中國科學院國家天文臺研究員鄭永春
鄭永春:尊敬的家電行業各位從業者、各位領導者,大家都是製造業的領先企業,今天我來講這個題目,到底會產生什麼效果呢?這是我特別期待的。
先小小的透露一個小消息,再過十幾個小時,嫦娥五號就要從月球上回到地球來了,將著陸在內蒙古的四子王旗。大家知道,上一次從月球上帶回來一些巖石和土壤已經是半個世紀以前了,所以從這方面大家能夠看到中國未來的科技發展是非常值得期待的,因為50年內沒有人做過的事情,現在中國人在做了。50年前雖然取過了,但是50年前能取過,不代表現在就能去取,因為技術已經進步、迭代了。
今天我和大家分享的話題《從月球到火星》,帶領大家從地球出發,去看看遙遠的太空、宇宙,在這些因素裡面是不是對家電行業有所啟發。
這是我們從太空中看到的地球,蔚藍色的星球是宇宙中唯一有生命的星球,你們生在地球上,也就是這裡才會有人。
看到這個星球,你就知道這是一個水球,藍天白雲、綠樹紅花、生機勃勃的行星,宇宙中再也沒有像這樣有生命的星球了。以前我們難以理解地球為什麼是圓的,這已經是常識,太陽系裡地球是在第三顆行星,只有第三顆行星上才有生命,這叫太陽系的「宜居帶」,往裡太熱了,460攝氏度,往外的火星是零下55攝氏度,所以只有「宜居帶」才有生命。
這是藍色的地球和紅色的火星,它是太陽系的第三顆和第四顆行星,這是木星和地球的大小對比,如果把地球扔到木星裡去,可以扔1380個地球,所以木星才是太陽系最大的。但是在這個太陽系裡,太陽才是真正的王者,因為太陽質量佔太陽系的99.9%!大家知道什麼叫壟斷,這就是絕對的壟斷!所有的行星、小行星、彗星全部加起來,不到太陽系的0.1%。所以和太陽比起來,地球在哪裡?如果把地球扔到太陽裡去,相當於130萬個地球。
太陽不是那麼平靜的,這幾天太陽正在發脾氣,所以太陽上看到黑子,太陽會拋出來耀斑,拋出來一些物質向地球方向,就會對地球的無線電信號造成幹擾。
這是航天非常著名的照片,這張照片改變十幾億人甚至幾十億人的世界觀,這也是中國人要幹的事情,不僅輸出物美價廉的產品,同時也要輸出我們的價值觀和思想。這張照片代表60億公裡遠的一個太空飛行器在回望地球時拍攝的一張照片,叫「暗淡藍點」,這張照片中白圈圈中心是我們的地球,從60億公裡以遠看望我們的地球,地球只是一顆塵埃。
2019年諾貝爾物理學獎頒給了一個星的領域,叫「系外行星」,我們在其他的像太陽一樣的周圍發現了5000多個「系外行星」,這些行星裡有100多個像地球一樣的行星,那些行星上會不會有生命?是很多人值得期待的,但是我們並不知道。
這是從地球上看到的月球正面,因為我們地球看不到月球背面,所以我們認為月球背面有外星人,但是嫦娥四號實現人類歷史上第一次把太空飛行器送到月球背面,所以中國人可以做人類歷史的第一次。這是我們通過幾十年的努力可以實現的一些成就。
而且中國人對月亮非常有感情,上面是月亮上的「玉兔」,兔子的頭、前身、後身和尾巴。這是另外一個,中國人叫「蟾宮」,就是蛤蟆,所以蛤蟆和玉兔其實是月球上的「月海」,中國嫦娥三號著陸的地方就在這個月海,嫦娥五號著陸的地方叫「風暴洋」,今天它就要從這裡採集樣品回到地球。
上個世紀六七十年代阿波羅登月時,有12名航天員登陸過月球,但是那個時代的技術已經失傳了。嫦娥三號登陸的地方是這個紅色的五角星所在的地方,這個地方叫「虹灣」。嫦娥三號的著陸器和月球車兩者相互對拍,這裡面也有很多相關的技術,這些技術可以轉化為民用,比如重達幾百公斤的著陸器著陸在月面時,需要用這種緩衝技術實現平穩著陸,月球車從上面開下來需要用太陽能、用自動導航行駛、用自主控制等相關技術。
這是太空飛行器向四周環拍一圈得到的照片,上方是月球車走過的痕跡。這是月球上的一塊巨石,這是科學家研究的對象,為什麼上面有裂紋?為什麼上面有這麼多白點?
