序曲 仰望苍穹
最叫亚兵觉得奇异的,是他居然在这黑漆漆的夜里看到一轮光耀夺目的太阳,喷着火焰、镶着玫瑰色的日珥的太阳;同时他又看到了离开太阳不远处一弯窄窄的娥眉月。那实际上是一个“娥眉”般的地球。
这真是不可思议的瑰丽和神奇!亚兵不由得闭上了眼睛,但他立刻又睁开来了。他无法把自己的目光从这壮丽的宇宙奇景面前拉开。他当然知道,在地球上,由于厚厚大气层的阻隔,所以在太阳朗照的白昼,星星是不会出现的。然而在宇宙空间,就再也没有什么白昼、黑夜了,天空永远是黝黑黝黑的,每一颗星星都像浮动的宝石,而银河,正在不出声地流淌……
郑文光《飞向人马座》
人类的宇宙纪元始于1957年。
在此之前,人类经过了几千年漫长的等待和探索。自人类走出山洞,那天上的明月和迷蒙的群星就被他们遥望、向往。无数人在深夜企盼,于是有了奔月逐日的神话,有了七夕银河的浪漫爱情故事。然而,神仙们并没有送来升天灵药,人类还是只能凭借自己的力量走出这温暖的地球摇篮。
古时,征服群星的梦想仅仅停留在神话中。古希腊人幻想伟大的英雄将会不朽,他们的身躯化为星座,永远闪耀在幽蓝的天幕上。中国古人的幻想更为不羁,不仅在天庭建立了一个有序的世界,而且这个世界可以被接近、被征服:高居第33重天之上的玉皇大帝会为一只猴子不安;西王母赐下的长生药吃多了就能飞升;更有人间的英雄后羿,向天发射神箭,射落下9个太阳。
像鸟儿一样飞翔是人类自古的愿望
马王堆出土的奔月图
中国的原始火箭
是的,弓箭这人类最早的远程武器在不知不觉中就被赋予了征服星空的重任。人们发现,普通的箭飞行一段距离后总还是要落回地面,即使安装火药推进器以提高射程的火箭也不例外。唯有飞禽可以长久高飞不落。大胆的飞行梦想家们意识到那是翅膀的力量,于是他们把火药推动的箭和依靠空气动力飞行的翅膀结合起来,这就是著名的“万户实验”。
那是600多年前的中国明朝,一个风和日丽的早晨,万户手持两个大风筝,坐在捆绑了49枝火箭的椅子上,希望由此成为世界上第一个乘火箭升空的人。可惜这样的简单组合飞船无法成功,他因此殉难,但他的勇气令人敬佩。后人将一座月球环形山命名为“万户”,以表达对他的崇敬之情。
万户试验
后人为万户修建的纪念雕塑
看来,仅仅依靠勇气,飞天之梦是无法实现的。科学技术才能帮助人类实现夙愿。人们需要清楚大气对飞行的作用,需要掌握飞行的原理和技术,需要等待材料力学等大量科学技术水平的提高。
但梦想不愿等待。万户试验的失败并未能阻止人们探索空间的步伐。既然依靠自身的力量无法实现遨游太空的梦想,那么只能求助于上苍。尤其是在遥远的传说中人和神明还很接近的年代,人们相信自己虔诚的祈祷可以感动上苍。那在冥冥之中决定天地命运的大神总有一天会帮助他们实现梦想。这些怀抱希望的人们便成为最早一批星空观察者,他们喜欢称自己为“占星术士”。
我国保存至今的10世纪古星图
有没有人住在天上?这些人的文明程度可与我们匹敌吗?或许,他们的文明已经远远超过我们,甚至能够主宰我们?古人对天空怀着深深的敬畏之心,只有神仙才能居住在天上,也只有神仙才能够自由自在地飞翔于九天之上。这些神仙教地球人种植与酿造,保佑他们繁衍生息、子孙满堂。唯一让我们的祖先怀有些许不满的,是神仙们似乎从未真正降临,也未曾光明正大地带走过哪怕一个虔诚的信徒。其实从来就没有什么救世主,神仙也不过是一种虚无缥缈的想象。掌握地球人命运的始终是地球人自己。那些充满自信与探索精神的人们,坚持不懈地仰望星空,用他们的真诚,用他们锐利的眼睛,用上天赐予和自己双手创造的一切可用工具,直到把这迷梦般的苍穹看个清清楚楚。
西方占星术士在研究星空
就在这日复一日、年复一年的仰望中,占星术士被历史湮没,天文学家诞生了。
