与加拿大的同行发现水蒸气含量极低，给这一理论“提出了许多问题”。

这一发现发表在新一期《天体物理学杂志通讯》上。参与研究的美国马里兰大学的德雷克·德明说：“关于系外行星，我们还有许多未解之谜，因此这一发现开启了研究行星和太阳系形成的新篇章。”

（2014-07-25）

专家探测太阳系外行星光线 或揭飞马座51b谜团（5）

2015-04-23 15:50:52 来源：参考消息网 责任编辑：雷璟

核心提示：飞马座51b是天文学家非常熟悉的研究对象，因为它在1995年成为第一颗被发现的围绕类似太阳的恒星运转的系外行星。

（延伸阅读）法新社：科学家发现类地球系外行星证据

参考消息网10月14日报道 天文学家剖析了远方的一颗碎裂行星，首次同时发现了水和岩石表层迹象。寻找外星生命的科学家们为此兴奋不已。

据法新社10月10日报道，英国天文学家在美国《科学》周刊上发表报告称，大约150光年以外的一个行星系似乎曾经具备适合生命存在的条件，类似地球的行星也许曾围绕一颗被称为GD61的恒星运行。

“这个环绕母恒星余烬旋转的行星墓地提供了有关其以前生命的丰富信息，”报告作者之一、沃里克大学物理系的鲍里斯·根西克说。

大约2000万年前，GD61的能量尽失，开始以其强大的引力吞噬附近的行星，把它们嚼成了碎片。

于是这颗类似于太阳的恒星成了人们所说的白矮星，也就是被行星残骸包围的垂死恒星。

天文学家通常会研究活着的恒星以及它们周围的行星来寻找与母恒星相距不太远且不冷不热适宜居住的其它世界。

但美国航天局（NASA）“开普勒”探测器的几个重大发现都局限于这个所谓“宜居带”行星的大小和密度。

它们的成分——是像地球一样布满岩石还是像木星一样呈气态——始终是个谜，因为天文学家无法靠近它们去观测其表面或内部。

最新分析着眼于一个已经碎裂的死亡行星，因此科学家们得以分析碎片并真正看见其内部。

报道称，以前的研究探索过以这种方式绕白矮星运行的12颗已经被毁的太阳系外行星，但从未发现过水的痕迹。

利用紫外光谱法数据，科学家们证实了这些碎片从质量来看含有约26％的水，远远高于地球的0.02％。

研究团队在这颗白矮星的大气中检测出镁、硅、铁和氧，构成岩石的主要元素。

含氧比例之高表明了水的存在。

“这两个要素——岩石表层和水——是在太阳系以外寻找宜居行星的关键，因此首次在我们太阳系以外同时发现两者非常令人兴奋，”根西克说。

这一研究结果依据了“哈勃”太空望远镜和夏威夷冒纳凯阿山凯克天文台对太阳系以外行星进行观测的数据。

研究人员认为，这些水来自一颗小行星，其直径在90公里以上。

“在一颗较大的小行星里发现水意味着GD61系统中曾经存在、也许至今仍然存在宜居行星的基础材料，大量类似的母恒星周围也可能存在，”来自剑桥大学天文研究所的报告主笔杰伊·法里希说。

他表示：“我们的研究结果证明，这个太阳系外系统无疑有可能存在宜居行星。”

虽然这带来了有朝一日找到其他有生命行星的新希望，却也提醒人们思考地球的未来，也许在60亿年以后，外星天文学家会研究我们太阳系的碎片。（编译/何金娥 2013-10-14）



【160、最新：升级后的星舰SN15进行低温测试】


2021-04-13 马特斯拉

星舰SN15首次进行低温验证测试，上图为升级后的钢制火箭正在装载数百吨的超冷液氮（LN2）。

结果，这架高50m（165 ft）的航天器和上层原型已经形成了一层冰霜，因为其极冷的燃料确实将潮湿的南德克萨斯州空气冻结在其钢皮上。请密切关注Starship SN15在其首次“防冻”期间的性能更新，以及这对发动机安装和下一次重大测试（三猛禽静态射击）的意义。

