第十六章 行星探索的黄金时代 这个动荡中的迷官似的行星共和国，正在猛烈拚搏，向苍穹的自由荒野进军。 珀西・比希・雪莱（Percy Bysshe shelley） 《普罗米修斯获释记》1820年 我以为，人类历史的很多方面，都能描述为逐步地、有时是痛苦地从狭隘观念 中解脱出来的历史，日益意识到有着比我们祖光普遍相信的那个世界更多的东西。 地球上所有的部落，都带有极端的种族地方主义，把他们自己称作“人类”或“绝 无仅有之人”，而把人类的其他集团贬低到劣等地位。高度文明的古希腊人，把人 类共同体分成希腊人（Hellenes）和野蛮人（barbarian），后者系按照非希腊语， “巴巴……”（“BarBar……”）这种刻薄的模仿取名的。在许多方面是我们自己 祖先的古典文明，把其所在地的小岛称之为地中海――意指是地球的中心。数千年 来， 中国自称为“中心王国”（MiddleKingdom），而其意义也是一样：中国处于 宇宙的中心，位居于外围黑暗区域的，则是野蛮民族。 诸如此类的观点，只是缓慢地发生着变化，人们可以看出，所有人类共同体在 早期实际上都普遍存在某些种族主义和民族主义的劣根性。但我们生活在一个不寻 常的时代，技术进步和文化相对主义使这种种族主义难以为继了。有这样一种观点 正在出现；我们全都生活在宇宙大海内的一只小船上，地球毕竟是一个资源有限的 小地方，我们的技术目前已经达到的能力有可能深刻地影响我们这颗小行星的环境。 通过太空探索――通过从遥远的地方摄取地球的精致照片，显示出这颗朦胧的、蓝 色而旋转着的小球，恰如瀚渺无艮的太空中的一颗蓝宝石；与此同时也通过对其他 世界的探索，揭示出他们与我们人类家族的同异，我相信，这将大大有助于消除人 类的这种狭隘观念。 恰如我们谈论“这个”太阳和“这个”月亮一样，我们老是谈论“这个”世界， 仿佛再也没有其他世界似的。但还是有许许多多其他世界存在的。天空中每一颗恒 星都是太阳。天王星的环，就代表了环绕第七颗行星天王星轨道旋转的数百万颗先 前尚未预料到的卫星。而最近十五年内，太空飞行器已戏剧性地论证了，确有许多 其他世界存在，这些世界，有的在我们附近，有的虽离我们遥远却易于接近的，有 的相当有趣，但却无一与我们这个世界十分类似。人们普遍地意识到，由于这些行 星间的差别，以及达尔文关于其他地区的生命很可能与我们这里的生命极不相同， 所以，我相信他们将对人类家族提供一种团结和统一的影响，这个人类家族曾有一 个时期居住在无数世界中的这个惹人讨厌的世界上。 行星探索很有价值。它使得我们能够精练从局限于地球范围的科学，诸如气象 学、气候学、地质学和生物学等所推演出末的见识，扩大这些科学的能力，改善地 球上的实际应用。它为世界的不同命运提供了劝告式的推测。它为对地球上生命具 有重要意义的未来高级技术指出了道路。它为人类历来热衷于探索、发现、倾心于 寻求的嗜好，提供了一条途径，而在很大程度上，正是这些探索、发现与寻求才使 我们这个物种得以取得成功。而正是这种行星探索使得我们在历史上第一次以严密 的方式，提供我们去找出关于世界起源和命运，生命的开始和终结以及生活在天空 中其他生物的可能性等等问题的真正答案的机会，而这些问题都是与人类事业息息 相关的。 新一代行星际无人驾驶的宇宙飞船，扩展了人类的视界，在人类面前展现出远 比任何神话和传说要奇独的异乎寻常的画面。