科学松鼠会 ? [世博会的科学传奇]之太空探秘（下）

[世博会的科学传奇]之太空探秘（下）Comments>>| Tags 标签：世博会,原创,航天器材    科学松鼠会 发表于 2010-04-03 13:46
[世博会的科学传奇]之太空探秘（上）
文：赵致真
1986年温哥华世博会的“领衔主演”仍是美国和苏联馆，给时代定调的主旋律仍是太空技术。苏联展出了33米长、35吨重的宇宙空间站，一任游客自由参观和穿行。美国馆则展出了正在筹建的“自由空间站”。1971年4月19日，苏联成功发射了世界第一个宇宙空间站“礼炮1号”，这是个20米长、直径4米的“两室一厅”。1971年6月6日，联盟11号飞船首次与礼炮1号成功对接，尽管返回时因座舱失压导致3名宇航员遇难，但他们已经在“礼炮1号”上逗留了23天。宇宙空间站是长期运行在近地轨道——即距离地面160公里至2000公里的太空基地，能为宇航员提供居住和工作条件，携带复杂仪器和望远镜，利用高真空和微重力进行科学实验，并成为天上的接待站和仓储站。美国1973年5月14日发射了77吨重的“天空实验室”。1986年2月20日，苏联把第一个长久性空间站“和平号”送上了天，经过10年不断“添砖加瓦”，1996年最后落成时长达87米，重135吨，约90分钟绕地球1周。先后有12个国家104人在和平号空间站进行过23000项科学实验。然而由于设备老化和资金匮乏，俄罗斯最终决定忍痛将它坠毁。2001年3月23日是和平号空间站大限到来的日子，许多人从世界各地专程赶到斐济海岸，为鞠躬尽瘁的“和平号”最后送行，凌晨6时，空间站解体的碎片如同耀眼的花雨洒进南太平洋波涛，几位俄罗斯宇航员面对大海失声痛哭，阿弗迪耶夫3次升空累计在和平号工作了747天半，那里已经是他们心中的“第二个家”。所幸地球的天空迅速弥补了缺失。1998年11月20日，美国、俄国、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局共同筹建的阿尔法国际空间站发射了第一个曙光号功能货仓，2000年11月2日，三名宇航员首批抵达国际空间站，2005年日本爱知世博会第一次展出了国际空间站模型，比和平号宇宙空间站大4倍，预计2011年12月最后建成。这是人类在太空营造的大型科学宫殿，也是世界各国通力合作，联手放飞的超级“人造卫星”。

1986年温哥华世博会苏联馆展出宇宙空间站模型

1986年温哥华世博会美国馆“自由空间站”模型

拍摄于1998年6月12日的和平号宇宙空间站
建成后的国际空间站
在人类进军太空的历史上，航天飞机上演了大气磅礴而动人心魄的一幕。1984年新奥尔良世博会原本以水为主题，但新建造的首架航天飞机企业号通过波音747空运和密西西比河水运来到了世博会现场，成为“喧宾夺主”的一大巨观。不过企业号只是从未进入空间轨道的测试机。1986年温哥华世博会上，美国馆放映了6分钟宽银幕电影，展现了航天飞机升空的潇洒与壮美。航天飞机像火箭般垂直起飞，像卫星般绕地运行，像飞机般滑翔落地。如同12海里被定义为“领海”和“公海”的分界，100公里高的“冯卡门”线也被视为“领空”和“太空”的边线。航天飞机便穿梭往返于太空和地面之间。巨大的铁锈色外挂箱装满液态氢和氧，给三台主发动机提供燃料同时成为航天飞机升空时的“脊梁”，8分半钟后脱落丢弃；一对固体推进火箭在最初起步时提供80%以上的升力，2分钟后分离并用降落伞回收；最精华和核心的部分是轨道器，即航天飞机机身。三角翼的外形适应大气中高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的各种飞行，装载7名乘员和30吨辎重，机械臂在失重空间能搬运大质量物体。航天飞机由250多万零部件组成，可反复使用百次。自1981年4月13日哥伦比亚号首航后，挑战者号、发现者号、亚特兰蒂斯号、奋进号相率登场，成为太空中的一代天骄和生龙活虎。航天飞机搭载卫星和修理卫星；为宇宙空间站迎来送往和搬有运无；施放哈勃空间望远镜并治好他的“近视眼”，让人类观察到了“全波段”的宇宙；而在无数次飘飘欲仙的“太空漫步”中，宇宙服是最小巧、精细和贴身的“个人飞船”。1992年9月12日，奋进号宇航员马克和戴维斯成为第一对太空伉俪，1998年10月29日，美国第一位太空人格林以77岁高龄登上发现号重返太空。航天飞机作为穿梭于天壤之间的精灵，为一个时代留下太多的美好记忆。苏联航天飞机暴风雪号的无疾而终则令人深深惋惜。最难忘1984年10月5日挑战者号升空时爆炸和2003年2月1日哥伦比亚号降落时解体，悲壮的一幕如苍鹰击殿和白虹贯日，永远定格在史册中，让人类懂得探索宇宙的征途上有时必须付出牺牲和擦去眼泪。2010年后，现存的三架航天飞机将全部退役，由更加安全可靠的新一代航天器奥赖恩接班，美国已经从“多功能”思路回归到升级版的“阿波罗”框架，奥赖恩还将承担月球旅行乃至火星探测的重任。