与其他科学相比,天文学最大的特点就在于它是一门观测科学而不是实验科学。我们不能把太阳拿到手里来仔细观察,也不能把星星放在解剖台上看看里面有些什么。除了掉在地球上的陨石可以拿来实验外,其他所有的天体和天象都是看得见摸不着的。它们的信息以辐射为载体向外传播,这些辐射包括可见光和不可见的无线电、微波、X射线、γ射线、红外线、紫外线等电磁波。获取并分析天体辐射信息是天文学家最基本的研究方式和手段,但绝大多数天体的辐射都因其距离极为遥远而极其微弱。为了观测这些微弱的信号,必须拥有强大的观测仪器。
早期天文学家可以仰赖的观测仪器唯有自己的双眼,星空对他们来说是一个神秘世界。更多的时候,是想象力代替了观测,于是天界有了嫦娥桂树、雄狮猛虎,也有了执剑武士、弹琴少女,有了泪水凝集的七夕和鼓乐笙歌的蟠桃宴会,却无法给人们心中那不灭的飞天梦想一个明确答案。直到望远镜发明以后,人们才终于看清楚,原来高挂在天空中的,不过是些大大小小、冷的或热的、球体或非球体的星星。
失望吗?也许开始会有一点点儿,但天文学的进步随即为人们提供了更值得激动的好消息:天界和人界本来就是一样的!在那群星之中,也许就有适合我们居住的家园!
西方人将星空分成很多星座
星空深处的景象只有强大的观测仪器才能看到
牛顿的望远镜
伽利略的望远镜
18世纪的天文望远镜
登天的梦想再一次被点燃了,这次不是虚幻的想象和没有理论根据的盲目尝试,19世纪以来用现代科技武装的人类决定排除万难,依靠自己的双手重新打造登天之路。他们企盼着这次可以用光辉的胜利来证明自己作为万物之长的尊严。
当望远镜让天文学家们看清星空的同时,这些追踪群星的人们也开始了另一项伟大的事业。这其实是他们很久以前就开始尝试的,那就是探寻天界的规律。开普勒“行星三定律”粗看似乎只是个数学游戏,但敏锐的人们很快发现,它所蕴涵的,正是宇宙中最基本的法则“万有引力”,并且这法则无论在地面上还是在星空中,都有着同样的形式。
好了,这就足够了,我们不必继续等待神仙们的恩赐,因为我们发现自己也有资格做神仙。我们的箭仍然不能遨游天界,甚至加上火药和翅膀的力量也不一定能成功,它还不够快。但这不是什么严重问题,因为我们有办法知道箭的速度究竟要多快才能向天界送去一个问候。靠着那条看似平凡的引力定律,加上在地面上的实验和一点点的计算,我们得出:环绕地球飞行、永不坠落的箭速要快到每秒7.9千米,这个速度被称为第一宇宙速度,相当于每秒钟绕400米标准操场跑20圈;如果再快些,要脱离地球引力进入环绕太阳的轨道,则需每秒11.2千米的第二宇宙速度,北京到上海的高铁用这个速度开就仅需2分多钟;再快点儿呢?把箭加速到每秒16.7千米的第三宇宙速度吧,那它会脱离太阳引力,成为宇宙中和恒星同等级的天体。以第三宇宙速度飞行,从地球到月球只要6个多小时。事情就这么简单,只要你跑得足够快,你就是神仙。现在我们真的离天界只有一步之遥了,只要有一支够快速的箭。哦,炮弹也可以。既然炮兵早已在战场上淘汰了弓箭手,在实现登天梦想上他们也该能出点儿力吧?至少科幻作家儒勒·凡尔纳希望炮兵这么干。1865年,儒勒·凡尔纳创作了科幻小说《从地球到月球》。书中的主人公依靠一门超级大炮的弹射获得了高速度。只是作者忘记了人无法承受炮弹发射的冲力。
在儒勒·凡尔纳笔下,人类乘坐炮弹实现了飞上月球的梦想
更为可行的方法还是要依靠火箭。由神话到现实,人类的太空梦想逐渐清晰了。这个梦想里也有我们中国人的一部分。令人欣喜的是,经过几十年的艰苦努力,我国太空事业得到了极大发展,航天技术已处于世界领先地位。而今,“神舟十一号”飞船载人飞行成功,我国航天员们在“天宫二号”空间站生活30天,意味着中国航天将开始新的历史篇章,展开中华文明史上的又一段辉煌。
宇宙速度示意图