这些飞船的速度达到接近脱离地球的 速度时，用小型火箭发动机和气体的极小喷射来调整它们的弹道。然后，它们就以 太阳光和核能为动力自行飞行。有的飞船只需几天就飞越过地球和月球之间的太空 湖；有的则可能需要一年到达火星，四年达到土星，或者需十年才飞越我们与遥远 天王星之间的内海。它们安详地遨游在由牛顿万有引力和火箭技术所预定的路径上， 它们那明亮的金属辉光，淹没在充满诸世界间太空中的太阳光里。当它们到达它们 的目的地时，有的会一飞而过，但却把对别的行星所见收集起来，也许会带上一员 卫星随从，而继续进入太空深处的飞行。其余的则自己插入另一个世界的轨道，在 它的基本成分瓦解或损坏之前，或许几年内在更近的范围内考察另一个世界。某艘 宇宙飞船会在另一世界上着陆，在轻轻地着陆在某个地方以前，可通过大气摩擦或 降落伞拖曳，或精确点燃制动火箭。有些着陆器是固定的，是被设计用来考察待探 索的世界的单一地点的。其余的则是自动推进的，缓慢地向遥远的水平面漫游，而 在水平面上谁也不知道会有什么东西存在。还有其他飞船则能从远距离获得岩石和 土壤（它们是另一世界的样品）并把它们带回地球上来。 mpanel(1); 所有这些宇宙飞船都有惊人地扩展人类感觉范围的传感器。有许多装置能够测 定从轨道到另一行星间放射性的分布情况；有些装置能从某个行星表面感知该遥远 行星深处剧烈震动所发出的微弱隆隆响声；还有的装置能够拍摄着陆地区地形的立 体彩色的或红外的图象，这些图象在地球上见所未见的。这些机器至少在有限程度 是有智慧的。它们能根据它们自身所接收到的信息作出选择。它们能够以极大的准 确性记住一套详细的指令，这些指令要是用英语写出来，足以成为一本相当厚的书。 它们能服从指令，也能重新接受指令，按地球上人类控制者向它们发送的无线电消 息行事。它们曾发送回关于我们所居住的这个太阳系本质的丰富多样的信息，这些 信息大多是用无线电传送的。它们中有的是飞掠而过，有的是碰撞着陆器，有的是 软着陆器，有的是绕轨道运行器，有的是自动爬行器，而有的是无人驾驶的，从我 们最近的天上邻居月亮上取回样品的使者，当然也还有六次阿波罗系列成功而英勇 的载人探险。有过一次曾飞掠于水星；有的绕金星轨道运行或进入金星圈细探并在 金星上着陆；有的飞掠过火星，或绕火星轨道运行并在火星上着陆；也有的飞掠过 木星和土星。火星的两颗小卫星福博斯和德莫斯，已被作过近距离的考察，并且已 获得了水星的几颗卫星的诱人的图象。 我们已第一次窥探到了木星的氨气云和巨大的风暴系统；木星卫星艾欧那寒冷 的、盐类覆盖的表面；荒芜的、百孔千疮的坑穴、古老而灼热的水星不毛之地；以 及我们最近的行星邻居金星那荒野而奇异的景色，在那里云层是由酸雨组成的，酸 雨连绵而无声地飘落到金星表面，因为那崎岖的景色，由于受到通过永久云层扩散 的太阳光照射，而各处温度达900度F。而火星呢？那令人迷惑、使人兴奋，又是那 样谜一般难解且又令人喜悦的正是火星，它有古老的河床；巨大的、受侵蚀而成的 梯形极地；有一座差不多八万英尺高的火山；狂怒的风暴；午后的温和天气；以及 我们第一次所作的开创性努力以寻求找出许多问题中的一个问题的答案遭致的最初 失败，这个问题就是，这颗行星无论是现在或是永久性地是否潜藏着那个家庭中成 长起来的生命形式。 地球上只有两个国家在进行太空飞行，只有这两个国家有能力把机器发送到远 距地球大气圈之外，这就是美国和苏联。