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葉叔華︰浩瀚宇宙與空間探測
（2005年06月18日 15:18:39）
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□作者: 葉叔華
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如果我們飛船的速度再高一點，按照逃逸速度飛行，到最近的恆星去也要7萬6千多年，這不是人一輩子可以做到的事情。
宇宙到底有多大呢？地球到太陽的距離是1億5千萬公里，我們把它叫做一個天文單位，但即使用這樣的單位來描繪宇宙還是太小。在宇宙中，我們通常用光年作為單位，也就是光走一年的距離，而光速是30萬公里/秒。我們所在的銀河系直徑差不多十萬光年，太陽系離銀河系的中心距離大概3萬光年。太陽最近的恆星離我們大概4.22光年。神州五號脫離地球引力的第二宇宙速度是11.2公里/秒，假定用這樣的速度去月球需要9.4小時。拿我們馬上要放的月球探測衛星來說，走完這段路程大概要4到5天。從地球到太陽系的邊緣去，光要走4小時，用現有的飛船要走38年。如果我們飛船的速度再高一點，按照逃逸速度飛行，到最近的恆星去也要7萬6千多年，這不是人一輩子可以做到的事情。
回想以前，古人都以為中國是在宇宙的中央，皇帝是天子，現在沒有人再這樣說。在地球上看，誰都不能說是宇宙的中央。太陽也不是宇宙的中央，太陽實際上在整個星系里是很普通的。宇宙中大概有1000億個各種各樣的星系，現在我們所知的最遠的星系距離地球137億光年。那麼所謂星系是什麼呢？是指由許多恆星組成的大單位。有的是不規則的，看不出形狀；而相當多的叫漩渦星系，好像風車形狀，我們銀河系就是這種漩渦星系。我們從側面只能看到星系的外形像線條，俯瞰的話就能看到漩渦。這和原先我們想象的宇宙差別太大了。500年前哥白尼提出地球不在宇宙的中央，不是太陽繞著地球走，而是地球繞著太陽走，當時中世紀教會就迫害他。哥白尼直到臨死的時候才敢說出這句話，比他更勇敢的人早說了，結果被羅馬教廷燒死了。現在我們進步了很多，不但知道地球不在宇宙中心，而且知道太陽在銀河系里也是一顆很普通的星體。它既不大也不小，既不老也不少，正好是中壯年的太陽，維持著地球的生命。
宇宙的時間、空間尺度都是極大的。我們知道太陽年齡50億年，估計壽命100億年，所以它處于中年，現在最新的估計50億年後太陽死亡期會拖得很長，因為太陽不是一顆很大的恆星。大的恆星很快就死掉了。太陽的表面溫度和煉鋼爐差不多（6000攝氏度）。生命只能在像太陽系行星一樣的星體中存在。人們特別感興趣的是我們是否是宇宙中唯一的智慧生命？地球外面還有文明嗎？地球是否是唯一有生命的天體？宇宙大爆炸後產生恆星，恆星又形成行星系統。行星又有好幾類︰一類像木星，很大的氣球上面基本上沒有辦法居住；另一類像地球有外殼有岩石，從這些類地球行星里慢慢發展出各種化學元素，發展到生命，最後發展到人類。地外生命現在正有許多天文學家在那里非常嚴密的搜尋。大家可能看到很多消息說有U鄄FO，有外星人。電影里，外星人頭很大，皮膚很丑，這是我們想象的外星人。
到底怎樣找尋地外生命？第一，與地球生命的化學成分相似；第二，生命依賴于液態水。對這兩個基本點，其實還有存疑。關于生命的來源，現在也沒有完全說清楚。有人認為生命來源于天外，因為射電望遠鏡觀測到很遠的地方有一些分子雲。分子雲原來只發現有很簡單的分子，現在則觀測到很復雜的分子，比如甲烷分子。最近探測火星，找到一個證據說火星上面有甲烷，因為地球上甲烷是生物排泄出來的，所以人們就據此懷疑火星上存在微生物。從分子雲產生一個想法，也許生命來自于外星。
人有生老病死，壽命大概100年，恆星也有生老病死，從宇宙大爆炸的塵埃里、從星雲里慢慢產生恆星。恆星在穩定階段大概有100億年。過了穩定時期年老了，恆星就生病，太陽就會膨脹起來，光和熱都要散掉而且膨脹到把地球之類的行星都吞下去，50億年以後可能我們就沒有了。當然50億年太長了，有沒有大家都無所謂了（笑）。膨大的星外圍物質跑了以後，內部縮得很小變成一個白矮星。白矮星再繼續存在若干億年。這就是恆星的生老病死。幸而太陽正在壯年，還能提供給地球很多東西。
