空間科技與人類文明

　　主持人：我大致聽懂了。為了聽得更明白，請您現(xiàn)在就開始講解空間科技給人類帶來了什么，我們洗耳恭聽。

　　蕭：好，謝謝。各位下午好，非常高興有這樣一個機(jī)會和大家一起來探討一下關(guān)于人類的空間活動問題�？臻g活動應(yīng)當(dāng)是集中體現(xiàn)現(xiàn)代高科技技術(shù)領(lǐng)域里面最前沿的引人注目的領(lǐng)域之一，那么大家對它感興趣，關(guān)心也是很自然的，剛才主持人也談到，即將過去的這個世紀(jì)，有人把它叫做空間時代的開始，的確是這樣的，因?yàn)槲覀內(nèi)祟惖谝淮蚊撾x地球，第一次實(shí)現(xiàn)了太空行走，第一次登月，而且我們第一次把飛行器送到了木星、火星和太陽的兩個極區(qū)這樣的遙遠(yuǎn)的地方，那么表示空間時代的確是開始了。那我們究竟這個空間活動可以給人類帶來一些什么，從基礎(chǔ)上面來說，大家都是搞基礎(chǔ)研究的，人類的求知欲，不斷地要了解自然，了解我們的環(huán)境，這個本身促使我們不斷地去對空間進(jìn)行新的探索，我想這是基本的一面，但是從應(yīng)用的方面來說，空間也的確可以給我們?nèi)祟悗�來很多巨大的利益。因此今天我就想圍繞這個問題談一談，為了了解空間到底能給我們?nèi)祟悗�來一些什么，我想我們首先�?yīng)該了解一下空間環(huán)境，從第一個方面我想先從一般性的空間的特點(diǎn)來讓大家了解一下，或者我們一起交流一下，空間能夠帶給我們一些什么東西�？臻g有些什么特點(diǎn)，我們國家著名的航天專家王希季院士他是去年22位“兩彈一星”的功勛獎?wù)碌墨@得者，他總結(jié)第一個空間有極大的高度，有極其寬闊的視野。那么第二呢，空間的環(huán)境非常清潔幾乎接近了高真空。第三，我們要進(jìn)入空間，就必須脫離地球的引力，因此在空間是沒有重力的失重環(huán)境，或者我們說是微重力的環(huán)境。有的同學(xué)包括我第一次聽到以后覺得奇怪，很大的高度也變成資源了，非常潔凈的環(huán)境也是資源，可是我們聽一聽下面的分析，我覺得我很同意這樣的觀點(diǎn)，這些的確是資源，因?yàn)樗鼈儙Ыo我們很多有用的東西。比如說很大的高度，很大的高度給我們帶來這樣一個極其方便的條件，就是我們在大的高度上來研究我們自己的家園，那么對地觀測可以比任何環(huán)境都要優(yōu)越。一個人生活在地球上，看不到地球的全貌，這也就是為什么我們?nèi)祟悾ㄎ拿鳎┮呀?jīng)有七千多年的歷史，可是我們知道地球是圓的只不過才有三四百年的歷史。因?yàn)槲覀兪冀K站在地球的表面上，不知道地球是圓的。如果幾百年以前人類就已經(jīng)到了月亮上的話，地球是圓的根本不需要你去研究，那么一看就（知道）是圓的。所以很大的高度的確是帶給我們很多很有利的條件，我們現(xiàn)在絕大部分的技術(shù)應(yīng)用衛(wèi)星，事實(shí)上就是利用這樣一個特點(diǎn)。比如我們舉幾個例子，第一個是通訊衛(wèi)星，第二個是氣象衛(wèi)星，第三個是資源衛(wèi)星和各種各樣的遙感衛(wèi)星，我們簡單的來解釋一下，剛才已經(jīng)說過了無線電波像光波一樣是直線傳播的，特別是電視和多路的載波電話，它的頻率很高，頻率很高的東西它更加是直線傳播，北京電視塔差不多有四百米的高度，可是它這個電波從上面下來到了和地球圓弧相切的距離也只有一百多公里，所以如果就靠天線的高度的話，那么比昌平或者比密云更遠(yuǎn)的地方，根本就收不到北京的電視。