|
親愛的有倩同學(xué)： 你好！見字如面。 最近你和弟弟一起去冷湖基地天文臺，親自觀測“愛能”小行星，一定很開心吧！ 大約像你這么大時，我曾經(jīng)翻閱到一本科幻小說，書名是《飛向人馬座》，講的是3個少年，因為意外困在飛船里并被拋出太陽系外。 在漫長的五年外太空流浪中，他們克服悲傷和絕望，靠自我學(xué)習(xí)和青春成長，最終自我拯救，返回了地球。 那本小說破損到只剩下大半本，但對于一個十二歲的孩子來說已經(jīng)足夠了。 我此生都忘不掉書中寫到的“引力彈弓效應(yīng)”，忘不掉長大了的孩子們駕駛飛船，在關(guān)鍵時刻堅定地加速，擺脫了黑洞的引力，掉頭飛回太陽系。 有倩同學(xué)，我知道你是一位喜歡唱歌的青海土族女孩，還知道你喜歡天空和火箭。 12歲的你多么美好??！未來充滿可能和希望，時間將徐徐展開，整個宇宙都將是你的舞臺。想想看，也許你有機(jī)會駕駛飛船，奔向月球，奔向火星，奔向人類的下一個家園。?????
人生像是一座巨大的花園，夢想和希望是種子。你不知道哪里種子會發(fā)芽，但有一天你會驚奇地發(fā)現(xiàn)四處郁郁蔥蔥，繁花似錦，碩果累累。 有倩，你是一位了不起的孩子。你有一位了不起的父親，他守衛(wèi)著山林，獨自養(yǎng)育著你們姐弟三人。 相信我，他將一直是這個世界上對你最好的人。他平靜的外表下有著宇宙間最強(qiáng)烈的愛，這種奇妙的基于生物學(xué)的情感，迄今還沒有在任何一個別的星球上出現(xiàn)過。 他會為你對太空的好奇與向往而自豪。因為孩子是父親最大的希望，孩子們的夢想，就是父母們的夢想。 可是，一定會有人問你：天空虛無縹緲，火箭又不能當(dāng)飯吃，這一切有什么用呢？ 壹 仰望星空 有倩同學(xué)，如果你對上面的質(zhì)疑感到困惑，請不要擔(dān)心。你可以先用據(jù)說是黑格爾的話來回應(yīng)：????? “一個民族有一群仰望星空的人，他們才有希望?！?/span> 然而，對方依然會繼續(xù)問道：“那又怎樣呢？和你有啥關(guān)系呢？” 這不是一個容易回答的問題。 在你的此生，會不斷遇到有人對你的夢想提出懷疑。 有時候，你甚至?xí)约簯岩勺约骸?/span> 每當(dāng)這個時候，請閉上眼睛，深呼吸，讓你熟悉的那個星空重現(xiàn)腦海。 兩千多年前，戰(zhàn)國時期的詩人屈原在《天問》寫道：“上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，誰能極之？” 意思是說：天地尚未成形之前，是從哪里來的呢？敏感不分混沌一片，誰能夠探究其中的原因？ 這是多么樸素而又敏銳的終極之問啊。 如今我們知道了，宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太初狀態(tài)演變而來的。 根據(jù)2015年普朗克衛(wèi)星所得到的最佳觀測結(jié)果，宇宙大爆炸距今137.99 ± 0.21億年，并經(jīng)過不斷的膨脹到達(dá)今天的狀態(tài)。 同樣是在兩千多年前，古希臘哲學(xué)家泰勒斯因為太專注于“仰望星空”，結(jié)果不小心跌進(jìn)水坑。人們嘲諷他，認(rèn)為他不務(wù)實，干不了“有價值”的事情。 你看，對“仰望星空”的懷疑，對科學(xué)和知識的懷疑，可謂歷史悠久。 泰勒斯決定“反擊”。他憑借自己的天文學(xué)知識，早在冬天就預(yù)測到了來年的橄欖大豐收，因此他以微小的成本在米利都和開俄斯島租賃了榨油坊。 由于無人競爭，他成功在來年通過出租榨油坊獲得了大量利潤。亞里士多德由此總結(jié)： “只要哲學(xué)家們（亦指科學(xué)家和仰望星空的人們）愿意，他們很容易致富；只不過這并不是他們的追求?！?/span> 上面這個典故里不僅有天文，氣象，還有概率，以及金融知識。仰望星空，不僅是向外探索，還是我們向思想深處的遠(yuǎn)航。 現(xiàn)代人比古人幸運(yùn)得多，我們每個人都因為“仰望星空”而受益良多： 全球定位系統(tǒng)被裝入小小的手機(jī)，帶我們回家，并支撐著千百萬的工作崗位，以及萬億級的經(jīng)濟(jì)效益； 人造衛(wèi)星可以俯瞰大地，配合傳感器和智能軟件，令農(nóng)作物大幅增收； ...... 有倩同學(xué)，其實，假如有人問你為什么“仰望星空”，你壓根兒不必回答。 或者，你可以如《火星救援》的男主角那樣說： “每天，我都會去外面看看（火星上）一望無際的地平線，Just because I can.” 沒錯，你喜歡仰望星空，僅僅是因為“你可以”。 夢想是一種能力，希望是一種能力，愛也是一種能力。
