为什么要进行宇宙探索?意义何在?

进行宇宙探索取得的成果在地球上和地球外都可以使用,可以增进我们对自然界和自身的认识,帮助我们抵御灾难、继续生存,提高我们认识世界、改造世界、发展进步的能力,满足我们的好奇心与求知欲,进而改善人们的科学素养、推动科学的发展进步。

我们现有的航天技术只是婴儿级,但它已经改变了世界:

  • 航天带来了间谍卫星、卫星定位系统、洲际弹道导弹等强大的工具和武器,改变了全球安全形势与战争的面貌。
  • 卫星观测、遥感、空间望远镜等在地球和其它天体上发现了大量过去不知道的变化规律、地质现象、资源储藏,让我们对基础物理、太阳活动、全球气候、自然灾害、地区天气等有了大量的新理解。
  • 在艰难的宇宙探索中取得的科技进步衍生出大量的民用产品,大大改善了人们的生产、生活。
  • 发展航天带来的技术优势、战略战术优势、资源开发优势、防灾减灾优势超过了所有人的想象,包括从业者和拨款给航天计划的政府。
  • 就连经常被怀疑其价值的国际空间站项目,带来的经济利益都超过了它那巨大的投资。
  • 在美国与苏联的航天竞争中,美国由于开始的落后而焦虑,甚至从自己的教育制度找原因,使美国对科技的重视大大增加,这后来让其受益良多。
  • 航天强国间的对抗和妥协导致了《外层空间条约[1]这样人类历史上为数不多的国际合作条约的诞生。

这一切导致任何国家如果谋求在世界上自立自强,就不能不发展航天——无论是独立发展还是和盟友合作。

而“为了太空资源”这种浅显而虚假的理由,是用来应付小孩子或身体是大人·头脑是小孩的宣传对象的。从 1957 年 10 月 4 日苏联发射第一颗人造地球卫星到现在,人类的航天器没有从太空带回任何能叫“资源”的玩意。美国拿回来的那一点月岩、月壤、彗星物质之类用于研究和展览都不够使,当做资源送去工业的话就别说“塞牙缝”了,连牙缝上的一个细菌都喂不饱。拨款给航天计划的政府们并不在乎这些,宇宙探索在地球上产生的利益已经远远超过了它的投资。

资源不是问题,利用资源的科学技术不够才是问题。地球上的物质是有限的,但在太阳提供的源源不断的能量供应下,物质可以循环使用。况且包括我们在内,过去数十亿年以来地球生物圈不过是附在地球表面的一层薄灰,根本没利用多少资源。

人类需要的资源里最主要的是能源,地球表面和近地轨道上总量最多的能源是太阳辐射

太阳对地球的照射功率约 1.73E17 瓦,一天时间照射到地球的能量约有 1.49E22 焦耳,约相当于五千零八十五亿吨标准煤完全燃烧释放的能量,约可供 75.8 亿人类[2]使用 8650 天。人类现在大量使用的化石燃料,是地球生物圈与岩石圈的一部分在过去漫长的时间里从太阳辐射中的一小部分转换并储存的化学能。

人类和整个地球生物圈对太阳辐射的利用处于非常初等的状态,潜力巨大。

现在,地球接收的太阳辐射功率里约有 5.2E16 瓦经大气反射与散射、云的反射、地表反射等直接返回太空,其余使大气和地表升温、支持大气圈与水圈的运行:约 8.1E16 瓦以热辐射形式散入太空,约 4E16 瓦用于水循环,约 3.7E14 瓦用于大气流动。地球生物圈利用的太阳能不到太阳入射功率的千分之一,大部分还是光合生物在搞(约 4E13 瓦),是人类文明总功率的两倍。

太阳在今后几十亿年里的输出是徐徐增加的。按照目前的数据,太阳输出的强化会在一千万年内导致现在的人类无法承受,在十亿年内摧毁地球生物圈。这需要人类的进步去解决。

谈论星际文明的物理学家一般相信:如果一个物种已经能够在太空有效地飞行,那么以它的智力水平,除能量之外没有任何资源限制是它无法克服的。

例如在地球上,随着技术的进步,耕地与淡水的限制可以被海水淡化和水培技术解决,原则上我们现在的粮食供应只受到我们的能源供应我们应用技术的意愿的影响。由于社会学上的原因,地球人口可能在21世纪末逐渐稳定下来,直到我们向太空扩张。