因此早就想過我們的塔應(yīng)該越建越高，所以大家從材料的角度想一想，如果一個塔的頂要覆蓋三分之一個地球，我們建三個塔就可以進(jìn)行全球轉(zhuǎn)播的話，這個塔的高度應(yīng)該是三萬六千公里左右，沒有一種材料能夠經(jīng)得起這樣的高度，而且大家可以算一下，這樣一個高度按照巴黎的埃菲爾鐵塔的體積來算的話，這樣一個高度的鐵塔它的底座的面積要比地球的面積還要大，那你沒有辦法在地球上建這樣一座鐵塔，可是我們充分的利用空間這個廣度，那么我們只要在同步的高度上三萬六千五百公里的高度上我們放三顆同步的衛(wèi)星，它（繞地球）旋轉(zhuǎn)的速度和地球自轉(zhuǎn)的速度一樣，所以在地面上看起來它永遠(yuǎn)在同一個地方，那么大家把所有的電視、電波所有的信號都放到它上面去，它再轉(zhuǎn)發(fā)下來那么用電視接收天線就什么地方都可以接收，現(xiàn)在歐洲的足球賽在北京隨時都可以看到，那么實(shí)際上是衛(wèi)星轉(zhuǎn)播在起作用，鳳凰衛(wèi)視臺它是向全球廣播的，如果沒有了這個通訊衛(wèi)星也不可能實(shí)現(xiàn)。所以大家知道這個高度、廣度有多大的作用。氣象衛(wèi)星地面我們不論布置多么密的氣象觀測網(wǎng)，要把這些網(wǎng)搜集起來（的）資料，匯總到一個地方去，是要相當(dāng)花時間的，但是我們在六百到九百公里繞著地球南北極旋轉(zhuǎn)的太陽同步軌道上放一個氣象衛(wèi)星的話，那么幾十萬平方公里面積里面的云的演化和圖形，在隨著地球的自轉(zhuǎn)一兩小時里面全可以拍下來，那么天氣演化的過程我們就可以看得非常清楚。資源衛(wèi)星也是這樣子的，我們需要知道地面的礦藏什么的，如果航測的話，飛機(jī)一飛它這個航測的照片的寬度只有幾百米，那么飛過去是一條線，但是衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)一片的……，因?yàn)榈厍虮旧碓谧赞D(zhuǎn)，衛(wèi)星在旋轉(zhuǎn)，一般的一百零四分鐘就可以掃過地球一次，在這樣的情況下，我們地面的各種照片以及通過不同波段，比如從紅外毫米波一直到更長波一些東西，不同的物質(zhì)它輻射出來譜不一樣，那我們就可以判斷地面的森林怎么分布的，地下的礦藏是怎么分布的，以及海洋的顏色，海溫的變化我們都可以通過各種各樣的……，專門探測地球資源的我們叫做地球資源衛(wèi)星，還有一些其它目的的我們統(tǒng)稱為遙感衛(wèi)星，遙感如果從遙遠(yuǎn)地方，來感知下面是什么東西，這個我們當(dāng)然要使用到各種光學(xué)和電磁的不同波段，現(xiàn)在越來越發(fā)展，像海事救援衛(wèi)星，以及其它的一些專用的衛(wèi)星，都是充分利用廣大高度和極大的視野。第二個就是非常清潔的空間，非常清潔的空間向我們提供了一個向相反方向研究這個深空和天體的極好的機(jī)會，不管我們用無線電波段還是光學(xué)波段，我們避不開大氣的干擾，天文臺可以建到高山上去，灰塵少一些，可是云仍然要擋住它，水汽要擋住它，水汽把紅外（輻射）吸收得差不多了。所以我們天文的發(fā)展就受到了限制，但是我們現(xiàn)在可以發(fā)展大氣外天文學(xué)，我們把天文望遠(yuǎn)鏡放到衛(wèi)星上去，放到大氣外面，大家知道著名的哈勃望遠(yuǎn)鏡就是這個目的，那我們國內(nèi)現(xiàn)在也有專家建議，我們要建立一個太陽觀測衛(wèi)星，去在天上看太陽的磁場，比地面要看得清楚，順便告訴大家去年太陽活動極大，我們經(jīng)常預(yù)報(bào)太陽要有什么爆發(fā)，要有什么爆發(fā)，怎么能夠監(jiān)測到太陽的爆發(fā)并且及時地作出預(yù)報(bào)呢？