相对于较晚的全尺寸前身SN8，SN9，SN10和SN11，“升级”了数百次，因此SN15很有可能成为SpaceX首次成功完成高空星舰发射和着陆的关键。

上个月星舰SN10设法降落了一次，而它和它的三个姊妹原型机都成功达到了名义上的10-12.5公里（6-8英里）远地点，平均进行了六分钟以上的受控飞行，并重新启动了至少三架猛禽中的一架引擎没有问题，SN10在着陆后数分钟便爆炸，其他船在着陆前10至30秒遭受了各种自身故障。至少有一个原型机损失（Starship SN9）可以归咎于两个猛禽发动机之一无法正确点火。

在先进的增压系统出现问题后，Starship SN8首次尝试就完全触地之前几秒钟，Rapto发动机燃料外泄，无法启动。星际飞船SN10硬着陆-部分导致其爆炸-因为为解决SN8出现的增压问题而实施的快速修复SpaceX导致猛禽发动机吸收了氦气，从而大大降低了其推力和性能。首席执行官埃隆·马斯克（Elon Musk）认为，SN11的更早死亡是由于一台Raptor发动机上的高压甲烷泄漏造成的，该泄漏破坏了航空电子设备，并导致着陆燃烧着火时硬着陆和剧烈爆炸。

尽管许多（如果不是大多数）Starship SN15的无数升级可能是在发现大多数SN8-SN11故障模式之前就开始的，但SpaceX不太可能对已经意识到潜在的所有弱点并进行修复。该公司的理念在很大程度上与软件行业中流行的敏捷开发相吻合，即开发最低限度可行的产品，然后进行反复的测试和改进，直到给定的产品可靠地实现其所有基本目标为止。

现在，由星际飞船SN15（以及SN16，SN17，SN18以及可能的SN19）扛起大旗前进，并向实现可靠，可重复使用的，摩天大楼高的航天器和更高阶段的目标展示明显的进步。为此，SN15必须首先充当这些升级的探路者，首先要进行现场资格测试。

其中的第一个——可能是使用液氮的低温验证测试-计划最早于今天进行，从现在起到CDT（UTC-5）晚上8点之间的某个时间进行。请继续关注更新，因为“星际飞船SN15”（希望如此）首次结霜。



