出品："格致论道讲坛"民众号（ID：SELFtalks）

以下内容中国科学院国家空间科学中央 空间天气学国家重点实验室研究员刘勇演讲实录：

我的专业为空间物理，经常会有人问我们，这专业和同样都是研究太空的天文学有什么区别，两者怎么划分，到底谁管哪一块？

我们实在可以这么来明白这个问题：天文学是一门异常古老的科学。可以说自从地球上有了人类，有一部门人最先仰面看向星空，天文学就最先了；空间物理是一门历史很短、对照现代的科学，它是借助现代的手艺手段来研究太空的事情。

尤其是当人类进入太空时代以来，我们就可以借助飞船，近距离观察那些我们以前只能在望远镜里看到的那些天上的星星。

以是我们跟天文学的分界是他们是能够看到，而我们不光能看到，照样真正要去飞，或者说人类的飞行器到那里，空间物理的局限就到那里。

冲出地球，飞向宇宙

我个人在研究中异常体贴、经常思索一些问题，或者说经常被人问到的问题――在茫茫宇宙，另有没有其他的星球上也和地球一样有生命的存在？

若是从学术角度剖析，那就是在宇宙中有没有另外的星球和地球一样，有适合生命生计的条件？我们能够找到和发现它吗？若是地球遇到不能抵抗的灾难，我们能不能够在这种情况下逃离地球这座孤岛，移民到其他星球？

