书城科普读物科学奥秘丛书-航空航天工程
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第12章 新世界的发现者——宇宙探测器

向宇宙深处进军

宇宙探测器是人工制造的进行宇宙探测的航天器。运载火箭、卫星、宇宙飞船都可以,且事实上已经有一部分被充当了宇宙探测器。

宇宙探测器有些什么任务呢?仅仅是寻找外星人的踪迹吗?非也。宇宙要探索的东西太多,大气物理、生命起源、天体演化、太空环境等等都可以作为研究对象。当然,这些研究与探索都与人类对自身生命的关注分不开——人类所做的一切不就是为自己造福吗。

现代科学研究表明,地球已有45亿年的年龄了,太阳也处于中年时期,而我们人类的出现不过数百万年的历史。然而这几百万年、几亿年,对于整个宇宙来说,是多么短暂啊。或许我们的子子孙孙不会为自己的生存而担忧,但总会有随着地球太阳的灭亡而受到生命的威胁,这难道是杞人忧天吗?我们对宇宙的探测工作起着未雨绸缪的作用。

不过,这些“未雨绸缪”的工作,从一定程度上说,是为我们自己服务。

这并不是胡言乱语。其实我们地球本身就面临着意外“天灾”的毁灭性。虽然我们地球层外有大气保护带,但毕竟还有天外来客——进入大气层而没有完全被烧毁的陨石。可别看这小小的陨石,月球上的坑坑洼洼就是它们砸的,地球上也不是没有它们的“造访”印迹。

这偶然一次的“造访”,就有可能造成如同上万颗广岛原子弹爆炸那样威力的破坏。

再说,地球还得防备其他星体,如彗星的攻击。1994年夏,彗星与木星相撞,迄今还心有余悸。因为木星与地球在太阳系是亲密兄弟,彗星如果撞到地球上,可能会有像恐龙灭绝式的打击(恐龙灭绝,有观点认为是天外来客所致)。每过几年就出现一次与地球擦肩而过的彗星,真叫人捏一把汗。

所以综合起来,人们发射宇宙探测器是有相当目的的。从更远的意义上说,它是人类向星际空间进军的序曲。

宇宙探测器的门类演变

宇宙探测器的分类比较繁杂,如前面所述的航天飞机、宇宙飞船、卫星、火箭也担负着宇宙探测的任务。再说,像阿波罗载人飞船,如果从探索的意义上讲,也可以归属于此类。不过,我们这里只讲主要进行各种空间探测任务的航天器,先从地月系、行星系、太阳系以及更远的恒星际说起。

对月球的探索

对月球的探测很早就开始了。前苏联和美国走在了世界的前列。早在1969年“阿波罗11号”载人飞船到达月球前的1959年,前苏联就向月球发送了三个月球号太空探测器。这之中月球2号探测器到达月面,成为第一个地外星体着陆的航天器,月球3号探测器进入绕月飞行轨道,拍摄到月球背面70%从未被人们观测到的区域。1970年前苏联发射的月球16号探测器到达月面,探测到月面只有三个海,海上密布着交相叠加的环形山。美国在60年代初也发射过软着陆飞船到月球上降落。这些飞船中有的带有自动挖掘机,用以测试月面土壤的强度,这些都为阿波罗号载人飞船登上月球铺平了道路。

但是美国宇航员六次12人到达月球表面,并不等于对月球的探索到此为止。目前美国提出重返月球计划,特别是许多科学家提出建立月球基地的设想后,再次登月和开发月球资源的活动变得更加迫切。90年代美国一直在发射月球探测器,如1990年、1994年美国发射过“缨斯-A”“克来门坦-1”月球探测器,争取为早日返月作准备。