【后记、来一趟说走就走的宇宙旅行，可能吗？】


2019-06-29 00:00

以前一说到天体行星，大家脑海中首先出现的应该都是高中地理枯燥乏味的名词们。

对于神秘的外太空世界，似乎不只是科学家们在探索，年轻人们也有了“仰望星空”的想法。

而在腾讯视频独播的BBC年度纪录片《行星》中，不仅能看到科幻片般宏大的宇宙蓝图，还能感受到许多不一样的人生哲学。

不同于许多科教片的冗长，这部纪录片一共只有5集，每一集都有弹幕表示一帧都不想快进，且看且珍惜。

观众对这部纪录片的迷恋程度不亚于追剧的原因就在于它真的通俗易懂。

教授在科普太阳系中八大行星的时候非常善用比喻，用几颗小石头就帮我们捋清了这几颗星星的位置以及体积大小。

在太阳系形成初期，行星们为了争夺最佳位置而互相碰撞，最终形成了四个比较相似的星球，我们叫他们类地行星。

孪生兄妹金水地火

地球和她的三个兄弟姐妹，性格却并不相同。地球和火星性格躁动，金星与水星却相对温和。

在太阳系形成早期，火星上的环境温暖湿润，有海洋有山脉，再经过亿年的发展，可能就是今天的地球也说不定。

初期的地球却是干燥复杂，且充满毒气，孕育生命体的条件她一个都不符合。

然而木星作为地球的亲爹，自然不能允许先天条件优秀的火星超过地球，于是开始用自己的磁场强烈干预火星的运行。

在木星强大掌控下表面积只有地球四分之一的火星毫无招架之力，自身磁场迅速分崩离析。

而后木星的引力偏离又导致围绕在他身边的小行星脱离轨道，砸向地球，从而造成了地球上恐龙等生物的灭绝。

如果小行星没有因为木星的引力脱轨撞向地球，恐龙就不会灭绝。恐龙不灭绝的话，地球上也就不会产生人类了。

几十亿年前地球的一场灾难对恐龙来说就是灭顶之灾，而对人类来说却是新的希望。

这才让地球一跃成为八大行星中的C位，目前已知的唯一出现人类生命的星球。

严父慈母木星土星

木星爸爸作为太阳系出现的第一颗行星，质量体积最大。身边有79颗天然卫星环绕，是已知天然卫星环绕最多的行星，处于食物链顶端的就是他了。

然而青壮年时期的木星性格十分暴躁，横冲直撞。

先是在谷神星形成阶段扼住他的咽喉，用自身引力使他99%的物质瓦解。

而后又有预谋地在靠近太阳的过程中带走内太阳系的一部分物质，只留下一些行星形成时的少量物质。

其他行星稍有不乖立马严加处置，比如前面由于早期太张扬而惨遭木星爸爸毒手的火星。

在火星形成之初就因为营养不良个头长得非常小，结果还是逃不掉被木星扼杀的命运。

木星的CP是土星，在一系列复杂的引力作用下，土星终于把木星调回到跟她一个频率上了。

这对CP还有个名字叫“气态巨行星”。意思就是这两颗星球都比较大，而且主要元素都是气体。

土星就像一个慈母，用自己的力量感化木星，带着他重新回到原来的位置，离地球远一点，毕竟“距离产生美”在父子之间也是适用的。

木星爸爸甚至还在迁徙回去的途中，通过冰质小行星碰撞给地球带来了很多的水，简直就是感天动地的父子情了。

土星妈妈真的集美貌与智慧于一身，知书达理又温柔，爱了。

在随后的几十亿年里，木星凭借它强大的引力吸引着外太空试图冲撞地球的小行星和彗星们，给地球带来和平与安宁。

然而我们也不用盲目感谢木星，毕竟这颗暴躁的星球至今为止也不是很稳定。

打个比方，如果木星不存在，威胁地球的小行星只有10颗，而木星存在的话被他吸引过来的小行星可能有100颗，而他拦截了80颗。

这样看来木星的存在是不是对地球的威胁更大了？

从科学家的推测来看，如果不是土星极力减缓木星靠近太阳的速度并拉回正轨，火星的昨天可能就是地球的明天了。

海王星和天王星作为远方亲戚一个温柔一个高冷倒也相安无事。

海王星作为八大行星中离太阳最远的一位，性格有些自闭但也有一颗躁动不安的心。

他的身上充满了风暴和旋涡，有时风速甚至达到超音速级别，让人心生恐惧。

但海王星可能很有自知之明，干脆躲到太阳系最远的地方谁也不见。

天王星算是靠近海王星的唯一邻居，却十分高冷，表面温度常年维持197.2度。

看完这部片子之后最直观的感受就是在无穷尽的宇宙面前人类自身太渺小了。

在我们看来人类是经过漫长的进化才达到了现在的文明，而宇宙的形成时间用亿来计算怕也是很短的计量单位。

银河系的总质量是几十亿年形成的太阳系的1.5万亿倍，而太阳系只是银河系众多恒星系统的一个。

为了土星的探索事业献出一生的“卡西尼”探测器，令人唏嘘。

它记录了土星风暴，见证了人类第一次观测土星环形成，传输了土卫二的地下海洋的证据后，最终壮烈牺牲在了土星上，完成了它意义非凡的一生。

卡西尼在20年间， 完成轨道圈数294次，执行了250多万个命令，拍摄了45万多张照片，向地球发来635GB的科学数据和资料 ，带我们更进一步地了解了土星。

在“卡西尼”探测器的背后是无数科学家夜以继日的计算和研发。发射的方向和力量都要计算得准确无误，向金星、地球、木星借力的时间、位置都要一次性计算完成。

我们发射到外太空的火箭会遇到很多未知的麻烦，比如和突然经过的小行星相撞或者被其他星球引力吸引偏离原始轨道。

1986年1月28日，“挑战者”号航天飞机在肯尼迪航天中心发射后升空爆炸，7名宇航员全部丧生。

2014年10月29日，美国国家航空和航天管理局一枚无人火箭在美国弗吉尼亚州爆炸。

虽然失败了很多次，但在探索途中我们也证明了火星上曾经也出现过适合生命存活的特征。

毕竟世界这么大，我们才看了一个太阳系而已。而这些未来的课题，都需要一代一代成长起来的科学家们共同奉献智慧。

未知的宇宙能激发人无限的潜能和想象力。从古至今，人类对太空的渴望从未停止。

简单来说这个理论如果真实存在，我们就可以像《复联4》里一样进入量子物理平行世界，实现时间旅行。

在电影《源代码》中也反复运用时间穿梭的方式来找到凶手的桥段。

科技发展加快，说不定我们探索太阳系以外的星系都是指日可待的。我们身边怀揣梦想的每一个年轻人都有可能成为下一个进入外太空的人。