归根结底,人类现在的社会形态和身体能力还没达到要考虑“太空资源”的时候。照目前的不可持续发展和瘟疫流行、社会分裂的状况,用不了几百年我们就可能自我毁灭。所谓“去太空开拓新的生存空间”,不是说“地球装不下的人口扔到天上去”,而是在地球上发生灾难性的战争、超级传染病、严重天体撞击或巨大火山爆发等全球性自然灾害、失控纳米机械风暴等状况的时候,让人类还有延续下去的可能。

其实,五十年前 NASA 就回应过“为什么要进行宇宙探索”这个问题。

1970年,赞比亚修女 Mary Jucunda 给 Ernst Stuhlinger 博士写了一封信。后者因在火星之旅工程中的原创性研究成为 NASA Marshall 太空航行中心的科学副总监。

信中,Mary Jucunda 修女问道:目前地球上还有这么多小孩子吃不上饭,美国怎么舍得为远在火星的项目花费数十亿美元。

Stuhlinger 很快给 Jucunda 修女回了信,同时还附带了一张题为“升起的地球”的照片,这张标志性的照片是宇航员 William Anders 于 1968 年在月球轨道上拍摄的。

他这封真挚的回信随后由 NASA 以《为什么要探索宇宙》为标题发表,全文翻译如下。

亲爱的 Mary Jucunda 修女:

  每天,我都会收到很多类似的来信,但这封对我的触动最深,因为它来自一颗慈悲的饱含探求精神的心灵。我会尽自己所能来回答你这个问题。

  首先,请允许我向你以及你勇敢的姐妹们表达深深的敬意,你们献身于人类最崇高的事业:帮助身处困境的同胞。

  在来信中,你问我在目前地球上还有儿童由于饥饿面临死亡威胁的情况下,为什么还要花费数十亿美元来进行飞向火星的航行。我清楚你肯定不希望这样的答案:“哦,我之前不知道还有小孩子快饿死了,好吧,从现在开始,暂停所有的太空项目,直到孩子们都吃上饭再说。”事实上,早在人类的技术水平可以畅想火星之旅之前,我已经对儿童的饥荒问题有所了解。而且,同我很多朋友的看法一样,我认为此时此刻,我们就应该开始通往月球、火星乃至其他行星的伟大探险。从长远来看,相对于那些要么只有年复一年的辩论和争吵,要么连妥协之后也迟迟无法落实的各种援助计划来说,我甚至觉得探索太空的工程给更有助于解决人类目前所面临的种种危机。

  在详细说明我们的太空项目如何帮助解决地面上的危机之前,我想先简短讲一个真实的故事。那是在 400 年前,德国某小镇里有一位伯爵。他是个心地善良的人,他将自己收入的一大部分捐给了镇子上的穷人。这十分令人钦佩,因为中世纪时穷人很多,而且那时经常爆发席卷全国的瘟疫。一天,伯爵碰到了一个奇怪的人,他家中有一个工作台和一个小实验室,他白天卖力工作,每天晚上的几小时的时间专心进行研究。他把小玻璃片研磨成镜片,然后把研磨好的镜片装到镜筒里,用此来观察细小的物件。伯爵被这个前所未见的可以把东西放大观察的小发明迷住了。他邀请这个怪人住到了他的城堡里,作为伯爵的门客,此后他可以专心投入所有的时间来研究这些光学器件

  然而,镇子上的人得知伯爵在这么一个怪人和他那些无用的玩意儿上花费金钱之后,都很生气。“我们还在受瘟疫的苦,”他们抱怨道,“而他却为那个闲人和他没用的爱好乱花钱!”伯爵听到后不为所动。“我会尽可能地接济大家,”他表示,“但我会继续资助这个人和他的工作,我确信终有一天会有回报。”

  果不其然,他的工作(以及同时期其他人的努力)赢来了丰厚的回报:显微镜。显微镜的发明给医学带来了前所未有的发展,由此展开的研究及其成果,消除了世界上大部分地区肆虐的瘟疫和其他一些传染性疾病。