那麼地球上為什麼能有生命呢？地球還有很多保障，比如說地球大氣像一頂蚊帳一樣，把生命藏在里頭不受太空高能粒子輻射影響，另外大氣也阻礙紫外光直接照射，所以我們不會得皮膚癌。除了大氣之外還有地球磁場，阻礙了太陽風和很多宇宙來的高能粒子，高能粒子能夠穿過人穿透水泥，是很大的傷害。地球有這樣的保護使得簡單的生物得以發展到人這樣的生物。
可是我們現在對生命的理解更深了一步。作了深海探測以後，發現海洋里的生物種類比大陸上的還要多。比如說5000年前的蓮子，在古墓里發現後還能種、發芽、長出荷花成為蓮藕，覺得很稀罕。但是在深海里裂縫上有很多生物，那里沒有陽光沒有氧氣，這些生物是依靠其他的成分來生存，比如甲烷等。它們把甲烷分解以後。再得到氧氣以維持生存。但是水確實是少不了。至今還沒有找到不用水能夠生存的生命。海里能夠耐高溫100多度的生物，陸地上有沒有呢？美國的黃石公園火山噴泉旁100多度的高溫水面上還有細菌，以及比細菌更復雜的生物。因此我們很難說生命是從天上來還是地面來？也許大家會說應該是從天上來的，後來在地面上找到適當的地方、有海洋的地方再生長出來。這個我想留待大家以後再看別人的研究結果，或者親自參加研究，看到底生命發源于什麼地方。
我們不但想找生命，還要找到和人類一樣的智能生命。要找到智慧生物，起碼要擁有遠距離通訊能力。
我們不但想找生命，還要找到和人類一樣的智能生命。我們的希望有多大呢？前面說了，生命只能在像太陽系行星一樣的星體中存在。算算概率，現在知道銀河系有一兩千億個恆星，也有說得精確的1400億個，可以和太陽相比的中等質量的恆星大概有1000億個，所有這些恆星里有多少能有行星？我們不清楚。行星中又有多少類似地球？太大的行星如木星，都是氣體不可能有生命；太小的沒有大氣也不可能有生命。需要什麼東西才能形成生命？要有水，要有適當的化學元素。有了生命以後有多少能成為智慧生物？我們要找到智慧生物，起碼要擁有遠距離通訊能力。為什麼必定是遠距離？因為最近的恆星都要距離4光年，所以如果能夠通訊，我們發信號給他，他再發回來，300年就過去了，要存在歷史檔案里等回音了。還有一點，剛才說恆星有生老病死，可能等信號發過來整個星系、整個恆星都死掉了，就找不到它了。所以要有交流能力，對方也不能死。這樣所有的概率乘下來才是1000億個恆星里面有多少可能找到智慧生命的比例。
那麼有沒有人做這個研究呢？有一個專門找尋地外智慧生命的研究單位叫SETI，它是真正非常嚴肅的找尋，可從1960年開始至今一無所得。它的找尋想法是用地面上口徑300米的Arecibo射電望遠鏡來找，前兩年在澳大利亞用口徑64米的射電望遠鏡找了半年。怎樣才能找到那個外星信號呢？首先，人工的信號應該頻帶都很窄，而天然的信號有很多噪音，頻帶比較寬，所以只要找1赫茲的信號，並且用大型譜儀、差不多幾千頻道的接收機來找1赫茲的信號。如何知道它來自外太空？最重要的辦法就是在主探測望遠鏡外幾百公里、上千公里的地方找一台輔助的射電望遠鏡，假定發現有苗頭了，請他趕快看，如果大家都在同一個方向、同一個頻道看到這個信號就作為可能探測信號，然後再來排除各種人類的干擾，包括雷達、人造衛星、空間軍事試驗一律排除。40年下來觀測到的可以考慮的信號有幾百萬個，但一一排除以後根本沒找到，很可惜，要等各位努力。十年前我在國外開會，會上有一群非常狂熱的搞SETI的人，當時他們認為大概要找到了，于是就在會上發起要搞一個宣言，宣言內容說如果誰接收到太空來的智能生命信號，都沒有權利代表地球人去回答，須得經過一個委員會商量如何回答之後再回答。正兒八經地在大會上搞宣言要我們簽字，我們覺得太早了，委員會是否夠權威？我們是否該簽字？最後大家都否決了，沒有參加簽字。不過至今SETI在國際上有研究機構，每隔幾年都要開會，繼續研究，我們算是熱心人之一，我們所作的是必須要把UFO排除，凡是無法證實的東西，都要排除，正式認真地去尋找地外文明。
