飞天的天条
中国明朝的万户想用火箭飞上天空,但没有实现;莱特兄弟梦想飞上天,终于成功了。凭飞机的速度和高度,是绝对不能进入宇宙空间的。能达冲破地球引力的速度,目前只有火箭和少数几架飞机。运载火箭战胜地球引力的速度:
第一宇宙速度,又称为环绕速度。它达7.9千米/秒,能完全克服地球引力的缚,使物体环绕地球飞行。
第二宇宙速度,也称为逃逸度。它能使航天器的飞行速度达11.2千米/秒,克服太阳的引力在阳系内航行。
第三宇宙速度,又称为脱离度。它达到16.7千米/秒速度,冲出太阳系在银河系内航行。
现在,不论运载火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、空间探测器和航天飞机等航天器都是遵循这三个宇宙速度飞行的。这是飞天的天条。天条就是大自然的法则。人类能打破这些天条吗?
速度战胜距离
人类对未知的事物总是怀有一种好奇心。太空探险就是满足人类的好奇心。50年来,人类探测过的太空世界是我们的祖先所不能想象的。如果地球有一天毁灭,太空将是人类生存的希望。
为什么我们要到太空去?因为生命总是在寻找生命。在浩瀚的宇宙中,我们并不孤单。在遥远未来的某一天,人类一定能在太空的一方找寻到知音!人类的好胜心已经战胜地球的束缚,飞出天外。
地球与月球的平均距离为38万千米,当年,“阿波罗”号飞船以10.5千米/秒的速度飞行,近4天到达月球。
地球与最近的星球——火星运行在椭圆形轨道,距地球最近时5500千米,最远时4亿千米。美国“好奇”号火星车需航行近10个月。
地球与太阳系最远的星球——冥王星的距离为45亿~60多亿千米。美国“新地平线”号探测器以第二宇宙速度将飞行10年,于2015年到达。
人类居住的太阳系,距最近的恒星的距离达43万亿千米,即 4.3光年,以第三宇宙速度飞行需要近 10万年的时间,而银河系的直径达10万光年。
何况在银河系外还有千亿个河外星系。要冲出太阳系到银河系乃至河外星系去探险,用现在的火箭是不能胜任的,需要建造出更先进的飞行器,用速度战胜遥远的距离。这需要科学技术的更大进步。人类认识到,要实现宇宙航行的理想,人类的科学技术还需要有几次大的飞跃。
科学与科学的对决
20世纪30年代,瑞士天文学家弗里兹?茨威基发表了一个惊人结果:在宇空间,存在暗物质与暗能量。人们看得见的星系只占总质量的1:300以下,而99以上的质量是看不见的。茨威基认为,由于暗物质不会发光,在天文学上用光手段观察探测,是绝对看不到暗物质的。
一石激起千层浪。许多天文学家、科学家不相信茨威基的研究结果。物质是物质,怎么会看不见,莫非还存在另外一个空间?神秘的天体引发科学论战,很少有人支持茨威基。茨威基舌战群儒,回应他的是:你已滑向伪科学的边缘。有人甚至怀疑茨威基教授是否患上了精神病,因为天文学家成为精神病患者的比例最高。
爱因斯坦是相对论的奠基人,对能量与质量之间的关系最有发言权。爱因斯坦认真分析了茨威基的研究,也认为根本不存在暗物质。他说:所谓的暗物质只不过是一个错误的“宇宙常数”。
这是一次科学与科学的对决。70多年来的天文观察、科技发展越来越支持茨威基的理论。为了找到暗物质和暗能量存在的新证据,2001年6月30日,美国国家航空航天局发射了威尔金森探测器。科学探索需要设想和验证。
2003年,威尔金森探测器用大量事实和数据证实:宇宙中确实存在暗物质与暗能量。宇宙由23%的暗物质、73%的暗能量、4%的普通物质组成。宇宙膨胀先减速后加速。宇宙已有约137亿年历史。后来,美国、欧洲发射的太空望远镜也支持茨威的科学设想。
科学是螺旋式发展的。茨威基首先发现了看不见的物质——暗物质的存在大大推动了物理学、天文学的发展,对科学的重大贡献不可估量。爱因斯坦没有到,当初他认为是错误的“宇宙常数”——暗物质、暗能量,几乎可称得上是宇宙的核心。
伟大的“错误”