只要你仍能仰望星空，就沒什么能打倒你。???? 貳 引力彈弓 有倩同學(xué)，這個世界太有趣了。 我像你這么大時，從那本不完整的科幻小說里看到了“引力彈弓效應(yīng)”，從此再也沒有忘記。 你馬上就會從課本上學(xué)到這些知識啦。 引力彈弓效應(yīng)，又叫重力助推，是利用行星或其他天體的相對運(yùn)動和引力改變飛行器的軌道和速度，以此來節(jié)省燃料、時間和計劃成本。
你看，上面的原理圖，像不像一個彈弓？ 在電影《流浪地球》里，為了讓地球飛往比鄰星，需要脫離太陽引力，僅靠人造的發(fā)動機(jī)還不夠，于是讓地球借助木星的引力彈弓，達(dá)到了逃離太陽系所需的速度。 在現(xiàn)實世界里，彈弓效應(yīng)幫助旅行者1號飛向了宇宙的深處。 旅行者1號是有史以來距離地球最遠(yuǎn)的人造飛行器，離我們超過230億公里。它也是第一個離開太陽系的人造飛行器。 旅行者1號的飛行速度達(dá)到每秒17公里，比現(xiàn)有任何一個飛行器都要快些。?? 它是如何做到的？秘密就是“引力彈弓效應(yīng)”的引力加速。 旅行者1號離開地球時，火箭將其加速到第二宇宙速度，從而擺脫了地球引力束縛，飛向地球軌道外側(cè)的太陽系。 然而，這還不夠。要想飛出太陽系，旅行者1號需要加速到16.7公里/秒，也就是第三宇宙速度。 旅行者1號的運(yùn)氣太好了，它遇上了176年一遇的天象：木星、土星、天王星、海王星，這四大行星運(yùn)動到了太陽的同一側(cè)！  旅行者1號于1977年9月至1981年12月31日的軌跡圖
如上圖，旅行者1號在飛經(jīng)木星和土星時，不僅順便拍照考察，還通過兩次精彩的重力助推，獲得了足以完全擺脫太陽引力的動能，其速度達(dá)到了17.46公里/秒！ 1990年，“旅行者1號”經(jīng)過12年的飛行，在距離地球64億公里遠(yuǎn)的太陽系邊緣，回望地球，拍下一張照片。親愛的有倩同學(xué)，你能找出地球在哪里嗎？ 
叁 一千個億 旅行者1號的宇宙探險，仿佛是一場接力賽。 人類對星空的探索，也是如此。 早在春秋末戰(zhàn)國初，墨子提出：宇宙是一個連續(xù)的整體，個體或局部都是這個統(tǒng)一的整體的組成部分。他把時間定名為“久”，把空間定名為“宇”，并認(rèn)為連續(xù)的時空是由時空元所組成。 約在公元145年，托勒密將希臘人用以估算天體位置的各種天文觀點和方法匯編成《天文學(xué)大成》。他認(rèn)為地球居于宇宙的中心，而月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星均圍繞著它轉(zhuǎn)動。 繪制于唐中宗時期（公元705-710年）的敦煌星圖是世界上現(xiàn)存星圖中最古老、星數(shù)最多的星圖，圖上有星星1339顆。 1066年，沈括涉足天文研究，改進(jìn)天文儀器，并對歷法進(jìn)行修訂與發(fā)展，首倡《十二氣歷》。 生于1473年的哥白尼提出了宇宙日心說，指出宇宙真正的中心是太陽，而不是地球。 開普勒深受哥白尼日心模型的吸引。他的研究又引起了第谷·布拉赫的注意，后者20年如一日地進(jìn)行天文觀測。 1609年，開普勒將研究成果寫進(jìn)了《新天文學(xué)》一書中，提出所有行星軌道均呈橢圓形的觀點。 隨后，伽利略用自制的天文望遠(yuǎn)鏡，看到月球表面和地球一樣分布著山丘平原，這與亞里士多德想象中規(guī)則平滑的天球截然不同。 1642年，伽利略辭世的第二年，牛頓出生了。長大成人后，他給出了一個能夠解釋月球、行星運(yùn)動的物理框架，以引力理論為歷代仰望星空者的探索之旅畫出了完美的閉環(huán)。 一代又一代人，以其卓越的大腦，和仰望星空的好奇，一點點揭開宇宙的神秘面紗。????????