另外,别的一些国家,如日本、中国、法国也有发射月球探测器的计划。

对行星的探索

对行星的探索是随着登月活动展开的,美苏两国在此都取得了巨大的成就。

先说水星。1974年3月29日,美国发射的“水手10号”深空探测器飞经水星表面431千米处。从获得的六千多张照片得知,水星上有许多环形尖山,并有极稀薄的大气,经年高温400℃。水星10号三次飞过水星,一次飞过金星,在宇宙空间进行了九次变轨飞行。

再说金星。对金星的探测从1962年就开始了。据统计,已经有近20个探测器飞临其上空或着陆。1973年,美国的“水星10号”到达距金星六千多千米的位置,发回的大量资料表明,金星只有少量的水蒸气和氮气,大部分是二氧化碳,温度高达500℃。1978年,美国的“先驱者”金星1号和2号在金星上着陆成功。它们发现,金星上有许多火山,并存在一个深六公里,宽二百多千米,长一千多千米的裂口。

1971年12月,前苏联也发射过金星7号探测器,在金星表面软着陆成功。1975年6月,前苏联发射的金星9号历经了四个月飞行后到达金星。金星10号也到达过金星。

接下来说火星。火星是人们一直认为最有可能存在生命的行星。我国的《从地球到火星》科幻小说表述了人们对火星的美好遐想;根据1897年威尔士写的小说《宇宙战争》改编的火星人广播剧,曾把美国人吓了一跳。

1964年2月,美国的水手4号深空探测器到达离火星最近点,约一万公里的地方,拍摄了大量的照片。1971年,水手9号深空探测器也不甘落后,发回了几千张火星照片。这两个探测器表明火星表面环形山很多,最大的环形山直径约为600千米,火星上也有峡谷和河床,尘埃沙暴也不少。1976年,美国的两个海盗号探测器到达火星,采集了土壤,并拍了照片,这次探测表明,火星表面气温差值很大,大气层也很薄,90%以上是二氧化碳。1978年8月、9月,美国发射了两个海盗号综合探测器,到达火星,此次行动收获更大。前苏联也于1988年发射了两个火星号探测器,其中2号飞行器进入围绕火星的飞行轨道,对火星进行了观测,并发回了图像。综合资料表明,目前火星上有“尘暴”现象,即低层大气把无数细小的尘粒刮到空中,其速度可达50米/秒。

目前,各国科学家们正在为登上火星作准备,一系列新型探测器被发射上天。

如1992年9月,美国发射了火星观察者号探测器,为下世纪登上火星作新的准备工作。1996年11月、12月“火星96”、“火星之路”探测器驶向火星,1998年,“火星观察者2号”也向火星进军。预计,人类将在2020年登上火星。

科学家们设想,先把“火星漫游者”机器人送上跨越火星赤道的“康多尔恰斯码-7”号地区,取样品返回地球;2010年,各种无人飞船、摄影仪器、科学实验设备将被送上火星。到2012年,两批航天员,每批三男二女会向火星出发。到2020年,在火星上将建立起初级居住基地。然后到2030年,太阳反射器将反射太阳光到火星上,火星上建立一批工厂也会产生“温室效应”气体以及臭氧等,以此形成大气层。最后,火星上将开始培植酵母和细菌之类生物,使火星上两极冰帽融化,产生水分;这样绿色植物通过光合作用会释放氧气,冰帽融化的水会形成河流,它们会使火星的环境更适合人类生存。等到条件完全成熟时,大批的火星移民将真正开始。

再就是木星。1972年美国发射过“先驱者10号”探测器,飞近木星,送回了一批照片。1972年3月、1974年4月,美国又有两个先驱者号探测器在几万千米处飞过木星,结果发现木星有大气层。1977年9月5日,美国发射了“旅行者1号”深空探测器,该探测器于1979年3月5日到达距木星27万千米的地方,发回了清晰的木星照片,观察到了木星的光环,并逐步接近了木星的五个卫星,其中“卫星一”有火山活动;“卫星二”是一个冰球;“卫星三”有高山和峡谷;“卫星四”有许多盆地。“旅行者1号”于1980年到达木星。