  伯爵为支持这项研究发明所花费的金钱,其最终结果大大减轻了人类所遭受的苦难,这回报远远超过单纯将这些钱用来救济那些遭受瘟疫的人。

  我们目前面临类似的问题。美国总统的年度预算共有 2000 亿美元,这些钱将用于医疗、教育、福利、城市建设、高速公路、交通运输、海外援助、国防、环保、科技、农业以及其他多项国内外的工程。今年,预算中的 1.6% 将用于探索宇宙,这些花销将用于阿波罗以计划、其他一些涵盖了天体物理学、深空天文学、空间生物学、行星探测工程、地球资源工程的小项目以及空间工程技术。为担负这些太空项目的支出,平均每个年收入 10000 美元的美国纳税人需要支付约 30 美元给太空,剩下的 9970 美元则可用于一般生活开支、休闲娱乐、储蓄、别的税项等花销。

  也许你会问:“为什么不从纳税人为太空支付的 30 美元里抽出 5 美元或 3 美元或是 1 美元来救济饥饿的儿童呢?”为了回答这个问题,我需要先简单解释一下我们国家的经济是如何运行的,其他国家也是类似的情形。政府由几个部门(如内政部、司法部、卫生部与公众福利部、教育部、运输部、国防部等)和几个机构(国家科学基金会、国家航空航天局等)组成,这些部门和机构根据自己的职能制定相应的年度预算,并严格执行以应对国务委员会的监督,同时还要应付来自预算部门和总统对于其经济效益的压力。当资金最终由国会拨出后,将严格用于经预算批准的计划中的项目。

  显然,NASA 的预算中所包含的项目都是和航空航天有关的。未经国会批准的预算项目,是不会得到资金支持的,自然也不会被课税,除非有其他部门的预算涵盖了该项目,借此花掉没有分配给太空项目的资金。由这段简短的说明可以看出,要想援助饥饿的儿童,或在美国已有的对外援助项目上增加援助金额,需要首先由相关部门提出预算,然后由国会批准才行。

  要问是否同意政府实施类似的政策,我个人的意见是绝对赞成。我完全不介意每年多付出一点点税款来帮助饥饿的儿童,无论他们身在何处。

  我相信我的朋友们也会持相同的态度。然而,事情并不是仅靠把去往火星航行的计划取消就能轻易实现的。相对的,我甚至认为可以通过太空项目,来为缓解乃至最终解决地球上的贫穷和饥饿问题做出贡献。解决饥饿问题的关键有两部分:食物的生产和食物的发放。食物的生产所涉及的农业、畜牧业、渔业及其他大规模生产活动在世界上的一些地区高效高产,而在有的地区则产量严重不足。通过高科技手段,如灌溉管理,肥料的使用,天气预报,产量评估,程序化种植,农田优选,作物的习性与耕作时间选择,农作物调查及收割计划,可以显著提高土地的生产效率。

  人造地球卫星无疑是改进这两个关键问题最有力的工具。在远离地面的运行轨道上,卫星能够在很短的时间里扫描大片的陆地,可以同时观察计算农作物生长所需要的多项指标,土壤、旱情、雨雪天气等等,并且可以将这些信息广播至地面接收站以便做进一步处理。事实证明,配备有土地资源传感器及相应的农业程序的人造卫星系统,即便是最简单的型号,也能给农作物的年产量带来数以十亿美元计的提升。

  如何将食品发放给需要的人则是另外一个全新的问题,关键不在于轮船的容量,而在于国际间的合作。小国统治者对于来自大国的大量食品的输入会感到很困扰,他们害怕伴随着食物一同而来的还有外国势力对其统治地位的影响。恐怕在国与国之间消除隔阂之前,饥饿问题无法得以高效解决了。我不认为太空计划能一夜之间创造奇迹,然而,探索宇宙有助于促使问题向着良好的方向发展。

  以最近发生的阿波罗 13 号事故为例。当宇航员处于关键的大气层再入期时,为了保证通讯畅通,苏联关闭了境内与阿波罗飞船所用频带相同的所有广播通信。同时派出舰艇到太平洋和大西洋海域以备第一时间进行搜救工作。如果宇航员的救生舱降落到俄方舰船附近,俄方人员会像对待从太空返回的本国宇航员一样对他们进行救助。同样,如果俄方的宇宙飞船遇到了类似的紧急情况,美国也一定会毫不犹豫地提供援助。