美国唯一地已经实现了由人驾驶的飞船飞 抵另一星体，唯一地实现成功的火星着陆，也是唯一地实现了对水星、木星和土星 的探险。苏联已开创了对月球的自动化探索，包括它所独有的无人驾驶的海盗号和 从任何天体上取回样品的发射，以及第一次进入金星圈内并在金星上登陆。自从阿 波罗计划结束以来，金星和月亮，在某种程度上已成了俄国的势力范围了，而太阳 系的其余地区只有美国的太空飞行器去拜访了。尽管这两个太空飞行国家在某种程 度上有科学合作，但对这种行星的瓜分既互不协调又各不相让。近年来，苏联已有 了一套野心勃勃的向火星发射的计划但并未成功，而美国则在1978年发射了一系列 适度的金星轨道飞行器并成功地进入了金星圈内作了探查。太阳系非常之大，需要 探索的东西很多。某至连小小的火星也有可与地球陆地面积相比较的表面积。从实 践的目的看，组织两个或更多个国家既有独立又有协作的发射，比起合作的多国家 的冒险，要容易得多。十六、十七世纪，英、法、西班牙、葡萄牙和荷兰各自都组 成了庞大的队伍，以有力的竞争，开展全球探索和发现的工作。但是，当时探索竞 争的动机是经济和宗教，并不象今天这样还有与此相对立的动机。有一切理由认为， 在探索行星的国家间竞争，至少在不远的将来，将会是和平的竞争。 行星探索工作需要花费很长时间。一艘典型行星飞船的设计、制造、检验、整 装和发射，需要花许多年。一项系统的行星探索计划需要持续赞助。美国在月球和 行星探索上最值得庆贺的成就――阿波罗号、先驱者号、水手号和海盗号――都是 在本世纪六十年代开始发射的。至少直到最近，只有美国对整个七十年代的行星探 索，做出一项重要的承诺，这就是1977年夏季发射的“旅行者号”宇宙飞船，对木 星、土星，它们的二十五个左右的卫星和壮观的土星环进行了第一次系统的飞掠考 察。 缺乏新开端， 会给那些对在1962年用水手2号飞掠金星开始的工程成就和具有 重大意义的科学发现基础上继续下去负有责任的美国科学家和工程师们，造成真正 的危机。在这个探索进程中，曾有过一度中断了。工作人员被解雇，转去从事非常 不同的职业，而这给为第二代行星探索的连续性带来了真正的问题。例如，最早有 可能担保“海盗号”对火星的探索，会惊人成功并具有历史意义，结果甚至在1985 年前还不能飞到这颗红行星上――造成火星探索中差不多有十年的空白。而对于尔 后是否将有这种飞行探索，如今连一点起码的保证都还没有。这种趋势――颇像十 六世纪初期西班牙解雇造船工、船帆制织工和海员――显示了某些不景气的倒退迹 象。新近已通过了一项伽利略工程计划，预定在八十年代中期实现对木星作首次轨 道飞行侦察，并对其大气层作第一次探索――木星的大气层内可能含有有机分子， 这些有机分子也许是以类似于地球上导致生命起源的化学事件的方式合成的。但是 在第二年，国会竟将用于伽利略工程计划的资金大大缩减，以致到写作本书时，这 项计划正濒临摇摇欲坠的危险境地。 近年来，美国国家航空和宇航局的整个预算，一直低于联邦预算的百分之一。 行星探索的资金开支一直少于该项预算的百分之十五。行星科学团体提出的新飞行 任务的要求， 一再被遭到拒绝――一位参议员向我解释说， 尽管《星球大战》和 《星球旅行》 （Star Trek）等书出版了，但公众并没有写信给国会要求支持行星 飞行探索，而科学家们也没有组成一个强有力的院外活动集团。