揭秘太空

　　亮剑太空（代序）

从地球走向太空，是人类文明的一大进步。

飞天梦是人类自古以来就有的梦想。希望能像鸟儿一样自由自在地在空中飞翔，是航空梦；想到月亮上去，进而去探索莽莽河汉，浩瀚神秘的太空，谓之“航天梦”。这两类“梦想”吸引着无数英雄尽折腰，甚至有人为此送了性命，人类仍然前仆后继，在所不辞。

航空和航天，起源一致但之后因理论和技术之不同而分家，本书描述的是航天非航空。中国人自古不缺航天梦，从“嫦娥奔月”的神话想象，到“万虎飞天”的身体力行，历史文化中均有传说和记载；甚至于现代航天中必不可缺的火箭技术，也是源自于我们祖先的伟大发明。

上世纪中叶开始的美苏冷战突然地把人类拉入了太空时代，从1958年苏联发射第一颗人造卫星开始，人类太空探索的脚步已经走过了将近一个甲子的历程。奔赴太空半个世纪，托起人类千古一梦。其中不仅有科学家求知欲的满足，也伴随着时代变革的风风雨雨。从苏美两个超级大国二战之后的人才争夺战开始，航天方面科学技术迅猛发展，全世界各国纷纷在太空亮剑，代表了在科学、技术、军事、政治各领域的全面竞争。这其中有成功的喜悦，也不乏失败的教训。这个世界各国以千亿万亿资金投入，数万人辛勤劳动以致付出生命代价的“航天工程”，为人类文明作了些什么？人类对太空的众星系有何更深入的理解？如今，借助于现代的高科技，我们如何重新解读太阳系和银河系，如何认知太空中那些遥远玄奥而又形形色色的各种天体？太空的探索与开发又如何改变了人类的生活和思维方式？此外，在满天繁星及航天探秘的背后，隐藏着哪些基本又有趣的物理知识？这些是本书作者希望引领读者思考解决的问题。

然而，宇宙茫茫，星辰无数。除了数亿万计的自然天体之外，几十年下来，人类发射至太空的人造物体也已经上万！因此，作者不可能面面俱到，只能带领你在这个巨大星海旁的沙滩上，拾取几颗美丽的贝壳。通过一些典型事例的介绍，让公众对“航天”的基本知识，以及其中的物理原理有所了解。同时，也通过介绍人类航天史上一些妙趣横生、震撼人心的故事，使读者认识人类航天的简要历史轮廓。从古代的飞天传奇，到世界各大国之间的太空争夺战，说明航天工程对人类文明社会之重要性。

也许有人会说，天上的星星固然美丽迷人，但离我们太遥远。登录月球，登录火星，那都是科学家和几个航天员考虑的事，与我们的日常生活有什么关系呢？这实际上是对天文学及航天事业的误解，姑且不谈“理想”、“梦想”之类长远而颇为抽象的话题，太空中发生的很多事情是与人类生存息息相关的。天上的星星并非遥不可及，它们的运动和变化无时无刻不在影响着我们的生活。

在美苏太空竞争的年代，美国总统林登?约翰逊曾经说过“控制了太空，便有能力控制天气、干旱和洪水、改变潮汐、提高海平面……，这是比终极武器更重要的东西，这是从太空某处达到完全控制地球的最终目的。”

约翰逊这段话的意思就是说，控制了太空便意味着控制了世界的未来。

谁不愿意控制未来呢？谁也不希望未来被别人控制！这就是为什么世界各国都要想发展航天事业，都纷纷想加入到这个“太空俱乐部”中，来贡献一份力，也分享一杯羹。发展航天，将自已的国力展示于地球，也亮剑于太空，这是如今每一个“大国”的愿望和共识。

如今的航天领域，已经不仅仅是美苏两国之争。美国对太空的兴趣一如既往，近几年的探索重心已大大超越月球，而世界上许多国家都纷纷宣布了自己的太空探索计划。俄罗斯的航天计划停滞多年后正在艰难重启。日本将与美国合作载人探月之事。欧洲的航天计划因金融危机搁置，但希望参与到俄罗斯的月球探测项目中。印度一直都关注航天事业的发展，自主研发欲显其大国雄心，探索太空的步伐也从未停止。

中国从来就重视航天事业，从1970年发射第一颗人造地球卫星（东方红1号），“太空响起东方红”开始，长征号运载火箭、神舟载人飞船、北斗卫星导航系统，还有天宫、嫦娥、和玉兔，一系列的太空探索计划步步紧跟。航天时代已经到来，太空离我们并不遥远！没有哪一门科学像“航天”这样充满了幻想色彩。除了古代各种文化中的神话故事外，现代近代的许多天文学家也都写过科幻作品，航天科学的先驱者，更是热衷于将他们的航天思想理念用科幻的形式表达出来，以便容易得到广大民众的认同，早在400多年前，1611年左右，天体力学的祖师爷，大家熟知的开普勒（Kepler，1571年－1630年）就写过一本既像科幻又像科学专著的作品（以《梦》为题发表），描述他想象中的星际之旅。