1984年企业号航天飞机运抵新奥尔良世博会

1981年4月13日哥伦比亚号航天飞机升空

1993年奋进号宇航员马斯格雷夫在机械臂上维修哈勃空间望远镜

77岁的美国第一位太空人格林1998年10月29日乘坐发现者号航天飞机重返太空
其实人类的航天活动早就不限于做地球的“表面文章”了，美苏两国在太空竞赛伊始便“探骑四出”，以“第二宇宙速度”冲出地球引力，造访太阳系的各位“邻居”。1964年纽约世博会上，美国NASA隆重展出了1962年8月27日成功发往金星的第一个探测器“水手2号”和阿特拉斯二级运载火箭。经过2.9亿公里、108天的“奥德赛”漂泊，“水手2号”从金星上空3500公里空中飞越，拍摄了最早的金星全景照片并证实了这里地面温度高达450摄氏度。此后美、苏竞相发射的金星探测器达40多个，有些在炼狱般的表面降落后融化，有些成为金星的人造卫星，其中以1985年亚特兰蒂斯号航天飞机送入航程的麦哲伦号探测器最为精良和功勋卓著。水星的第一个探测器是1973年11月3日发射的“水手10号”，3次飞临水星上空并送回了2800幅照片，至今仍在绕太阳运行。2004年8月3日发射的“信使号”让我们更全面认识了水星这颗离太阳最近的“小兄弟”。而火星则是除地球之外人类了解最多的太阳系行星。1964年11月28日美国发射“水手4号”火星探测器，证实这里是一个既没有生命更没有“运河”的荒寂世界，从此科幻小说家再也不写“火星人”了。在美、苏两国的30余个火星探测器中，1975年8月20日发射的“海盗1号”和随后发射的“海盗2号”最为杰出，两个“海盗”的着陆器分别于1976年7月20日和9月3日用安全气囊降落在火星表面。先后传回数万张高清晰度照片。最不可思议的是2004年1月4日在火星登陆的漫游车“勇气号”和3个月后在火星另一个半球登陆的“机遇号”，设计寿命原为3个月，但由于火星的风能拂去太阳能电池板尘埃和地球上的高超控制，这两个漫游车5年多来爬沟越坎、屡蹶屡振，至今依然保持着顽健的活力。相比之下，2008年5月25日在火星北极登陆并发现了水的凤凰号却耐不住严寒，于当年11月10日和地球失去了联系。人们仍在千呼万唤，期盼着这只“凤凰”从冬眠中醒来。

1964年纽约世博会美国馆展出“水手2号”金星探测器

火星漫游车“勇气号”
太阳系外圈硕大虚胖的类木行星不像结实紧凑的类地行星那样有着界限分明的岩石外壳，而是由气态和液态的氢、氦、氨与甲烷构成。先驱者10号和11号就是最早“远走高飞”探测类木行星的一对“姐妹”。1972年3月3日先驱者10号启程，次年12月发回第一组木星照片，1983年6月跨过海王星轨道并以第三宇宙速度沿双曲线飞出太阳系，此后便“渐行渐远渐无书”，于2003年1月在120亿公里外的太空和地球失去了最后联系。先驱者11号于1973年4月6日出发后不仅访问木星，而且利用木星的引力改变飞行轨道，1979年9月到达土星，此后也离开太阳系一去无踪。1977年9月5日和8月20日上路的旅行者1号和2号是又一双“孪生姐妹”，她们最大的特色是抓住176年一遇的外行星直线排列机遇，利用天体引力的“弹弓效应”连续加速。后起步的旅行者1号“走捷径”，于1979年初和1980年底先行到达木星和土星，饱览了两个“太阳系巨人”及其卫星的风采。“旅行者2号”则于1986年1月和1989年8月分别对天王星和海王星近距离观察，送回了最丰富珍贵的情报。目前旅行者1号是距离地球最远的“人类使者”，从165亿公里外发回地球的信号要15小时才能到达。令人叹息的是，专门到木星“蹲点”的伽利略号探测器忠诚服务了14年，2003年9月21日在环绕木星第35周轨道上接到地球的“自杀”指令，以每秒50公里的速度栽进木星的深渊，此举为了避免可能携带的地球细菌对木卫二欧罗巴的“星际感染”。太空中接下来的大举措发生在2005年1月14日，惠更斯探测器从卡西尼轨道器脱离，随后在土星最大的卫星泰坦上空张开降落伞，实现了人类最遥远的登陆。试看今日太阳系，我们已经遍访了8大行星，唯一留下的空白是因为“不能清扫和吞并轨道内其他天体”而在2006年被开出“行星籍”的冥王星，但“待遇”却并没有多大变化。2006年1月19日发射的新视野号探测器将于2015年7月到达这颗矮行星进行“正式访问”，并带来了发现者汤博的部分骨灰。

