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牛顿精神

2020-07-31
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2020年7月23日,中国开启了一项大胆的火星探测任务,计划在明年让一个机器人探测器登上这颗红色星球。“天问一号”火星探测任务是迈向太空的重要一步,不仅因为这是一项极其复杂、大胆的科学壮举,还因为它可以鼓舞地球上的年轻人——不仅是中国的年轻人,还包括全世界的年轻人。这些年轻人成长于疫情期间,他们面对的是一个科学并不永远被重视、非理性随时会战胜理性的政治环境。

“天问一号”在位于海南岛的文昌航天发射场发射成功,这次发射的“时间窗口”是充分利用地球与火星的相对位置,计划让探测器在明年2月与这颗红色星球的轨道交汇。“天问一号”发射后将沿着曲线状的霍曼转移轨道移动。在太空动力学中,霍曼转移轨道要求太空船在两颗行星距离最近之前发射,在两颗行星再次远离之后到达。

火星探测器有三个主要组成部分:一个轨道飞行器,一个着陆装置,一个可分离的火星车。火星车可以从着陆装置上滚落,展开的太阳能面板将为火星车在降落区域进行探测提供电力。照相机、探测机和感应器将同步从上方和地表监测火星,研究该星球的气候和地形。

澳大利亚天体生物学家大卫·弗兰纳里认为,“天问一号”是一项“由科学驱动的雄心勃勃的计划,它代表了中国航天项目的重大进步”。火星探测计划可被视为一项测试项目,来验证在火星上采集岩石样本并将样本带回地球这种难度更高的计划的可行性。采集并带回样本计划预计于2030年展开。美国国家航空航天局是迄今为止无可争议的火星探测领军者,它拥有的技术能够做到在火星上采集未被污染的土壤样本,并将其保存在试管中,但它目前还做不到将这些珍贵的样本送回地球。鉴于火星探测任务的复杂性——太空船需要进行几次高难度的轨道转移,以及全世界的科学家都迫切想要研究这些样本以确定火星上是否存在微生物生命痕迹,这就提出了一个问题:难道国际合作不是推进火星探测的最佳途径么?

弗兰纳里进一步指出,中国一直在与其他国家分享其获取的月球数据,希望也可以分享火星数据,因为“太空属于每一个人”。

这同样适用于当今世界各地取得的科学成就。科学是美好的事物,不被任何人拥有,只遵循那些人类无法干涉的法则,但科学可以为人所用,造福人类。

早期的中国火星探测器“萤火一号”于2011年搭载一艘俄罗斯火箭发射。但由于发射设备的发动机出现故障,“萤火一号”未能成功脱离地球轨道,这提醒我们太空发射一直都是难度很高的工作。美国、俄罗斯和日本都曾经历过高昂的太空计划因着陆失败、推进燃料泄漏、太阳能面板安装失败或软件故障而功亏一篑。火星探测计划的失败率高达50%,这就更加需要坚持不懈的努力。

中国国家航天局的耿言对此直言不讳,他指出,相比探测月球,探测火星更具挑战性。“我们对火星的了解还很有限。那里的环境还有许多不确定因素,而且风险很大。”

随着“嫦娥”探月计划的巨大成功,中国已经跨越了令人遗憾的暂时性失败。“嫦娥”已经开创性地开始探索月球背面。

月球背面其实并不比我们熟知的正面更暗,只是因为月球被锁定在地球轨道上,导致其另一面永远背对地球,因此无法进行直接的无线电通讯。为了与位于月球背面的探测器保持通讯,有必要在“光环”轨道安装一台接力通讯卫星。

火星的重力与稀薄的空气为软着陆带来了巨大挑战。火星上的沙尘暴已经令至少一台美国火星车失灵,为“天问一号”机器人火星车提供电力的太阳能面板需要一套与“玉兔”完全不同的设计。“玉兔”是“嫦娥”探月计划中使用的月球车之一,可以在真空中运行。

当一场恐怖的疫情令全球大部分地区遭到封锁时,摘星探月,继续人类的探索、实验与梦想显得尤为重要。

艾萨克·牛顿创立了微积分,加深了人类对重力的理解,令精确计算地球、火星和往返于两颗行星之间太空飞船的轨道动力学成为可能。17世纪晚期,一场恐怖的瘟疫袭击英国,当时也采取了类似封城的措施,令牛顿陷入孤立无援的境地。而他所做的一切无疑是创造性思想具有无穷力量的最佳诠释。

但牛顿的这些创造性思想并非凭空而来,即便他看到苹果从树上掉落而发现万有引力的故事并不完全是虚构。好的科学,正如好的历史和好的治理一样,都是基于前人无数贡献之上的共同成果。

带着所有科学探索者应有的谦逊,牛顿这样告诉我们:“如果说我曾看得更远,那是因为我站在巨人的肩膀上。”