地外星球上目前已知拥有丰富的矿物质能源和水资源，与其被动等待地球上有限的资源耗尽还不如主动出击放眼太空，去更广阔的天空寻找解决办法。

有的人也许会问，在其他星球上发现了生命对我们又有什么意义呢？

纵观中国以前的纪录片，大部分都热衷于向世界展示中国上下五千年的历史文化，大好河山，而很少提及现实生活中的焦点问题。

而这部BBC出品的《行星》和腾讯视频合作的方式也让中国的制作方更靠近国际化纪录片的水准。

原先或许我们想要接触到这些纪录片并不容易，但这一次，腾讯视频把BBC这部优秀的纪录片引进了国内，给年轻人提供了仰望星空的机会。

这部星空纪录片更像是一部科幻大片，八颗行星是主角，把上亿年各自的故事娓娓道来，而布莱恩教授则更像是辅助他们讲故事的解说。

这部耗时两年制作完成的纪录片在制作过程中请教了近30名科学家，力求每个陨石划过的角度、方位都正确。

腾讯视频还推出了《火星时代2》《宇宙时空之旅》《宇宙的奇迹》《超乎想象的宇宙》等豆瓣高分佳作，称为“星空旅行季”。

谢选骏指出：这趟“说走就走的宇宙旅行”刚刚开始——结果就是武汉肺炎的全球大流行！如果人们真有能耐随时随地上天入地，那地球还不被人潮挤爆、立即就地正法了？说走就走的宇宙旅行，可能吗？除非那是世界末日。



（另起一页）


【161卷】


宇宙朝圣导论

Cosmic Pilgrimage Introduction


《宇宙朝圣》第一卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume One


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第161卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 161


内容提要

如果我们不能用一种朝圣的态度和方式去从事宇宙探险、宇宙旅行和宇宙殖民，那么其结果一定是极为悲剧的。

Synopsis

If we cannot use a pilgrimage attitude and method to engage in space exploration, space travel, and space colonization, then the result must be extremely tragic. 



【162卷】


无垠宇宙

Boundless Universe


《宇宙朝圣》第二卷

Cosmic Pilgrimage Volume Two


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第162卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 162


内容提要

宇宙像一个万花筒，随着人类的观测能力而不断延伸……


Synopsis

The universe is like a kaleidoscope, continuously extending with the observation ability of human beings... 



【163卷】


外星生命

Alien Life


《宇宙朝圣》第三卷

Cosmic Pilgrimage Volume Three 


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第163卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 163


内容提要

能够抵达地球的外星人，比地球人类更善良还是更凶残？


Synopsis

Aliens who can reach the earth are kinder or more cruel than human beings on earth?



【164卷】


地球母亲

Mother Earth


《宇宙朝圣》第四卷

Cosmic Pilgrimage Volume Four


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第164卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 164


内容提要

以往关于“天堂”的思想，体现的恰恰是类似地球般的温柔的蓝色；而宇宙空间的多数色彩，反而是类似“地狱”般的黑暗的，或是类似“炼狱”般的炽热的。

Synopsis

In the past, the thought of "heaven" reflected the gentle blue like the earth; but most of the colors in the universe were dark like "hell" or hot like "purgatory".



【165卷】


走向太空

Go To Space


《宇宙朝圣》第五卷

Cosmic Pilgrimage Volume Five


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第165卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 165


内容提要

走向太空是划时代的一步，与此同时，互联网整合了地球——这不能说是一个简单的巧合。


Synopsis

Going to space is an epoch-making step. At the same time, the Internet has integrated the earth-this cannot be said to be a simple coincidence.