不过，在特殊的科 学探索与明显的公众呼吁相结合的水平上，有着一系列的飞行任务。 利用太阳能航行与彗星的会合。在普通的行星际飞行中，要迫使宇宙飞船遵从 耗能最小的弹道飞行。火箭在地球附近燃烧时间非常短促，而宇宙飞船的其余航程， 主要靠惯性滑行。我们做这一点以及已经做到这一点，不是因为火箭助推器的巨大 能力，而是因为具有严密制导系统的高超技巧。其结果，我们只得接受小的有效负 载，长的飞行时间，而且很难选择发射或到达的日期。但是，正如在地球上一样， 我们正在考虑从使用矿物燃料转到使用太阳能，对太空飞行也在作同样的考虑。太 阳光产生一种虽小但却可感知的力，这种力名之曰辐射压力。一块船帆般结构物， 质量虽小面积很大，就能利用辐射压力作为推进器。适当调整这块船帆的位置，我 们就能获得从太阳来的太阳光，或让其进入或让其离开船帆。借助一块每边长半英 里的极薄方形船帆，比起习惯上使用火箭推进器更有效地达到行星际的飞行目的。 船帆可以用有人驾驶的航天飞机发射到地球轨道上，再打开并支撑起来。那将是一 幅奇独的景象，肉眼就能容易地看到，它象是一个明亮的光点。借助一架双简望远 镜，这幅航帆的细部都能够辨认出――或许甚至是十七世纪帆船上被叫做“图案” 那样的东西，或许是某些合适的书画印刷符号、或许是地球这颗行星的标记。附着 在这张帆上的，将是为特殊应用而设计出来从事科学研究的宇宙飞船。 这里要讨论的第一次也是最令人激奋的应用之一是，彗星会合的发射飞行，或 许是于1986年与哈雷彗星的一次会合。彗星在星际空间中消磨了它们的大部分时间， 并将提供出有关太阳系的早期历史和恒星间物质本质的主要线索。太阳能飞船驶近 哈雷彗星，可能不只提供彗星内部的近距离图象――而且令人惊奇地可携带一块彗 星碎片返回行星地球。太阳能航行的实际好处和传奇色彩在这个事例中都显示出来 了，并且很清楚，它不仅代表了一次新的飞行，而且还体现出新的星际航行技术。 因为利用太阳能航行技术的发展落后于离子推进技术的发展，所以，推动我们第一 次飞往彗星的可能还是离子推进技术。这两种推进机制，在未来的行星际旅行中都 将占有它们的地位。但从长远来看，我相信，利用太阳能航行将会产生更大的影响。 也许到二十一世纪初期，会出现行星际划船比赛，比一比哪种方式会以最短时间从 地球飞抵火星。 火星漫游者。在海盗号发射之前，还没有地球上发射的宇宙飞船成功地在火星 上着陆过。苏联曾遭到过几次失败，其中包括至少有一次是相当秘密地发射遭致失 败在内。并可能归咎于火星地形的险恶性质。因此，海盗1号和海盗2号，在经过了 艰苦的努力之后，才成功地着陆于两个最阴暗的地方，这两个地方我们能在火星表 面上看到。着陆器立体摄像机拍摄出的照片，告诉我们许多漫长的峡谷和其他险峻 难达的狭长景色。轨道摄像机拍摄的照片显示出变化多端的、地质上极端复杂的地 形，这些地形我们是不可能用固定的海盗号着陆器作近距离的考察的。对火星的更 进一步探索，不论是从地质学上还是生物学上的探索，都迫切需要用漫游器，才可 能在安全而阴暗的地方着陆，并漫游数百或数千公里而达到令人振奋的地方。这样 一种漫游器将能够每日按其本身设计要求漫游，并摄下火星上新地形、新现象以及 非常可能使人大为惊奇的一卷卷连续照片。它的重要性还会进一步得到改进，只要 它一前一后地操作一台火星极轨道器，这台轨道器将从地球化学的角度勘测火星， 或者借助于一架无人驾驶的火星飞行器就能从很低的高度拍摄出火星表面的照片。 