另外,1989年10月“伽利略号”木星探测器被发射升空,1995年7月13日,该探测器在进入绕木星飞行轨道的前五个月释放了子探测器,母体将在今后两年绕木星飞行11圈,对木星及卫星进行探测。同年12月10日,“伽利略号”木星探测器开始发回第一批资料。

最后介绍土星和天王星的探测情况。1972年发射的“先驱者10号”探测器在1973年12月接近木星后,飞向土星。1983年它飞过海王星轨道,1986年越过冥王星的平均轨道。1979年9月2日,美国发射的“先驱者11”到达距土星21,400千米的地方。这次探测表明,土星有磁场、卫星和光环。1980年12月、1981年8月,美国发射的“旅行者1号”“旅行者2号”飞过土星。“旅行者2号”也于1986年、1989年到达天王星、海王星附近。

对恒星际间的探测

对恒星际间的探测是对超出太阳系到银河系,乃至到河外星系的探测。这听起来似乎很遥远,但70年代这种探测就开始了。1977年8月20日、9月5日,美国分别发射了“旅行者2号”,“旅行者1号”探测器。这两个探测器能飞离太阳系,到星际空间无限制地邀游。它们将会为人类寻找外星人带来福音。

其实,“旅行者”探测器上携有一种特殊的钢制物,用上了图像编码的信号。它录有地球上各种声音——“地球之音”。这些声音有35种,有大自然的,如风雨声、火车汽车声、海浪声等;也还有动物的声音,如叫声、人的笑声;还有一种醇鱼的呼叫声;也有不同的语言,如用英语、法语、日语等说的问候语;另外还有我国南方的三种方言,即广东话、厦门话和客家话;还有一些著名乐曲,包括古典的、现代的、东西方的、少数民族的共27种,这之中有中国的“高山流水”古典乐曲。铜制物上还携有116幅各种照片和图表。它们涉及到火箭、火车、飞机、汽车等;其中有两幅是关于中国的,一是长城的雄姿,一是中国人共餐的合家欢乐场面。令人难以相信的是,当时的美国总统卡特还签署了电文,还录有原联合国秘书长瓦尔德海姆向外星智慧物的问候。据说,这个铜制物可以在宇宙中存在10亿年。到时候,我们不知道是多少辈的子孙们,说不定还真能收到外星人的回音呢。

“旅行者号”探测器用的是核能电源,它装有电视摄像机、光谱仪、星际空间探测设备等。

“旅行者号”探测器并不是人类向太空发射的第一个星际探测器。

1972年3月3日,美国发射的土星探测器“先驱者10号”,本质上和“旅行者号”探测器类似。因为“先驱者10号”探测器携有一块镀金的长九英寸、宽六英寸的铝片。这个铝片固定在天线支架上,它刻有氢原子结构图、用脉冲星定标的太阳系位置图、太阳系结构图,还有一个裸体男人和一个裸体女人的画片。“先驱者”已经飞出了冥王星轨道,大约要过八万年可以到达半人马星座。根据天文学家计算,在100亿年以内,这个探测器还可能到达某一个类似太阳系行星的行星处。

需要补充的是,对星际空间生命的探索,特别是与星外文明的联系,并不一定要在太空中进行。现代的射电天文学已经能帮助我们通过各种方式来发射和获取地外信息。

例如,1974年3月美国人德雷克用当时世界上最大的射电望远镜(直径305米),用二进制向武夫座球状星团发出了1679个比特信息,现在这些信息还没有到达目的地。关于接收宇宙信息的方法似乎要简单一些。1971年,美国宇航局提出了一个“独眼计划”,就是说用1026个口径为100米的望远镜,排成矩阵,把波段调到17~21厘米上,据说可以捕获1000光年的无线电。但这个计划耗资巨大,要花几百亿美元,并没有真正执行。但这个相当于口径达十几千米的望远镜发起威力来,一定会收效显著。