【166卷】


登陆外星

Alien Landing


《宇宙朝圣》第六卷

Cosmic Pilgrimage Volume Six


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第166卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 16


内容提要

人类可以登陆月球，人造物体可以登录火星，而不仅仅是一次性地坠毁勘探。


Synopsis

Humans can land on the moon, and man-made objects can land on Mars, not just crashing and exploring all at once.



【167卷】


太阳系

Solar System


《宇宙朝圣》第七卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Seven


内容提要

太阳系是人类和人造物体目前可以到达的极限，就像宇宙为人类预先划定的一个鱼缸——你们可以看到外面的世界，但是你们到达不了外面的世界。

Synopsis

The solar system is the current limit that humans and man-made objects can reach, just like a fish tank pre-delineated by the universe for humans-you can see the outside world, but you cannot reach the outside world.



【168卷】


拟人天象

Anthropomorphic Astrology


《宇宙朝圣》第八卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Eight


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第168卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 168


内容提要

宇宙物质的分布，从太阳系、银河系、星系团（群）到超星系团，仿佛构成一个又一个“阶梯”。……当天文学家测量出相对于宇宙微波背景辐射（CMB）的运动时，莱登-贝尔等人（1988年）猜测有个"巨引源"，但是他的本质为何仍然难以理解。……在我看来，上述宇宙的结构好像进行着觐见礼。这是宇宙规模的朝圣历程。我把这叫做上帝的奇迹。上帝让我们到这世界上来，就是为了让我们能够见证这样的业绩。


Synopsis

The distribution of cosmic matter, from the solar system, the Milky Way, galaxy clusters (groups) to super galaxy clusters, seems to form one "staircase" after another. …When astronomers measured the motion relative to the cosmic microwave background radiation (CMB), Leiden-Bell et al. (1988) speculated that there was a "giant attractor", but its nature is still difficult to understand. ...In my opinion, the structure of the above-mentioned universe seems to be undergoing an audience meeting. This is a pilgrimage on a cosmic scale. I call this a miracle of God. God asked us to come to this world so that we can witness such achievements.



【169卷】


黑洞内外

Inside and Outside the Black Hole


《宇宙朝圣》第九卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Nine


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第169卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 169


内容提要

“暗能量掌握了宇宙的终极命运”——这也许不是一个疑问，而是一个答案。因为“看不见摸不到的暗能量”，似乎更能接近圣经所说的“有眼却不能看，有耳却不能听”的上帝真理。于是在我看来，并非看不见摸不到的暗能量掌握了宇宙的终极命运，而是看不见摸不到的暗能量更加接近掌握了宇宙的终极命运的上帝旨意。


Synopsis

"Dark energy has mastered the ultimate destiny of the universe"-this may not be a question, but an answer. Because "the dark energy that cannot be seen or touched" seems to be closer to God's truth that the Bible says that "have eyes but cannot see, and ears but cannot hear". So in my opinion, it is not the invisible dark energy that controls the ultimate destiny of the universe, but the invisible dark energy is closer to the will of God that controls the ultimate destiny of the universe.



【170卷】


新的地心说出现了

A New Geocentric Theory Appears


《宇宙朝圣》第十卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Ten


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第170卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 170


内容提要

新的地心说出现了——地球是宇宙观测的中心。对于人类来说，事情只能如此。因为人类不可能到太阳上观测宇宙，也不可能前往银河中心进行活动，所以，日心说和银心说，都是臆测甚至是妄想。宇宙或许没有中心，但地球显然是宇宙观测的中心。

Synopsis

A new geocentric theory appeared-the earth is the center of cosmic observation. For humans, things can only be so. Because it is impossible for human beings to observe the universe from the sun, nor to go to the center of the galaxy to carry out activities, the heliocentric theory and the galactic center theory are all speculations or even delusions. The universe may not have a center, but the earth is clearly the center of cosmic observation. 


（另起一页）


书名

走向太空

Go To Space


《宇宙朝圣》第五卷

"Cosmic Pilgrimage" Volume Five


作者

谢选骏

Xie Xuanjun


出版发行者

Lulu Press, Inc.

地址3101 Hillsborough St.Raleigh, NC 27607—5436 USA


免费电话1—888—265—2129

国际统一书号ISBN:

定价US$最低


2021年7月第一版

July 2021 First Edition


谢选骏全集第165卷

Complete Works of Xie Xuanjun Volume 165


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