但我们不管是要去外星球寻找生命，照样要移民到其他星球，都需要行使航天来实现。

那么我们先从航天历史的角度来思索这一问题。

在明朝，有个叫万户或万虎的人，曾想过在一把竹椅子的后面绑上几根火箭，行使火箭的推力，把自己送上天，然后他再举个鹞子就可以平安地落地。

但这个故事的结局是个悲剧――很不幸，他没有乐成落地。那时火箭就直接把他炸死了。

这个故事告诉我们：第一，我们人类很早就有飞向星空的梦想。第二，没有科学原理，我们的梦想无法酿成现实。

而第一个把这个事情用科学方式来注释的人是牛顿。他通过研究万有引力发现，若是扔一个器械的速率越快，它就会落得越远。

但由于地球是圆的，只要扔得足够快，这个器械一直会在天上飞，若是绕着地球，就是一颗人造的地球卫星。

速率得是若干？第一宇宙速率――7.9 km/s，每秒钟走7.9公里。这个速率异常快，差不多是高铁速率的100倍。用这个速率绕地球一圈，只需要一个半小时。

云云快的速率，牛顿固然实现不了，牛顿同时代的人也实现不了。

牛顿之后还出了一名异常著名的科幻作家凡尔纳。他以为可以把人或装备装在炮弹里，行使大炮发射上天。

厥后我们固然知道这个方式行不通。由于大炮爆炸的那一瞬间，冲击力实在是太大，远远超过了人体和许多机械装备可蒙受的局限。

以是直到齐奥尔科夫斯基，这个问题才得以解决。齐奥尔科夫斯基是现在为止人类公认的航天之父。

许多航天院所都把他的一句话刻在墙上。“地球是人类的摇篮，而人类不能能永远生涯在摇篮里。“或者说，没有人会一直生涯在摇篮里，人类总有一天要冲出地球，走向太空。

著名的齐奥尔科夫斯基公式是他通过研究气体动力学发现的公式。它解答了要到达牛顿所说的速率，需要装若干燃料，这个燃料要以多大的速率喷出去这样的问题。

但燃料的燃烧自己是一个异常暴力的历程，控制欠好就可能造成像万虎那样的悲剧。以是在齐奥尔科夫斯基谁人时代，他也没有设施把人送上天。

而且他谁人时代的人们都以为上天是不能能的事。所有关于航天的论文都被拒稿，不能揭晓。齐奥尔科夫斯基只好把他的想法写成了科幻小说。

其中一部著名的科幻小说――《在地球之外》，详细地讲述了一帮科学家怎么做火箭，怎么做宇宙飞船，然后乘坐宇宙飞船，伸向太空，探索月球和小行星，最后平安地回到地球。

可以说它不仅仅是科幻小说，照样一个伟大的科学构想。

齐奥尔科夫斯基那时没有能力实现这个科学梦想，但他的学生科罗廖夫成为了第一个造出人造地球卫星，并将其乐成发射上天的苏联科学家。

在这之后，他还把人类历史上第一个宇航员，第一个太空人――加加林也乐成地发射上天。

我们都知道加加林是人类的第一个宇航员，是人类探索太空的英雄，但科罗廖夫才是这个英雄背后真正的元勋。

同样在第一个登月的宇航员阿姆斯特朗死后的英雄――冯・布劳恩也深受齐奥尔科夫斯基的影响。他的条记本里纪录许多有关这位航天之父解决问题的想法。以是，这是人类在一脉传承下从地球到登上太空的壮举。

寻找地球的替换星球

通过回首，我们可以以为人类登上太空也许履历三个阶段――牛顿提出科学原理，我们需要飞得足够快来脱离地球；齐奥尔科夫斯基提出合理的手艺门路，我们要用火箭把人或装备送上太空；最后再由伟大的科学家科罗廖夫和冯・布劳恩将梦想完工现实的工程实行。

完成这些后，我们就发现不仅要去月球，还应该像齐奥尔科夫斯基指出的那样，去进一步探索太空中的其他星球。

我们的第一个目的就是太阳系中的其他行星，包罗由地球往外的木星、土星、天王星和海王星。到现在为止，我们已做了许多的探索。这一幅图对照复杂，基本上一个圈就对应着一个探索设计。