有人就問，我們為什麼只接收不能發信號給外星生命？假如用功率很大的無線電信號發過去，再回來，這功率之大是我們現在無法承擔的。所以在目前，用耳朵听比送信號過去要好辦點，希望你們工作後用很便宜的辦法把足夠功率的信號發出去等待回答。另一方面如果真的有外星人能坐飛碟來的話，可見其文明發展比地球高得多，否則不可能從多少光年外跑來看我們，確實要承認其文明要比目前人類要高得多。那時候外星人來看我們就像今天我們看大猩猩一樣。但是人的可動性是無窮的，我相信你們這一代或者下一輩中會有機會找到這樣的可靠信息。
到底有多少靠近地球的小天體？要是真的靠近了怎麼辦？怎麼把它打碎？怎麼改變它的軌道以免人類遭殃？這是非常嚴肅的一項科學研究。
我們現在談空間探測。1963年美國人就上了月球，第一個登上月球的宇航員說了一句名言︰登上月球對個人來說是一小步，對人類來說是一大步。有人駕駛的月球車走得很快，現在無人駕駛的火星車走得很慢。因為它無法判別周圍的障礙，必定要地面上的人看到以後再作出指令，否則火星車掉進溝里出不來就要“犧牲”了。人類還在木星上尋找地外生命。木星的體積是地球的1300多倍，質量是地球的300多倍。我們找到木星的許多衛星，在木衛二上找到水的影子，很可能有生命。探測木星的是美國伽利略號飛船，它圍繞木星轉了34次，飛過46億多公里。後來把伽利略號爆炸掉了，因為要是留著它圍繞木星走的話，會把木星的天然衛星撞壞，因此還不如把它丟到大氣里燒掉。探測木星另一個重要收獲是，觀測到彗木相撞。那確實是壯觀，但也給人類一個警告，既然彗星會撞到木星上，也就有可能會撞到地球上。月球表面就都是隕石坑。當時美國國會通過一個決議案，要求天文學家馬上組織力量來研究有沒有非常靠近地球的小天體可能撞到地球。到底有多少靠近地球的小天體？要是真的靠近了怎麼辦？怎麼把它打碎？怎麼改變它的軌道以免人類遭殃？這是非常嚴肅的一項科學研究，包括我國也在參加研究。
人們起初認為火星上有運河，照片上看上去像一個人的臉。1964年，前往探測的飛船發現，根本沒有運河。1976年登陸火星，沒有發現生物。現在又改變了，認為可能有微生物。有人認為這些微生物可能是原來飛船帶去的，不過這個可能性也不可靠，因為不會有那麼大量。後來又發現流水沖過的痕跡。最近有兩輛火星車在火星上工作，明年要把火星標本取回來研究。我國火箭的能力是足夠去火星的，不過跑那麼遠、控制那麼遠的地方還沒試過。有科學院的同行說探月以後馬上要做火星探測的準備。對于火星，我們還是有很多疑問，為什麼有很多沙塵？磁場為什麼沒有了？水分到哪里去了？現在不斷有新的消息，最新的消息就是火星上有甲烷，很可能有微生物。
我是鼓勵大家探索地外生命的。去年在澳大利亞開國際天文大會上宣布發現有117顆恆星周圍有行星，現在估計有150顆左右，還在不斷增加。探測地外文明有很多方法，其一是接收信號，其二是把信號帶出去。1977年旅行者1號、2號帶去一個金唱片，叫“地球之音”。上面有116幅畫面；55種語言，包括中文，都是說“早安”；35種自然聲音；27首樂曲，包括中國的古曲。1972年、1973年“先驅者”10號、11號帶著標志板出去了。標志板上面標有銀河系中心，還有14顆脈沖星，希望外星人看到脈沖星就知道銀河系的中心，並且找到太陽。我們的九大行星也排列在下面，還有人類的樣子、飛船的樣子等等。如果外星人足夠聰明的話，拿到這塊板就知道我們從地球來。
人能上天才能建空間站。在沒有飛機的時候，誰有飛機就有制空權。一旦有空間站後，許多防務乃至發放衛星都能在太空實現，所以我們不要小看載人航天。
我們需要做什麼？我們首先要探月，再探火星，再探木星，然後看能走多遠。有人問為什麼我們要花那麼多錢造神州五號。神州五號發射以後，在國際上產生很大的影響，我們搞射電觀測的同行發了很多祝賀信，還特別在刊物上專門報道了我們上海小組。人飛上天有的人看來並不稀奇，因為加加林上天到現在45年過去了，有什麼稀罕呢？其實不然，因為人上天對環境、安全的要求比衛星上天要高得多，我們第一個載人飛船上天因為要確保成功，所以動作比較簡單。但是後繼的東西還有很多，比如神州六號、七號，要從一個宇航員增加到三個，而且最重要的是，要在宇宙空間中行走，所有這些都是為我們以後的太空實驗室、空間站做準備的。如果我們能夠很快飛躍到空間站的水平，那就非常了不起。人能上天才能建空間站，其中的軍事意義可想而知。在沒有飛機的時候，誰有飛機就有制空權。一旦有空間站後，許多防務乃至于發送衛星都能在太空實現。所以我們不要小看載人航天，有很多發展是需要我們跨越式地走的。