這是嫦娥四號實現人類歷史上登陸月球背面第一次刻下的痕跡,幾萬年、幾十萬年甚至幾百萬年之後,它會一直在月球上不會消失,因為上面沒有風霜雨雪。
這是嫦娥五號在月球上鑽取的巖芯,它要自主鑽取2米深度,把巖芯帶回來,因為這段巖芯代表著月球土壤和月球形成的歷史。
這是嫦娥五號在月球上展示的國旗,為了讓這個國旗能夠自動彈出,鮮豔的飄在月球上,我們需要攻克很多相關技術。在月球上作業溫差非常大,同時有很強的太陽輻射和宇宙射線情況下能夠長期保持。
所以從2007年,中國發射嫦娥一號,到2010年中國發射嫦娥二號,到2013年中國發射嫦娥三號,到2019年嫦娥四號登陸月球背面,到2020年從月球上採集2公斤月球樣品,16年時間,從追趕到並跑,到真的可以在某些方面實現領先,這也是企業可參考的完全靠自主創新能夠實現的。
今天晚上大家頭頂正上方最亮的那顆偏紅顏色的星就是火星,它是未來15年裡面離地球最近的,接下來它會越來越遠離地球。而我們地球想去火星,每隔26個月才有一次機會。今年7月份中國發射了「天問一號」,現在它正在飛向火星旅途中,今年春節將抵達火星。
中國人對火星的探測剛剛起步,但是人類已經探測了60年,1960年就開始探測火星,當年在火星上拍到的照片引起了全世界的轟動,認為在火星上有人了,後來才發現,這所謂的「人」其實是一座山。也有人拍攝到火星上有「人」在曬太陽,但這些都是不靠譜的,這只是一塊石頭。也有人拍攝大量科幻小說、科幻電影、科幻作品等等,都是以火星作為場景。火星跟地球一樣也有一年四季、春夏秋冬,地球上一年是365天,火星上一年是687天。
大概在400年前,我們只能畫出這樣塗鴉一樣的火星地圖,過了200年能夠畫比較精細的火星地圖,1877年這個火星地圖在全世界引起轟動,因為它看到了直線條,全世界的人都認為火星上有運河,那就一定有人、有人類文明,他們可能會對地球產生威脅。甚至還有一個非常有錢的人叫羅威爾,他自建了一個天文臺,聘請科學家進行觀測,還寫了好幾本書,說火星人在兩年裡新開發了兩條運河,他們一定是遇到了旱災。但是後面被證明是並不存在的。如果你生存在火星上會看到兩個月亮,因為火星有兩顆衛星,而地球只有一顆衛星,這是「火衛1」,這是「火衛2」。這是人類畫的火星地圖,這是哈勃望遠鏡拍到的火星的照片,這些所謂的「直線條」和火星的「運河」其實是不存在的,所以科學認識世界的過程也是我們探索宇宙的過程。
如果我們從地球去往火星,藍色是地球運行的軌道,紅色是火星運行的軌道,綠色這條軌道說叫「霍曼軌道」,是人類從地球出發去火性的路徑。1960年發射太空飛行器去火星,但是前面幾個都失敗了,連戰連敗,連敗連戰,到1964年終於拍回來一現火星的照片,但是黑白照片,而且非常模糊,這就是「水手4號」。到了1976年,人們能夠把太空飛行器登陸在火星表面,拍回來火星表面黑白照片。當然,我們想看到彩色照片是什麼樣的,於是我們加了濾鏡,以為火星跟地球一樣也是藍天白雲的,結果我們又錯了,火星上的天空其實是紅色的。
火星跟地球一樣有沙塵暴,我們看到某一天火星颳起了沙塵暴。2015年《火星救援》這部電影風靡全球,我們在2019年拍攝了《流浪地球》。大家現在看到的是火星有一條長達4000公裡的大峽谷,上面有3座山,每座山高度超過15000米,火星上最高那座山是珠穆朗瑪峰的3倍高。
也可以拍到火星上的龍捲風,火星跟地球一樣有南極、北極、東半球、西半球,南北極也是冰蓋,它的冰是乾冰,也就是二氧化碳。為了拍攝火星表面的情況,要巨大的相機,這個相機可以清清楚楚看到火星上只要大於30釐米的東西,所以火星上肯定是不可能有生命的,也不可能有人的,當然,有沒有微生物,現在還正在探測。火星曾經像地球一樣是溫暖溼潤的,曾經有大規模的液態水和海洋,但是現在沒有了,所以很多人關心地球會不會也變成這樣子。