我们看到去月球的次数是最多的，还去过木星、天王星、海王星。

现在回到最初的问题，若是要冲出地球孤岛，我们的飞行器必须要飞得足够远。而现在我们飞得最远的飞行器是哪一个？

从1977年发射到现在，已事情43年的旅行者号。它包罗两艘飞船，旅行者一号和旅行者二号。

他们都是1977年出发，约两年后到达木星，又约两年后抵达土星，今后分道扬镳。

旅行者一号脱离了黄道面――所有这些行星都绕着太阳转的平面，往上飞。而旅行者二号留在黄道面继续探测天王星和海王星。

事实上，不管是旅行者一号，照样旅行者二号，都只是轻轻地从旁边飞掠已往，真正观察这些行星的时间是很短的。

事实上我们所说的太空并不是真正意义上的真空，它还充满着林林总总的物质。其中有一种物质就是太阳风。

而在旅行者号脱离这个行星的时刻，行星与行星中心有太阳风。

太阳是一个伟大的火球，可以把它想象成一锅烧开的水，总有物质要从温度很高的地方往外冒，就像水蒸气要从开水中往外冒一样。太阳风就是像这种从火球里头往外冒的水蒸气。

太阳风的局限很广，然则旅行者一号和旅行者二号现在为止都已经飞出太阳风的界限。这张图左边的黄色部门就是太阳风之外的恒星际风。蓝色的部门是太阳风笼罩的局限。

旅行者号已经飞出了太阳圈以外，而不是太阳系以外。天文学上界说的太阳系是太阳引力控制的局限。直看法说，就是绕着太阳转圈的都算太阳系。

而绕着太阳转圈的，除八大行星以外，另有离太阳1000个天文单位以外的奥特星云。

它也绕着太阳转圈，是太阳系的一部门，一直延伸到10万个天文单位以外。

旅行者号飞了40年，现在飞了也许100个天文单位，若是要飞到10万个，至少要4万年。

纵然思量人类在接下来的十年二十年手艺提高速率提高十倍――4000年，再提高十倍――400年，但400年也受不了，我弄个飞船一定是希望在有生之年能看到它飞出去。

以是这里就有个异常消极的结论：以现有的手艺，我们没有设施飞出太阳系。那么我们就先在太阳系内部找生命可能生计的星球。

除了飞掠这些行星的飞行器，另有一些可以绕着这些行星转圈，举行深度历久的观察。例如伽利略号，但它的整个飞船历程十分不顺。

1986年，按设计，它是要搭乘亚特兰蒂斯号航天飞机上天，原本已经拖到发射场准备发射，但遇上挑战者号航天飞机爆炸，所有的航天飞机都必须停飞，伽利略号就发射不了。

几年后，它可搭乘航天飞机上天了，但又遇上环保主义者担忧万一控制欠好携带核燃料的伽利略号，在回到地球时发生爆炸，剧毒的核燃料会造成人类无法挽救的效果。

固然厥后这个事被平息下去了。科学家有足够的经受，在设计一个项目时不能保证它百分之百乐成，然则会尽最大的起劲来实现百分百的乐成。

若是真的是有异常大危险的话，科学家是宁肯不做的。

伽利略号核燃料爆炸泄露的问题是可控的。由于我们把核燃料层层包裹住，就算是它撞到地球上，最终的效果也是它炸了，然则核燃料照样不会发生泄露。

虽然伽利略号的整个历程异常艰辛，然则照样乐成地抵达木星，并对木星的卫星都举行了很好的探索，例如木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。

地球外生命存在的可能

伽利略号很详细地研究了木卫一上的火山。有人说火山实在是生命的希望。

就某种意义上讲，它是个能量的泉源。由于太阳光在木星异常弱，或者说谁人地方的太阳光能源不足以支持生命的流动，以是若是有其他泉源，就说明有可能有生命的存在。

第二个是火山实在说明这个星球还在演化的历程中。我们都知道地球上的生命也是演化出来的。地球也不是从它降生时就相宜生命生计。整个生命的发生到最后形成人类的存在，都是演化的效果。

除了能源和演化，我们还发现另外一个生命生计异常要害的因素――水。伽利略号在欧罗巴，木星的第二颗卫星上找到了水。

木卫二外面有一层冰的壳，但在冰的下面，就像南极一样，上面是冰山，下面是很大片的地下湖泊。

若是将木卫二与土卫七和月球举行对照，我们发现木卫二的外面像鸡蛋壳一样异常滑腻。而土卫七和月球上保留了这亿万年来被小行星撞击的大大小小的伤痕。

小行星就这么偏心土卫七和月球，就不去撞木卫二？不是的，木卫二一定也被撞击过。它的外面之以是滑腻，是由于它底下是流动的液体。一旦被撞出一个坑后，它一流动，这个坑就变没了。

就像我们淌过一摊水，已往之后，这个水面又恢复了镇静。这样大大小小的撞击坑，就不见了。

通过下图可以发现在火星和木星之间，有一个伟大的小行星带。内里漫衍着大大小小的许许多多颗小天体。

从长时间来看，它们实在是地球，或者说在太阳系的局限内物质交流的前言。

说不定就是一枚带着生命种子的小行星，来到了地球。地球才有生命，最先繁衍。

也说不定哪一天，由于小行星的撞击，有一块小小的地球陨石也带着生命的种子来到了太空中，也许经由历久的演化，就存在太阳系中的某个角落。

虽然前面剖析了那么多，得出一个异常消极的结论――以现有的手艺，我们没法飞出太阳系，但我最后还要说，两百年后，我就要飞出太阳系。

人人可能以为很惊讶。但我以为科学家在行使现有的手艺推算未来时，往往是异常守旧的见识，就好像齐奥尔科夫斯基在推断人类何时能够飞上太空一样。

他在二十世纪初的时刻预言人类在二十一世纪才能够最先探测宇宙和太空，然则事实上在1957年第一颗人造地球卫星就上天了，人类进入了太空时代。

以是，我们也不能清扫约200年内造出能飞出太阳系的飞船的可能。一方面，我们寄希望于手艺的提高，甚至是一些原理性的提高。另一方面，在宇宙中的生命是肯定存在的。

我们若是能够飞出太阳系，兴许就能够找到生命，而且发现一个让地球生命也能继续繁衍、继续生涯的乐园！

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