有倩同學(xué)，我想告訴你一個神奇的數(shù)字：1000億。 以下，是我眼中最為神奇的三個1000億： 1、有種估計認(rèn)為，宇宙中有1000億個星系，每個星系有1000億顆恒星； 2、人的大腦里約有860億個神經(jīng)元，接近1000億； 3、地球上活過的人，總共加起來也是1000億。???????????? 也許我們只是生活在宇宙之間一個微不足道的小小星球之上，也許我們每個人的壽命相對宇宙的138億年短暫到無以言表，但是全體人類以某種神奇的方式聯(lián)系在一起，彼此相連，代代相傳，一步步走入了太空的深處。 肆 太陽之帆 親愛的有倩同學(xué)，在如今這個即時信息時代，謝謝你允許我用一種古老的方式給你寫信。 歷史上曾經(jīng)有很多偉大時刻，發(fā)生在人和人之間的書信中。 例如1610年，開普勒寫給伽利略的一封信中。當(dāng)時他發(fā)現(xiàn)，彗星的彗尾指向與太陽相反的方向，于是覺察到也許彗星從太陽那里獲得了什么動力。他在信中寫道： “假如船或帆能捕獲天上的微風(fēng)，就會有人勇敢地踏入那片虛空。” 1862年，科學(xué)家麥克斯韋提出光具有動量和能量的理論。 1865年，科幻作家凡爾納設(shè)想了太陽帆的概念。 多年以后，人類終于發(fā)明出真正的太陽帆，原理是：移動的光子打在任何反射面上，其動量會給物體施加一個很小的力。 太陽帆的神奇之處在于，盡管該推力很小，卻源源不斷，從而令飛船的加速有一個驚人的復(fù)利效應(yīng)。 前幾天，天文學(xué)家說發(fā)現(xiàn)了一個“高度宜居”的行星，離我們只有4光年。埃隆·馬斯克回復(fù)道：幾乎就是隔壁。  可觀測宇宙的半徑為460億光年。所以4光年的確不算太遠(yuǎn)。 我們需要多久能飛抵該星球呢？ 按照旅行者1號的速度，飛一光年需要17500年，飛到該星球共需要6萬年左右。 但如果使用太陽帆，通過光子持續(xù)作用的復(fù)利效應(yīng)，理論上能夠加速到光速的五分之一，所以20年就能到這個宜居星球。 的確很近！ 有倩同學(xué)，太陽帆的神奇原理，告訴了我們一個在宇宙和人世間通行的秘密： 有些時候，只要我們每次都做一點點，每個人都做一點點，只要持續(xù)下去，就會創(chuàng)造驚人的奇跡。 如此幸運(yùn) 有倩同學(xué)，你相信有外星人存在嗎？ 物理學(xué)家費米曾經(jīng)問道： 如果銀河系存在大量先進(jìn)的地外文明，那么為什么連飛船或者探測器之類的證據(jù)都看不到？ 這就是著名的“費米悖論”，闡述的是對地外文明存在性的過高估計和缺少相關(guān)證據(jù)之間的矛盾。 “宇宙驚人的年齡和龐大的星體數(shù)量意味著，除非地球是一個特殊的例子，否則地外生命應(yīng)該廣泛存在?！?/span> 銀河系里大約有1000億-4000億個恒星，大約是地球上所有沙子數(shù)量的一萬倍。從概率的角度看，是不是多少應(yīng)該有一些和地球類似的行星，能夠出現(xiàn)智能生命？ 地球的年齡是45.4億年，宇宙的年齡約為138億年。那么，假如有行星出現(xiàn)了智能生命，并且比人類早幾億年，會不會已經(jīng)發(fā)展出驚人的文明了？???? 