在太陽和地球的中間有一個點(diǎn)，這個點(diǎn)附近太陽引力和地球的引力是平衡的，我們把它叫做拉格朗日點(diǎn)把衛(wèi)星通過幾次變軌，放到拉格朗日點(diǎn)，它可以繞小圓圈既不繞著地球轉(zhuǎn)，也不繞著太陽轉(zhuǎn)，老在那個地方呆著，這邊對著太陽，這邊對著地球，太陽上的所有爆發(fā)的X射線以及高能粒子流過來，它監(jiān)測到馬上就發(fā)送到地面來，這個拉格朗日點(diǎn)離地面還有200多個地球半徑，所以我們足足有一小時到一小時半時間可以警告那些飛機(jī)以及各種各樣的航天發(fā)射什么什么現(xiàn)象要發(fā)生了，這個也是利用了空間的非常的清潔，清潔跟微重力環(huán)境結(jié)合起來，我們還有更好的用處。比如我們下面說一說微重力環(huán)境可以干什么，我們生活在一個有地球引力和重力的環(huán)境里面，我們幾乎不能想象微重力下面的物理規(guī)律和有重力下面是完全不一樣的。比如舉一個例子，在地面我們有時候希望煉一些非常高純度的合金，怎么樣來煉呢？就想不出辦法來，因?yàn)榈孛嬉獰捄辖�，你總得拿一個容器，比如說我們拿一個坩堝，這個是石英做的，它很耐高溫，但是鋼水熔化的時候1400多度，即使耐高溫，石英坩堝里面的雜質(zhì)它會分解出來，總是要滲透到鋼水里面去，所以很純的合金在地面上就想不出辦法來，但是如果我們能夠在失重的條件下的話，你不需要任何容器，因?yàn)槭е氐臈l件下，大家知道任何東西是隨遇而安的你放到哪里就是哪里，那我們只要把一團(tuán)金屬懸在空中，周圍用電磁的方法或者其它方面加熱，它熔化了還在那里，那么你就可以往里面合適的添加一些你所需要的合金，這個純度可以由你來控制。微重力下的生命科學(xué)，整個也是不一樣的，我們的人習(xí)慣于重力的情況下，我們的心臟壓血的時候往上壓力大一些，往下壓力小一些，在宇宙飛船里面就不一樣，所以待了幾個月的宇航員或者航天員回來的時候他一開始下飛機(jī)走不動了，因?yàn)樗�整個血液循環(huán)在失重的條件下也是不一樣的，那么當(dāng)然現(xiàn)在有人提出來微重力農(nóng)業(yè)，這個有爭論，但是至少也說明微重力條件下，因?yàn)槲⒅亓�條件下，種子的向地性以及發(fā)芽的時候向光性，向光當(dāng)然跟微重力沒有關(guān)系，但是你都可以人工地去調(diào)制它，所以在這樣的情況下種子會怎么樣，這也是一個研究的課題，那就是說我們舉這樣幾個例子，說明太空這樣一些環(huán)境的特點(diǎn)本身的確是資源，我們可以充分地利用它來為人類服務(wù)。

　　那么下面最后談一點(diǎn)真正跟資源有關(guān)系的問題，行星和月球很誘人的一點(diǎn)就是上面有些資源，當(dāng)然現(xiàn)在我們把它叫做內(nèi)類行星，絕大部分資源地面上都有了，月球上有一種資源地球上就沒有那么豐富，那么就是氦的同位素，叫做氦三，月球上的氦三有好幾千噸，這樣的氦有什么用處呢？氦三是一種氦的同位素，一般氦的分子量是二，氦三是一種同位素，大家知道我們要從原子里面提取能量的話，有兩種方式，一種叫做裂變，拿重的原子比如說鈾235，用中子來轟擊它，一個原子分裂成為兩個原子的時候，按照愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換規(guī)律，它這個質(zhì)量是少了的，少的一部分質(zhì)量變成能量了，這就是早期的原子彈，如果原子彈產(chǎn)生的熱量夠大的話，另外一個極端就是很輕的原子核，你把兩個輕的原子核，比如說氫的同位素叫氘或者氚，或者是氦的同位素氦三，你把這樣兩個氦在高溫、高壓下給它壓在一起的話它聚成為一個新的重一點(diǎn)的新的原子，而聚合起來重的原子質(zhì)量也少了一點(diǎn)，也轉(zhuǎn)換成能量，這個能量要比裂變的能量要大的多的多。那么如果我們?nèi)祟惸軌蚩刂坪司圩兊脑�，那我們能源根本就不要發(fā)愁，海水里面有的是氫，而現(xiàn)在月亮上面的氦三是一種最好的核聚變的材料，那么足夠地球上全人類取用能源，取用許多年，所以在這個意義上來說，空間的真正的，我們傳統(tǒng)意義上的物質(zhì)資源也還是很豐富的。