1783年,英国地质学家约翰?米歇尔首次提出黑洞理论。1916年,爱因斯坦的广义相对论支持和预言黑洞理论,物质在黑洞“只进不出”。经典的黑洞理论认为,黑洞是恒星死亡后的残骸,是一种特殊的天体,会隐形。根据广义相对论,看不见黑洞是因为弯曲的空间。光应该沿任意两点间的最短距离直线传播,但在空间引力场作用下变弯曲了,偏离了直线的方向,所以看不见它。黑洞的引力场非常强大,吸收着一切,如各种星星,就连光也不能逃脱出来。
1974年,英国著名天体物理学家霍金提出“霍金辐射”理论,认为黑洞是有辐射的。霍金,被誉为活着的爱因斯坦。他说:“我的思想可自由‘进入’黑洞内部,进入宇宙最遥远的地方。”霍金强调:黑洞没有磁场。所有物质在进入黑洞之后就把自己所携带的信息全部丢失了。黑洞理论成为天文、物理学界的主流观点,是20世纪最具有挑战性,也最让人激动的天文学说之一。
近10多年来,天文学家利用哈勃、康普顿、钱德拉、牛顿、威尔金森、斯皮泽等14架太空望远镜,进行了长期的观察。位于美国马萨诸塞州的史密森天体物理学会宣布:确实观测到了星系和类星体中心的“大黑洞”,但没有探测到“霍金辐射”和“黑洞蒸发”。科学家观测距离银河系90亿光年之外的一个类星体分析了光谱,探测了内部结构,发现星体拥有强大的磁场。有的天文学家认为“大黑洞”其实是暗能量星。类星体中央带有磁场的等离子球体的存在,就排了黑洞存在的可能。
天文观测结果对黑洞理论提出疑问。一些科学家提出黑洞理论需要修正,有些科学家甚至认为宇宙根本不存在黑洞。如果黑洞真的不存在,整个黑洞理是错误的,那么,关于宇宙起源的理论就将被改写。
磁场挑战黑洞,自己挑战自己。霍金在猜想与事实、错误与科学、名誉与理面前,勇敢地选择了后者。霍金不惜自己的声誉,曾三次发起科学史上著名赌局。他的“黑洞”赌局每次都输。2004年7月21日,霍金承认第三次科学赌局了,并严肃地向全世界宣布: 黑洞有磁场。他说:“如果黑洞周围还存在磁场掉落黑洞的物质把信息遗留在磁场中是有可能的。”霍金推翻了自己原先的黑理论。科学探索就是追求真理的过程。
霍金自幼残疾,只能用眼睛控制电脑,被称为用眼睛讲述宇宙起源的科家。黑洞理论的确认、肯定,或者推翻,都需要一个科学研究和验证的过程。管是新理论新发现,还旧理论新发现,霍金是一位科学赌局的胜者,追求和坚持真的科学家。
人类能走多远
探测太阳系早已拉开了序幕。现在,人类已经探测了太阳系内的所有行星,对太阳系有了一个基本的了解。人类最早探测月球,并登上了月球;探测了太阳系的火星,并派火星车考察了火星,观察了木星、土星、彗星等。到2008年底,人类已经在月球、火星和“土卫-2”发现了水,非常令人振奋。
2009年3月7日,人类第一架探测类地行星的开普勒太空望远镜发射升空。它的任务就是在银河系内2000亿颗星星中寻找地球的兄弟。
人类关心和怀念远离故乡的“星际游子”——空间探测器。你已经飞了多远?你还好吗?你又发现了什么?人类既好奇又兴奋,不禁要问:人类到底能走多远?
太阳系是广阔的,银河系更广阔,银河系以外的宇宙更是广阔得无法想象。那人类怎样探测和发现广阔的宇宙呢?天文学家制订了探测宇宙的计划。第一步先探测太阳系;第二步探测银河系;第三步再探测银河系以外的宇宙。
人类是智慧的、聪明的。人类凭借先进的科学技术、凭借众多的空间探测器进行宇宙探测。其他星球有生命存在吗?外星人在哪里?宇宙有多大?有太空文明吗?探索太空文明会引狼入室吗?许多科学命题等待人类破解。最近,一个国际天文学家研究小组也许创造了新纪录。他们发现了宇宙中已知的最为遥远、古老的星系。这个星系距离地球130亿光年,是在宇宙大爆炸7.5亿年后诞生的,当时宇宙尚不到现在年龄的5%。
对未来的宇宙航行,科学家们作出种种设想,如原子能飞船、光子飞船、太阳帆飞船等。相信不久的将来,太阳帆飞船将以更高的速度飞行,触摸一下太阳系的边界,眺望银河系的广阔。