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牛頓精神

2020-07-31
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2020年7月23日,中國開啟了一項大膽的火星探測任務,計劃在明年讓一個機械人探測器登上這顆紅色星球。“天問一號”火星探測任務是邁向太空的重要一步,不僅因為這是一項極其複雜、大膽的科學壯舉,還因為它可以鼓舞地球上的年輕人——不僅是中國的年輕人,還包括全世界的年輕人。這些年輕人成長於疫情期間,他們面對的是一個科學並不永遠被重視、非理性隨時會戰勝理性的政治環境。

“天問一號”在位於海南島的文昌航天發射場發射成功,這次發射的“時間窗口”是充分利用地球與火星的相對位置,計劃讓探測器在明年2月與這顆紅色星球的軌道交匯。“天問一號”發射後將沿着曲線狀的霍曼轉移軌道移動。在太空動力學中,霍曼轉移軌道要求太空船在兩顆行星距離最近之前發射,在兩顆行星再次遠離之後到達。

火星探測器有三個主要組成部分:一個軌道飛行器,一個着陸裝置,一個可分離的火星車。火星車可以從着陸裝置上滾落,展開的太陽能面板將為火星車在降落區域進行探測提供電力。照相機、探測機和感應器將同步從上方和地表監測火星,研究該星球的氣候和地形。

澳大利亞天體生物學家大衛·弗蘭納里認為,“天問一號”是一項“由科學驅動的雄心勃勃的計劃,它代表了中國航天項目的重大進步”。火星探測計劃可被視為一項測試項目,來驗證在火星上採集岩石樣本並將樣本帶回地球這種難度更高的計劃的可行性。採集並帶回樣本計劃預計於2030年展開。美國國家航空航天局是迄今為止無可爭議的火星探測領軍者,它擁有的技術能夠做到在火星上採集未被污染的土壤樣本,並將其保存在試管中,但它目前還做不到將這些珍貴的樣本送回地球。鑒於火星探測任務的複雜性——太空船需要進行幾次高難度的軌道轉移,以及全世界的科學家都迫切想要研究這些樣本以確定火星上是否存在微生物生命痕迹,這就提出了一個問題:難道國際合作不是推進火星探測的最佳途徑么?

弗蘭納里進一步指出,中國一直在與其他國家分享其獲取的月球數據,希望也可以分享火星數據,因為“太空屬於每一個人”。

這同樣適用於當今世界各地取得的科學成就。科學是美好的事物,不被任何人擁有,只遵循那些人類無法干涉的法則,但科學可以為人所用,造福人類。

早期的中國火星探測器“螢火一號”於2011年搭載一艘俄羅斯火箭發射。但由於發射設備的發動機出現故障,“螢火一號”未能成功脫離地球軌道,這提醒我們太空發射一直都是難度很高的工作。美國、俄羅斯和日本都曾經歷過高昂的太空計劃因着陸失敗、推進燃料泄漏、太陽能面板安裝失敗或軟件故障而功虧一簣。火星探測計劃的失敗率高達50%,這就更加需要堅持不懈的努力。

中國國家航天局的耿言對此直言不諱,他指出,相比探測月球,探測火星更具挑戰性。“我們對火星的了解還很有限。那裡的環境還有許多不確定因素,而且風險很大。”

隨着“嫦娥”探月計劃的巨大成功,中國已經跨越了令人遺憾的暫時性失敗。“嫦娥”已經開創性地開始探索月球背面。

月球背面其實並不比我們熟知的正面更暗,只是因為月球被鎖定在地球軌道上,導致其另一面永遠背對地球,因此無法進行直接的無線電通訊。為了與位於月球背面的探測器保持通訊,有必要在“光環”軌道安裝一台接力通訊衛星。

火星的重力與稀薄的空氣為軟着陸帶來了巨大挑戰。火星上的沙塵暴已經令至少一台美國火星車失靈,為“天問一號”機械人火星車提供電力的太陽能面板需要一套與“玉兔”完全不同的設計。“玉兔”是“嫦娥”探月計劃中使用的月球車之一,可以在真空中運行。

當一場恐怖的疫情令全球大部分地區遭到封鎖時,摘星探月,繼續人類的探索、實驗與夢想顯得尤為重要。

艾薩克·牛頓創立了微積分,加深了人類對重力的理解,令精確計算地球、火星和往返於兩顆行星之間太空飛船的軌道動力學成為可能。17世紀晚期,一場恐怖的瘟疫襲擊英國,當時也採取了類似封城的措施,令牛頓陷入孤立無援的境地。而他所做的一切無疑是創造性思想具有無窮力量的最佳詮釋。

但牛頓的這些創造性思想並非憑空而來,即便他看到蘋果從樹上掉落而發現萬有引力的故事並不完全是虛構。好的科學,正如好的歷史和好的治理一樣,都是基於前人無數貢獻之上的共同成果。

帶着所有科學探索者應有的謙遜,牛頓這樣告訴我們:“如果說我曾看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。”