再花五分鐘左右的時間我們談一談空間環(huán)境災(zāi)害性的一面，就是說我們認(rèn)為太陽只是對外有光輻射，從紅外譜段到紫外，實(shí)際上不是的，太陽輻射的譜段，從長波的無線電波一直到最短波長的伽瑪射線以及宇宙線粒子太陽上都可以輻射出來，只不過是譜的分配不一樣，另外就是太陽還不斷地往外拋射東西，太陽的能量真正是太陽內(nèi)部在高溫高壓下產(chǎn)生的核聚變，這個核聚變產(chǎn)生的巨大的熱的壓力把太陽的外層大氣不斷地往行星際空間推出去，這個推出去不是簡單的推，在物理上有很多加速的機(jī)制，推到行星際空間以后，帶電粒子正的離子和負(fù)的離子它的運(yùn)動速度不一樣的話，就會產(chǎn)生電流，這種電流會產(chǎn)生磁場，磁場又改變電流，這個物理規(guī)律可以寫出來，這個離子產(chǎn)生的電流改變磁場，磁場又影響離子的電流，你寫成數(shù)學(xué)方程的話你發(fā)現(xiàn)很奇怪，就好象當(dāng)初帶電粒子里面有磁場，帶電粒子怎么走，磁場跟著它怎么走，發(fā)明者把這個叫做磁場的凍結(jié)，太陽上這個帶電粒子出來的時候凍結(jié)的太陽的磁場一到了以高速度到了地球的磁場表面的時候，這個帶電粒子以及它的磁場和地球的磁場以及地球外層的電離大氣相互作用，因此地球的大氣不是這么均勻的擴(kuò)展出去越來越稀薄，而是向著太陽的一面被太陽風(fēng)或者叫做太陽帶電粒子的磁場把它壓縮得很扁，背著太陽的一面被太陽風(fēng)拖得很長，那么地球的大氣跟彗星是一樣的，實(shí)際上有一些等離字體彗星也是同樣的原理，那在這樣的情況下太陽又不是均勻地往這個行星去輻射東西，它這個帶電粒子有時候在均勻的背景上有一股一股的擾動，這種擾動大家把它叫做太陽風(fēng)暴，用太陽風(fēng)暴到達(dá)地球磁場的時候，就可以使地球的磁場突然變化，學(xué)磁學(xué)的人都知道地球的基本磁場差不多是三萬四千到三萬六千的伽瑪，太陽風(fēng)和地球相互作用強(qiáng)烈的時候可以產(chǎn)生好幾千伽瑪?shù)淖兓�，這個我們把它叫做空間天氣，那么空間的天氣是太陽上的磁場和帶電粒子和地球的磁場和帶電粒子相互作用產(chǎn)生的這種變化，這種變化是什么東西在變化，既沒有降水也沒有溫度的突變，這種變化是地球磁場和電流的擾動，但是問題就在于我們有很多現(xiàn)代化的科學(xué)核工業(yè)設(shè)備是經(jīng)不起這個磁場的突然擾動的，比如我們大規(guī)模的輸電網(wǎng)路，輸電網(wǎng)路都是導(dǎo)電的很大的環(huán)，這么大面積的導(dǎo)電環(huán)里面如果磁通量在那里變化的話，那么它感生的電流強(qiáng)度電動勢是相當(dāng)高的，那么有一個大家可能想不到就是我們的計(jì)算機(jī)技術(shù)硬件技術(shù)已經(jīng)越來越發(fā)達(dá)了，我們在指甲蓋這么大一個面積里面可以集成好幾兆字節(jié)的容量，但是這個里面實(shí)際上就相當(dāng)于集成了很多很多二極管，那么每個二極管非常非常的微小，所以只要一個帶電的高能粒子一下子沉降到你那個芯片里面的某一個二極管上，你那個本來是負(fù)電，它一個正電過來把你翻成正的了，這個叫做單粒子翻轉(zhuǎn)事件，整個計(jì)算機(jī)就癱瘓了，所以這樣一些空間災(zāi)害我們是應(yīng)該對我們空間感興趣的來說，我們要有辦法探測它、去防止它。我想是不是先談這么一點(diǎn)，大家如果有什么問題或者感興趣，或者覺得剛才沒有說清楚的，那我們可以進(jìn)一步地討論一下。謝謝大家。

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