提坦着陆器。 提坦（Titan） 是土星的最大卫星， 也是太阳系中的最大卫星 （见第十三章）。它的大气圈密度明显地要比火星大气圈密度大，而且很可能还覆 盖着一层由有机分子组成的棕色云。与木星和土星不同，它有一个我们能在其上着 陆的表面，而它的深层大气不是非常高热，不致于破坏有机分子。提坦内层探索器 和着陆器的飞行，可能是土星轨道飞行的部分，土星轨道飞行也许还包括着对土星 近层的探索。 金星轨道摄象雷达。 苏联的“金星9号”和“金星10号”飞船，带回了金星表 面的第一批近距离照片。由于永久云层的遮盖，金星表面特征是不能用地面光学望 远镜看到的。不过，地球上的雷达和金星轨道器小先驱者号上的雷达系统，现在正 开始绘制金星表面特征的图形，并且已揭示山脉、坑穴和火山以及更奇独的形态结 构。一种设想的金星轨道摄象雷达将提供金星的一极到另一极的雷达图象，这些金 星的雷达图象比地球表面上所能获得的细致得多，并且容许把金星表面的最初侦察 与1971－1972年“水手9号”对火星所作的侦察结果相媲美。 太阳探测器。太阳是离我们最近的恒星，也是我们至少数十年内有可能进行近 距离考察的唯一的恒星。接近太阳的方法将有巨大的意义，将有助于理解它对地球 的影响，并且还将为对象爱因斯坦广义相对论这样一些引力理论提供活生生的辅助 检验。太阳探测器的飞行是有困难的，原因有两个：一是要减弱地球（和探测器） 绕太阳旋转所需要的能量，这样它才能落到太阳上；二是克服由于探测器接近太阳 而造成的无法承受热度。第一个问题可以通过发射宇宙飞船到木星外层，然后利用 木星的引力把它投进太阳而获得解决。由于木星轨道内有许多小行星，所以，这样 做也许对于研究小行星可能是一种有利的飞行。第二个问题的一种解决方法，乍看 起来显然有点天真，那就是让它在夜晚飞进太阳。在地球上，晚上时间当然只是由 于实心的地球置于我们和太阳之间的中间位置而造成的。这对于太阳探测器也是一 样。有许多小行星行至非常靠近太阳的地方。太阳探测器将在掠过太阳的小行星的 阴影中接近太阳（其时也可对小行星进行观察）。当小行星最临近太阳的点附近时， 探测器从小行星阴影中突然钻出来，装满抗热液体，竭其所能，投入尽可能深的太 阳大气中，直至探测器熔化并蒸发――来自地球的原子就这样被加进最近的恒星中 了。 载人飞行。按粗略估计，载人飞行比无人飞行所花费的钱要多五十倍到一百倍。 因此，单就科学探索而论，使用机器智能的无人飞行是可取的。然而，探索太空， 除了科学的目的之外，还可能有别的原因――社会的、经济的、政治的、文化的或 历史的原因等等。 人们经常谈论的多数载人飞行都是绕地球轨道运行的各空间站 （以及或许是致力于收集太阳光，并以微波束的方式把收集的太阳光传送到渴求能 量的地球上），和飞行永久性的月球基地。在地球轨道上建造永久性的空间城市的 宏伟计划也正在被讨论之中，建造这些空间城市的材料从月球上或小行星上取得。 从这些低引力的世界，如月球或小行星上，把材料转送到地球轨道所需的花费，比 从我们这个高引力的行星上把同样材料转送到地球轨道所需的花费，要小得很多。 这些空间城市也许最终是自我增殖的――由较老的空间城建造起新的空间城。这些 大型载人站的花费，至今尚未作出可靠的估计，但似乎很有可能，全部载人站，以 及教人到火星的飞行，总花费将在一千亿到二千亿美元范围之内。