這是所有到過火星的太空飛行器,太空飛行器既分為火星上空的軌道器,又分為著陸器,還分為火星車,這每一個太空飛行器代表了國家製造業能力的最高水平。這件事情難度已經達到了人類能力的極限,我們要集成這個國家的所有能力才能實現。到現在為止,全世界能夠獨立自主把人送到太空的國家只有3個,就是美國、俄羅斯、中國。
如果要登陸火星,我們就需要火星車,這是3代火星車,這是90年代的火星車只有一個籃球高,2000後火星車有半人高,到2010年火星車可以有1噸重,把1噸重的東西投到火星表面去需要採用新型技術。對於小的火星車,我們只需要用安全氣囊的方式,大的火星車就需要空中吊車的方式,這樣的方式在那個星球上完全自主獨立的進行,這需要很多尖端技術。
這是火星上一些真實的照片,跟我們在西北看到的戈壁沙漠非常像,這輛火星車超過地球上所有豪車價值,它的價值是150億人民幣,這是它在火星上的自拍照,被稱為有史以來最昂貴的自拍照。
這個火星車是一個移動機器人地質學家,它會找到探測目標、會打賺、會提取樣品、會進行化學分析、會知道這顆石頭曾經長時間被水浸泡過;它拍到火星上的落日,發現火星上的落日是藍色的,所以「幾度夕陽紅」只在地球上,但在火星上變成「幾度夕陽藍」;它拍到地球上的照片,像火星看我們非常渺小一樣,它看我們同樣也非常渺小。現在有科技大亨,也就是特斯拉跑車的老闆,叫馬斯克,他一心想在火星上退休。
真實的火星是什麼樣的?上面是地球,下面是火星,所以它們兩個都叫「類地行星」,這是火星上最高山峰,下面是珠穆朗瑪峰,剛剛我們測得它的高度是8848.86米,奧林匹斯山的高度是22公裡。
這是火星上的一座山,這個火星車沿著山峰一直向上爬了七年,還在往上爬,因為它發現這座山曾經好幾次被水淹沒過。
這是火星上的一條河流衝入一個湖泊,留下了沉積物,這個火星車就在那探測,它希望沉積物裡找到生命的信號。
這是一個沙丘,因為火星引力只有地球的三分之一,所以沙丘更加特殊。
這是火星上乾涸的河流,它曾經衝破峽谷,形成了衝擊扇,明年2月份一輛火星車叫「毅力號」,它會登陸在這個衝擊扇撞擊坑的邊向,同時還有一架無人機在火星上起飛,就是明年過年的時候。
這是火星上看到的一個鵝卵石,在地球上同樣也有這個鵝卵石,根據這個鵝卵石大小可以研究出來,火星上曾經有要一條河流河水的高度可以沒過膝蓋,河水的水速都可以研究出來,但是唯一不能確定的是這個河裡面是不是有過魚和蝦。
在火星上挖過一條溝看到了冰塊,過了4天,這個冰塊沒有了。看到著陸腿的腿上有露珠,說明空氣裡有水。也探測到了火星空氣裡有甲烷,如果在地球上探測到甲烷就可以宣布這地方一定有微生物。但是在火星上需要更謹慎,因為巖石和水反應也會產生甲烷。
也有個太空飛行器叫「洞察號」,它希望洞察火星的內部,所以它帶了個地震儀,兩年內探測到4次地震,每次地震小於四級,所以根據這個地震的強度,我們可以了解火星的內部結構。它也在火星上打鑽,但是打到幾十釐米時候就被卡住了,如果在地球上,這件事情很容易被解決,你走過去踢一腳,躲過那塊石塊,它就往下打了,但是在火星,這件事情怎麼解決?這可能跟我們做家電時「無人控制」是類似的。
也有人探究火星上可以種土豆這件事情,我們分析過火星土壤和地球上的土壤成份,發現兩者相似,地球科學家已經篩選那些在極端環境下能生存的生物和微生物,比如高鹽度的、高輻射的、高氧化性環境下能夠生成的植物、動物和微生物,把它們送到火星上去改造火星。