航天有关的科幻作品与天文及物理方面的科学论文如同纠缠在一起的两条环绕线，在互相之促进和影响下前进。从开普勒之后，特别是哥白尼的日心说站稳地位，牛顿又建立了经典力学之后，西方有关航天的科幻小说可以列出一大串。在1657年，法国作家贝尔热拉出版的科幻小说《月球之旅》中，甚至就已经颇为超前地讨论了七种登月的方法，前六种都失败了，只有第七种“爆竹产生的焰火”成功了，贝尔热拉并非科学家，却偶然地猜测到了牛顿直到半个世纪之后才总结出的作用与反作用原理。阿西尔?埃罗在1865年出版的《金星之旅》中，主人公也发明了一种利用水的反作用力将飞船推入太空的动力装置。

作者在书中还用手枪的后坐力来生动地说明了反作用力的由来。从原理上来说，现代的火箭和书里的“水箭”并没有本质的区别，只不过是喷射的物质不同罢了。当年文学作品的想象力大大地超越了科学技术能达到的现实，更为可贵可赞的是，十七、十八世纪的科幻作家们在其作品中表现出的那种认真思考科学原理的求实精神。

如今，在现代航天新一轮的太空竞赛中，如何才能发挥中国现有的优势，尽快地缩小与先进国家的差距，走出自己独特的航天技术之路呢？这其中除了专业人士的努力之外，广大民众的理解和支持必不可少。因此，向公众科普航天知识，让老百姓更多地熟悉太空、了解航天，是科学工作者的任务，也是本书作者的初衷。

航天学是一门有趣的理论，但实际的工程发射过程则充满了危险和挑战，特别是载人航天，太空毕竟是一个与人类的地球家园迥异的生活环境，要适应太空，克服人体的各种不良反应等，对此，科学家们作了许多研究。此外，载人航天器的发射和返回过程危险性很大，航天史上有过几次大事故，作者也稍加描写使人们能以此为鉴。

迄今为止，因为航天器的速度所限，现代的航天技术只是主要探索了太阳及太阳系中的八大行星。因此，作者仅对太阳系几个主要行星及它们的几个典型有趣的卫星之物理规律和特点作了基本的简单介绍，带领读者星海拾趣。人类最感兴趣派去探测器的是哪些星球？为什么对它们特别看待？哪几个星体与地球的环境最为类似？在这些天体上是否探测到任

何生命存在的迹象？如果地球突然发生大灾难，人类有移民其它星球的可能性吗？

此外，如今飞得最远的旅行者探测器被认为是刚刚抵达太阳系的边沿而已。但通过望远镜，人类却已经观察到了广博得多得多的宇宙。作者也将对哈勃望远镜及韦伯望远镜略作介绍。为了增加可读性，作者从二战后美苏的太空竞争为线索，插进当事人和研究者的轶闻趣事，再将航天方面的科学技术发展穿插其中，读故事，长知识，让读者在轻松阅读故事的过程中学习。

十分有趣的是，除了人类社会中的各个大国在进行太空争夺战之外，宇宙中的各个天体虽然本是没有意识的非生命之物，它们之间却似乎也在进行着一场永恒的争斗。从物理学的视角看，宇宙间存在4种基本的相互作用，其中强相互作用和弱相互作用只在微观的尺度范围内起作用，它们可以影响每个星星内部结构中的物理过程，但与天体之间的运动关系不明显。其它两种力：引力和电磁力，都是长程力，对天体的相互运动起着重要的作用。

宇宙中大大小小、形形色色的物体，运用它们各自的引力和电磁力，像是在互相抢地盘，占山头，大星吞小星，小星撞大星，用物理规律展开一场无言的战争。对此，作者描述了宇宙中一幅十分有趣的物理图景。

该书的读者可定位于各个领域的大学本科生，研究生，对天文、航天、物理等感兴趣的初高中学生等。然而，航天技术及其探索之目标“太空”之谜，对各个阶层和领域的读者，都具极大的诱惑力。本书中没有数学公式，因而适合所有爱好科学的广大群众阅读，包括各个年龄层次的文科读者。

本书作者既是物理学者，又是科普作家。物理概念清晰，文字功底深厚，表述深入浅出，比喻恰到好处。作者善于使用通俗的解释，流畅的语言，直观的图像，来深入浅出地解释深奥难懂的物理内容。