  通过卫星进行监测与分析来提高食品产量,以及通过改善国际关系提高食品发放的效率,只是通过太空项目提高人类生活质量的两个方面。下面我想介绍另外两个重要作用:促进科学技术的发展和提高一代人的科学素养。

  登月工程需要历史上前所未有的高精度和高可靠性。面对如此严苛的要求,我们要寻找新材料,新方法;开发出更好的工程系统;用更可靠的制作流程;让仪器的工作寿命更长久;甚至需要探索全新的自然规律。

  这些为登月发明的新技术同样可以用于地面上的工程项目。每年,都有大概一千项从太空项目中发展出来的新技术被用于日常生活中,这些技术打造出更好的厨房用具和农场设备,更好的缝纫机和收音机,更好的轮船和飞机,更精确的天气预报和风暴预警,更好的通讯设施,更好的医疗设备,乃至更好的日常小工具。你可能会问,为什么先设计出宇航员登月舱的维生系统,而不是先为心脏病患者造出远程体征监测设备呢。答案很简单:解决工程问题时,重要的技术突破往往并不是按部就班直接得到的,而是来自能够激发出强大创新精神,能够燃起的想象力和坚定的行动力,以及能够整合好所有资源的充满挑战的目标。

  太空旅行无可置疑地是一项充满挑战的事业。通往火星的航行并不能直接提供食物解决饥荒问题。然而,它所带来大量的新技术和新方法可以用在火星项目之外,这将产生数倍于原始花费的收益。

  若希望人类生活得越来越好,除了需要新的技术,我们还需要基础科学不断有新的进展。包括物理学和化学,生物学和生理学,特别是医学,用来照看人类的健康,应对饥饿、疾病、食物和水的污染以及环境污染等问题。

  我们需要更多的年轻人投入到科学事业中来,我们需要给予那些投身科研事业的有天分的科学家更多的帮助。随时要有富于挑战的研究项目,同时要保证对项目给予充分的资源支持。在此我要重申,太空项目是科技进步的催化剂,它为学术研究工作提供了绝佳和实践机会,包括对月球和其他行星的研究、物理学和天文学、生物学和医学科学等学科,有了它,科学界源源不断地出现令人激动不已的研究课题,人类得以窥见宇宙无比瑰丽的景象;为了它,新技术新方法不断涌现。

  由美国政府控制并提供资金支持的所有活动中,太空项目无疑最引人瞩目也最容易引起争议,尽管其仅占全部预算的1.6%,不到全民生产总值的千分之三。作为新技术的驱动者和催化剂,太空项目开展了多项基础科学的研究,它的地位注定不同于其他活动。从某种意义上来说,以太空项目对社会的影响,其地位相当于 3000~4000 年前的战争活动。

  如果国家之间不再比拼轰炸机和远程导弹,取而代之比拼月球飞船的性能,那将避免多少战乱之苦!聪慧的胜利者将满怀希望,失败者也不用饱尝痛苦,不再埋下仇恨的种子,不再带来复仇的战争。

  尽管我们开展的太空项目研究的东西离地球很遥远,已经将人类的视野延伸至月亮、至太阳、至星球、直至那遥远的星辰,但天文学家对地球的关注,超过以上所有天外之物。太空项目带来的不仅有那些新技术所提供的生活品质的提升,随着对宇宙研究的深入,我们对地球,对生命,对人类自身的感激之情将越深。太空探索让地球更美好。

为什么要进行宇宙探索?意义何在?

  随信一块寄出的这张照片,是 1968 年圣诞节那天阿波罗 8 号在环月球轨道上拍摄的地球的景象。太空项目所能带来的各种结果中,这张照片也许是其中最可贵的一项。它开阔了人类的视野,让我们如此直观地感受到地球是广阔无垠的宇宙中如此美丽而又珍贵的孤岛,同时让我们认识到地球是我们唯一的家园,离开地球就是荒芜阴冷的外太空。无论在此之前人们对地球的了解是多么的有限,对于破坏生态平衡的严重后果的认识是多么的不充分。在这张照片公开发表之后,面对人类目前所面临的种种严峻形势,如环境污染、饥饿、贫穷、过度城市化、粮食问题、水资源问题、人口问题等等,号召大家正视这些严重问题的呼声越来越多。人们突然表示出对自身问题的关注,不能说和目前正在进行的这些初期太空探索项目,以及它所带来的对于人类自身家园的全新视角无关。

  太空探索不仅仅给人类提供一面审视自己的镜子,它还能给我们带来全新的技术,全新的挑战和进取精神,以及面对严峻现实问题时依然乐观自信的心态。我相信,人类从宇宙中学到的,充分印证了 Albert Schweitzer 那句名言:“我忧心忡忡地看待未来,但仍满怀美好的希望。”

  向您和您的孩子们致以我最真挚的敬意!