或许这些计划有 朝一日终被实现；更重要的是，这些计划富有深远的和历史的意义。但我们这些成 年累月为组织花费不到百分之一的太空冒险而战斗的人，想知道所需资金是否会得 到满足，还想知道这些花消社会是否负有责任，也许是会得到谅解的。 然而，在实质上资金不多的情况下，为这些载人冒险飞行之一作准备的一次重 要探险，还是可以凑集起来的，例如，到穿越地球的含炭小行星上去作一次探险是 可能的。这些小行星大多出现在火星和木星之间。其中小部分小行星具有的弹道能 使它们穿越地球轨道，偶而将进到地球圈的几百万英里之内。许多小行星主要是含 炭小行星――具有大量的有机物质和化学性质上不活泼的水。有机物被认为在从星 际气体和尘埃到太阳系形成的最早阶段，大约四十六亿年前，被凝结在其中，对它 们进行研究并与彗星样品加以比较，将具有特殊的科学意义。我并不认为，从含炭 小行星取得的物质很可能会遭到象阿波罗从月球上取回的样品所遭到的批评那样， 指出这种样品“仅仅”是岩石而已。再者，在这种星体上载人着陆为最终开发太空 资源，将是一种极好的准备。最后，在这样一种星体上着陆，将是一件乐事：因为 重力场是如此之低，以致使宇航员有可能就地弹跳高达约十公里。这些穿越地球的 星体，正在以快速增加的步伐，日益被发现出来，它们统称阿波罗星体，这个名字 是在载人宇宙飞船出现之前早就选定的。它们也许是，也许不是彗星上剥落下来的 外壳。但不论它们是怎样起源的。它们都有着巨大的意义。其中的一些是人类迈向 太空最易达到的星体，只需要使用穿梭技术便行，而这种穿梭技术将在不远的几年 内就会见成效的。 我所概述的这些飞行类型，都在我们的技术所能及的范围之内，需要国家航空 和宇航局的预算也不超过现有的预算。它们把科学利益和公共利益结合起来，因为 这两者往往具有一致的目标。这一计划一旦实现，我们就能对所有的行星和从水星 到天王星的大多数卫星作出初步的考察，也能取得小行星和彗星的代表性样品，并 发现出我们这个漂浮在太空中的洞穴的边界和内容。由于我们对围绕天王星的环至 今尚一无所知，因而，有许多重大的、始料未及的发现正在等待着我们去作出。这 一计划还将使我们这个物种在利用太阳系方面迈出蹒跚的第一步，去开发其他世界 的资源，为人类在太空中的居住作出安排，并最终改造其他行星的环境或使其变成 地球上的形式，以便使人类能适应在那里生活。人类将变成多个行星上的物种。 这几十年具有明显的过渡性特征。只要我们不自我毁灭，那么，很显然，人类 将再也不会永远被限制在一个单独的世界里。事实上，空间城的最终出现以及人类 往其他世界的移居，对人类这个物种来说，远比自我毁灭要困难得多。很清楚，我 们已几乎不知不觉地进入到行星探索的黄金时代。如同人类历史上许多类似的情况 一样，探索视界的开阔同时将伴随着艺术和文化视界的开阔。我虽然不曾猜想过， 十五世纪的许多人是否意识到他们正生活在意大利文艺复兴时期，但希望，快乐， 新思路的开拓，技术发展，外国货，以及当时狭隘地区观念的消除，等等，已呈现 在那时有思想的男男女女的眼前了。我们有能力和手段，并且我真诚地希望我们还 有着与今日探索相适应的意志。我们这一代人有能力把自己的足迹，在人类历史上 第一次扩展到太阳系的其他世界上去――敬畏他们的奇迹，渴求他们所不得不教导 给我们的一切。 ----------------- 素心学苑 收集整理