可是，他們在哪兒呢？ 對于這個問題，有很多解釋，例如“大過濾器”理論，例如德雷克公式，還有小說《三體》里的“黑暗森林理論”。 不管是哪一種解釋，至少有一點可以肯定： 地球如此幸運(yùn)，人類如此幸運(yùn)。??? 你我也是如此幸運(yùn)。 宇宙間有那么多行星，可迄今為止，我們所知恰好適合生命存在的地方，只有一個地球。?????????? 諸多幸運(yùn)的因素結(jié)合在一起，造就了我們這個世界。 太陽，每秒會爆發(fā)出相當(dāng)于4.5萬億顆原子彈的能量，一小時發(fā)送給地球的能量，比整個世界一年消耗的能量還要多。 在太陽的核心，核反應(yīng)釋放的光子成為星光，經(jīng)過八分多鐘，旅行一億五千萬公里，來到我們的星球。 每一片單獨的綠草葉，每秒都會吸收一億億個光子。植物捕捉了太陽的能量，喂養(yǎng)了動物，萬物得以生長繁衍。 月亮，讓地球自轉(zhuǎn)的速度也慢慢降下來，從過去的8小時一圈，變成現(xiàn)在的24小時一圈。否則，地球表面會有無數(shù)的超強(qiáng)風(fēng)暴，令生命無法生存。 月亮令地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的平面之間，有一個約23.5度的夾角。正是因為這個完美的角度，創(chuàng)造出分明的四季。???????? 在整個太陽系，只有地球如此幸運(yùn)。例如在火星，冬季有超過四分之一的大氣層會被凍成固體，而夏天因增加的熱量造成的嚴(yán)重沙塵暴，則會將整個行星吞噬掉。 那么大的宇宙，那么隨機(jī)的星云、星光、星塵，偏偏誕生了給生命以可能的地球； 那么漫長的45億年地球時光，人類文明不過五千年，你我偏偏在此刻來到這個星球（請寬容我的“人擇原理”）。 親愛的有倩同學(xué)，在整體人類的巨大運(yùn)氣面前，太陽、地球、月球、大氣層、四季、水分，這些要素可能占到我們得以存在的基礎(chǔ)概率的99.99999%，甚至更大。 然而，我們卻忽視這些最大、最基礎(chǔ)的已知條件，為那些微不足道的連0.00001%的重要性都不到的事情去計較，去苦惱。 《理想國》里說，我們總是東張西望，唯獨遺落了很重要的東西，這就是為什么我們至今難以如愿以償。 如果我們能以更大的尺度來思考這個世界???，如果人類以更長的時間來來孕育希望，這個星球會不會變得更美好？我們大家會不會更幸福？ 進(jìn)而，星空之下的人世間，具體生活中的每個人，也許更能感知到來自1.5億公里之外的光子的溫暖。
有倩同學(xué)，我們都是由星塵之間的原子依照某種秩序重組而成，由每個人大腦中860億個神經(jīng)元涌現(xiàn)出來的意識，互相喚醒，彼此感動，在共同的星球上行動，遨游于史詩般的宇宙律動中。 終有一天，人類會經(jīng)由月球、火星，或是別的中轉(zhuǎn)站，奔向更遠(yuǎn)的地方。 愛能星球 包有倩，土族，12歲，是平安區(qū)某校六年級的一名小學(xué)生，也是阿里巴巴公益平臺所支持的“壹基金溫暖包計劃”的受益人。6月8日，她還是被阿里特派員帶去國家天文臺冷湖觀測基地，實現(xiàn)和科學(xué)家、星空攝影師一起討論“天文和星空”夢想的人。
|
|
|