這是一段動畫,是航天員在太空裡生產水的一個機器,在我們頭頂400公裡高度,相當北京到石家莊的距離有國際空間站,常年有6、7個航天員生活在我們頭頂,他們就那一桶水,喝完了接著喝,所有的水能夠實現完全的循環。這是他的飲用水。
這是一臺淨化尿液的機器。
這是他的太空馬桶。黃色的是他小便的設備。
這是他展示的飲用水。
再過兩年,中國人將建成我們自己的空間站,常年有中國人住在太空裡,這個空間站明年開始將密集發射。
所以有一句話說,在國際空間站上,今天喝的咖啡就源自於昨天喝過的咖啡。同樣,水是這樣,氣體也是這樣,我們需要調節空氣中二氧化碳和氧氣含量的機器,但是現在機器運行並不很順暢,因為人每天醒過來時代謝水平增加了,人睡覺的時候代謝水平降低,但是機器並不能很好感應這些東西,經常白天需要工作時它二氧化碳濃度超標反而懨懨欲睡,晚上明明應該睡覺時氧氣濃度反而很高。
這朵花被稱為「太空第一花」,是人類在太空中種出的第一朵花,是中國的嫦娥四號在月球背面發出的第一個棉花的嫩苗,是人類歷史上在月球上種出的第一棵嫩芽。
這是北京航空航天大學正在開展的「月宮一號」(音譯),我們要在一個密閉系統裡實現自我循環,這是人類走向太空的必經一步。
今年的4月24日,中國發布了「天問計劃」,「天問計劃」是中國的行星探測計劃,我們不僅探測月球,還要探測火星、探測小行星、探測木星、探測整個太陽系。因為「航天時代」50年來,人類已經有200多次太空探測計劃,而我們中國才剛剛開始。
中國第一個行星探測計劃叫「天問一號」,是火星的。北京附近河北張家口有亞洲最大的地外天體綜合實驗場,它模擬火星的環境、重力,實現太空飛行器的自主登陸,因為火星離地球的距離比月亮遠得多,因為月亮上基本是沒有時差的,一個信號發給它,一秒鐘就接到了。但是在火星來講,我們發給它的信號,要十幾分鐘能夠接到。
這是中國現役推力最大的火箭,推力有23噸,相當於把23噸物體送到太空上去,如果把人送到月亮上去,這個火箭還要大4倍。當年土星五號把人送到月球上的火箭運送能力超過100多噸。
這是今年疫情期間,7月23日中國用長徵五號火箭發射「天問一號」探測器,它正在飛向火星旅途,離地球超過數億公裡,離火星還有幾千萬公裡,明年2月份將抵達火星。這是今年國慶節它從深空中拍攝的自拍照,需要採用高速的照相技術,在感光不好的情況下採用WiFi,把拍攝的照片傳回地球。而它要從地球去往火星,至少要經過5次軌道調整,才能逐漸精確的抵達火星。抵達火星之後它會減慢飛行速度,被火星的引力捕獲,成為環繞火星的太空飛行器,利用火星的大氣層進行減速,減速到一定階段後,它會打開降落傘,著陸在火星表面。為了緩解火星大氣衝擊,表面有個隔熱凃層,外面是上千攝氏度高溫,裡面是我們的室溫,因為我們所有的電子元器件都只能在非常安全、穩妥的條件下才能運行,這對太空飛行器的熱量控制等等提出很高的挑戰。
這是火星車著陸在火星表面的情況,著陸之後它將打開太陽能電池板,因為火星上的太陽光比地球上弱得多,所以需要更大的太陽能電池才能夠讓它工作得更好。現在的火星是一顆荒漠的行星,因為沒有生命,但是不能代表它確實沒有生命,有可能在地下某些環境適宜的地方會有微生物。未來經過若干年的改造,火星有可能成為另外一個像地球一樣的行星。大家看到這顆行星的時候,開始會覺得它離我們遙遠,現在覺得:一旦別人佔了,我們就晚了。
地球將來會成為人類的故鄉,月亮是地球唯一的天然衛星,將來會成為永不墜落的空間站,火星是最像地球的行星,建立會成為人類在太陽系文明的重要分支。
最後我想說一句,如果家電行業要去影響年輕人,科技是最好的共同語言,因為這一代年輕人都接受過高等教育,他們知道科技對我們國家、對我們未來發展非常重要。
謝謝大家。