我們要放探月衛星，首先要繞月飛行。我們這次探月一是要做全月面的三維地形圖，美國沒有做到全月面，大概正負75度。二是探測礦物，美國測到了5種有用的礦物，我們想要探測14種。三是探測能源，現在石油緊張，估計石油存量不到50年全部都會用光，天然氣也不會太久，煤的儲量盡管多些，但是都在很難去的地方，很難開采。日本買了很多好的煤不用，存在海岸線防範有朝一日急需。從核發電站來看，中國有兩三個，現在做的是從核裂變中得到原子能，可是所需的重元素，在地球上存量也不多，中國又是貧鈾國，估計也是50年左右就要用光。原子能還有核聚變，太陽的能量就是核聚變來的，把氫變成氦，把多余的質量變成能量發光發熱。但是人還不能很好控制核聚變，能夠做氫彈，但是不能作核電站，現在花很大力氣在研究可控核聚變。其中主要的原料氦三在地球上很少，它來自于衛星、太陽風，月球上沒有大氣，氦三很容易到達月球表面，形成了較高的土壤含量。如果能夠“大刮月球地皮”，把土壤里的氦三濃縮帶回地球，那可以供地球上用相當長的時間。這次探月就要探測月球土壤有多厚，估算到底有多少氦三含量。
火星也是這樣，現在火星上大氣和水很少或者都沒有了，生命有的話也是很初級的。有些科學家很嚴肅地考慮這個問題︰溫室效應使地球受了大害，但如果在很冷的火星表面也營造溫室效應，建立比較厚的大氣，它的溫度就會提高，冰就會融化。假定我們再把種子帶過去就會變成綠洲，人就可以居住。當然去一次火星要7個月，大概太長了些。但是地球上要是爆滿了，資源用盡的話還是要移民的。
無論是神州，還是探月、探測火星，這都是綜合國力的表現。從能源、疆土開發、自我防衛方面來看，空間探測都是很必要的。雖然看起來很費錢，但是用全國的力量來做這些工作，不算太費錢，更不是不值得。問題在于如果在沒有準備的情況下，哪怕中央給1000億元也飛不到火星上去。這是買不來的，必須要許多技術積累，許多科學力量培植起來，才能一步一步往前走。所以探月計劃得到中央批準，我們非常高興。為什麼中央會批準，也有時間問題。探月，美國做了，甦聯做了，日本的計劃開始在我們之前，印度也在做，號稱2008年要登月探月，這樣一來我們就比較著急。我們要把想做的事提早並且穩妥地做好。
我給大家介紹了宇宙之大，希望大家以後有朝一日找到外星人，也希望用地外的疆土、地外的資源來為人類造福。這里面包含著很多非常高的技術，我們快步走都怕趕不上。就拿月球車來說，現在國內有很多單位在研制，但給大家的印象是既笨又重，帶不了很多監測設備，距離一個好的月球車還很遠。幸好我們還有時間，可以繼續努力。再過些年，各位同學畢業了，希望有人能夠參與第二期、第三期的探月工作，發揮作用。我們在這里約定，希望你們當中有人要當太空人，有人要當接收設備的主持人，有人要在今後的研究中繼續出力。我想這是我們共同的願望。
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責任編輯:skylook
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文章評論(1):
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星際旅行
（2008年07月23日 06:18:38 - 游客）
人類不知要多長時間才有這個技術制造大型的宇宙飛船，能夠種植食物，能夠維持人口發展，在宇宙中無限時間航行，這樣人類就可以脫離井底之蛙稱號了，這也是人類更偉大的想法~~~~~~~~~~現代人類只會那這些所謂的科技來互相殘殺，你爭我奪，為了地球那點稀微的資源，對外發展就算對地球對人類對未來也會有更好的貢獻，大家同一個地球同一種生命，為何不能團結起來，只要團結一致，人類的科技一定能達到所謂的UFO的程度，~~~~~~
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