您诚挚的,

      Ernst Stuhlinger

         科学副总监

                1970 年 5 月 6 日

读者不想“柴米油盐一辈子、一眨眼剩下骨灰盒”的话,人对自然界、人类社会和自己的精神世界的一切需求与愿景都需要一定的力量来实现,这包括而不限于人力、物力、科学技术、精神思想。

在打算教给人工智能来防止它们将来毁灭人类的各种概念里,人类的追求被 Elierzer Yudkowsky 表述为连贯的外推意志,其内容是这样的:

我们的连贯外推意志是我们想要知道更多,思考得更快,变成比我们所希望的更好之人,能一起更远地成长。外推是汇集的而不是发散的,我们的愿望是连贯的而不是被干扰的;我们想要外推的被外推,我们想要解读的被解读。

所谓科学,就是让人类可以用自己的双手创造谁也没见过的事物的力量,由此上溯至人类古老的、一贯的追求:随心所欲地存在并实现一切愿望的力量,永生与力量。可以参照此处[3]

如果读者希望自己或自己的后代能存活到遥远的未来,乃至永远生存下去,那么物理定律是挡在我们前面的障碍。认识并改造物理定律需要我们对宇宙进行巨大规模的研究与解析。

对人类可能不会长期延续的担忧主要集中在人类可能会自我毁灭上。人类取得超越的技术并永远延续下去的可能性不为零,技术乐观主义者甚至认为 2045~2075 年人类就可以抵达技术奇点[4]、获得上帝般的力量。

而人类以外的地球生物圈在一千万年内就会开始被日益升温的太阳消灭,在十亿年后会全数灭亡。在过去 38 亿~45 亿年的生命史里地球生物都没演化出抵御届时的环境的能力,无法期待今后十亿年里能整出来。如果没有技术文明,没有任何地球生物能超越这个限制。

好消息是,我们已经观测到一些疑似卡尔达肖夫文明指数 Ⅲ 型文明的活动之产物的宇宙构造。这意味着我们也有非零的可能性做到那样的事情。

椭圆星系的传统形象是恒星形成过程已基本结束的星系,主要是衰老中的恒星,偶尔有少量的恒星形成。通常,椭圆星系看起来是黄色或红色,与在旋臂上有高热的年轻恒星而呈现淡蓝色的螺旋星系有很大的差异。但是红色的螺旋星系与蓝色的椭圆星系都是实际存在的。
为什么要进行宇宙探索?意义何在?
我们已经知道至少 8 个几乎不发射紫外线的红色螺旋星系,其中 5 个有很强的中红外发射。这和淡蓝色螺旋星系完全不一样。在我们知道的范围内,这可能是星系合并的产物,或者像是将整个星系的蓝色恒星拆解为红矮星的超级工程。那基本上需要卡尔达肖夫文明等级指数Ⅲ型文明。类似的是 Messier 105(NGC 3379),有若干新生恒星的椭圆星系。
为什么要进行宇宙探索?意义何在?
PGC 54559,6.12 亿光年外的一个有极其特异的形态的星系,直径约 10 万~12 万光年。
为什么要进行宇宙探索?意义何在?
这样的星系在我们观测到的河外星系里占比不到千分之一,成因还未确认,没有人能斩钉截铁地证明它们不可能是文明的产物。这里提出了我们近未来可以对它进行的一些观测[5]

参考

  1. ^http://www.npc.gov.cn/wxzl/gongbao/2000-12/26/content_5001481.htm
  2. ^2020年03月13日,全球230个国家和地区的可统计人口总数为75亿8520万4179。
  3. ^https://www.zhihu.com/question/375637273/answer/1046359600
  4. ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/27765001
  5. ^https://arxiv.org/abs/1412.4011

原创文章,作者:阿峰,如若转载,请注明出处:http://51xz.net/1042.html

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