1972年3月发射的先驱者10号飞向木星

先驱者11号飞向土星

先驱者10号11号和旅行者1号2号运行路线图

惠更斯-卡西尼号探测土星光环

伽利略探测器绕木星运行
中国航天的异军突起给人类的太空事业带来了新的气象。1992年塞维利亚世博会和1993年大田世博会上，中国都展出了西昌火箭发射塔和长征系列火箭模型。伴随着亚洲卫星一号和澳星发射成功，中国迅速成为世界火箭发射商务市场的一支劲旅。1998年里斯本世博会中国表演了卫星模拟发射，2000年汉诺威世博会上，中国馆展出了自己未来的太空梭、宇宙空间站和月球漫游车，世界看到了一个民族的远大目标和宏伟抱负。2003年10月15日9时神舟5号飞船冲天而起，中国成为继前苏联、美国之后第3个独立载人航天的国家，2005年10月12日，神舟6号完成“多人多天”太空翱翔，2008年9月25日神舟7号实现了空间出舱活动。杨利伟、费俊龙、翟志刚等名字也永远写进了世界航天英雄谱。2007年10月24日嫦娥1号成功奔月，2010年建造空间站的天宫计划正在实施，2012年“追赶太阳”的夸父计划已经启动，中国人正稳扎稳打和后劲十足，实现着古老而辉煌的飞天之梦。2010年上海世博会的会旗已经由神舟6号搭载着环绕全球，中国航天科技集团等建造的“太空家园馆”将带给7000万观众全新的感受和体验。

2000年汉诺威世博会中国馆展出未来的宇宙空间站

2000年汉诺威世博会中国馆展出未来的登月漫游车
1939年纽约世博会、1964年纽约世博会和1970年大阪世博会都曾对5000年后的人类投放了“时间仓”，将精心甄选的千余件物品放进密封的金属容器并埋入地下，让遥远的子孙能解读祖先的历史和文明。而我们发往太空的探测器则携带过另一种“时间仓”。先驱者10号和先驱者11号都在天线主柱下镶嵌了一块镀金铝板，长23厘米宽15厘米，一对男女的裸体画像是人类的自我介绍和亲切问候，简单的图示和符号通报了太阳和九大行星在银河系的位置。这是美国著名天文学家和科普作家卡尔.萨根与夫人琳达.萨根共同设计的。旅行者1号和旅行者2号搭载的“时间仓”则是一张铜质镀金唱片《地球之声》，记录了风涛雷电、鸟兽虫鱼等天籁和55种语言的问好，以及不同民族乐器的演奏。其中包括中国古乐《流水》。还有115张图片，时任联合国秘书长瓦尔德海姆和美国总统卡特的信。唱片封套铀238镀层的半衰期能标识它的“年令”。如今这4个探测器都永远离开了地球母亲和太阳系家园，成为茫茫星际间的“宇宙飘瓶”。她们经得起地老天荒，她们的寿命将比太阳系更长。如果亿万年后真有其他星系的智慧生命获取并解读这些“时间仓”，一定会被地球人类的友善和多情所深深感动。更贴近现实的“太空时间仓”是联合国教科文组织列入“21世纪工程”的KEO计划，这一命名源自K、E、O三个字母是世界大部分语言里出现频率最高的发音。欧洲阿丽亚娜火箭将在2010年至2011年间发射一颗KEO卫星，于悠悠5万年后返回地球。KEO计划号召全世界60亿人不论国籍信仰、贫富贵贱，都为5万年后的人类写一封信，并平等拥有6000字符的“话语权”。KEO卫星还携带一枚人工钻石，内含一滴人类血液和空气、海水、土壤的样本，拥有巨大容量的玻璃光盘将录入人类掌握的各种知识，成为一座“现代亚里山大图书馆”。KEO时间仓无需埋入任何国家领土，不怕地球环境销蚀，可以算“交给上帝保存”了。当我们提起笔来准备给500个世纪后的子孙留下自己的肺腑之言时，大约都会进入一种圣洁崇高而温馨慈爱的心境吧。

先驱者号探测器上的镀金铝板

美国著名天文学家卡尔.萨根展示先驱者号探测器上的镀金铝板

旅行者号探测器上的金唱片《地球之声》

旅行者号探测器上的金唱片《地球之声》封套

KEO卫星时间仓内容物
也许没有一种科学像天文学那样伴随着全部人类文明的进程，深刻影响着哲学、宗教和文化的发展，并把世界人类团结起来。未曾仰望星空的人不会有深刻的思想，而探索宇宙的激情常常伴随着宽广的胸怀和纯洁的心灵。我们一切努力的终极意义和永恒价值是什么？人类存在的合理性和继续永久存在的可能性在哪里？当我们建立起清晰的宇宙概念并彻悟到自身的确切位置时，科学就会成为信仰的一部分。继续开拓知识的疆界，走向宏大和辽阔，是我们这颗行星上每一代人的不懈追求和无上荣光。