欢迎光临
我们一直在努力

2015年太空探索都发生过哪些大事儿?

探索未知世界是人类的天性,好奇心驱使人类迈开太空探索的步伐。刚刚过去的2015年是太空探索异彩纷呈的一年,这一年到底发生了哪些大事?让我们一一盘点2015年太空探索的“头条君”们吧。

一、冥王星“热”了

冥王星所在的地方是非常寒冷、非常黑暗的世界,温度可以达到零下二百多摄氏度,不会有液态水,也不可能有生命,长久以来是黑暗中的一个非常黯淡的小圆点。但在2015年7月14日,“新视野号”第一次近距离飞越冥王星,让人类得以近距离观察这颗神奇的矮行星和它的卫星系统,探测数据揭示了冥王星表面丰富的地形地貌、蓝色的天空以及多样化的卫星。在新视野号探测冥王星之前,没有人预料到在太阳系偏远角落的极寒地带,居然还有这么活跃的地质现象。尤其是冥王星那萌哒哒的“爱心”温暖了很多人的心。

冥王星的天是蓝蓝的天,地球上的人们好喜欢。根据2015年10月8日公布的最新图片,新视野号发现显示冥王星上空有一层薄薄的蓝色雾霾层。科学家推测,冥王星高空的霾层与土卫六上的霾层在本质上是相似的。当大气层中含有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、氨(NH3)、水(H2O)、甲醛(HCHO)、硫化氢(H2S)等成分时,太阳紫外线或大气闪电提供的能量,将驱动大气光化学反应,合成一系列复杂的固态有机化合物,著名的行星科学家卡尔·萨根把这些烟雾颗粒称为索林(Tholins)。索林本身的颜色可能是灰色或红色的,但在大气层中,这些烟雾颗粒会散射蓝光,使得天空呈现蓝色。

冥王星上发现了高达3500米的山脉,极低温下的水冰强度与岩石相似,才有可能支撑如此高的山脉;王星和冥卫一表面的某些区域撞击坑很少,说明这些地区曾经有过活跃的地质活动,改变了它的表面地形,其表面年龄相对较年轻;冥王星表面应该覆盖甲烷冰、氮冰等挥发性更强的物质,但却探测到局部区域出露水冰;3D地形图显示冥王星上可能存在冰火山,这些地质活动的能量来源之谜还有待回答。

2015年8月29日,美国宇航局公布了新视野号飞船的下一个探测目标:柯依伯带天体2014 MU69,并在10月下旬和11月上旬,开展了一系列轨道机动,使其朝着2014 MU69飞行。新视野号将于2019年1月1日飞越探测目标,庆祝地球新年的到来。

运行在冥王星以远16亿千米轨道的2014 MU69是柯依伯带中的一种古老天体类型,由于去往该天体比其他候选目标的推进剂消耗要少得多而得以入选。

冥王星探索的科学成果将写入全人类的行星科学教科书,激励年轻一代太空探索的梦想,去往更遥远的太阳系边缘,因为那里还有更神奇的现象在等待着他们。

二、火星更“火”了

以前有很多科幻小说写过火星,但火星从来没有像2015年如此火爆。

一是,在火星上发现了液态水,即现在火星零下五六十摄氏度的低温下,还有流动的液态水,这给人类移民火星的可能性有了更多的想象空间。二是,发现了火星上大气消失之谜,即太阳风把火星曾经非常浓厚的大气层吹走了。地球大气层会不会有与火星大气类似的命运,这给人类的未来带来了一丝担忧。三是,太空科幻大片《火星救援》全国热映,赚走了很多中国人的眼球和票房,带来的呼吁是中国原创太空大片何时才能出现。四是,在未来20年内,人类将登陆火星,实现人类历史上最伟大的航天壮举。

在太阳系中,火星的自然环境与地球最相似,是唯一经改造后适合人类长期居住的天体。科学界越来越清晰地认识到,火星是人类面临重大灾难时最有可能去的避险地。

火星也是美国太阳系探测战略的核心。2015年NASA在火星上发力过猛,背后是它希望尽早实现载人登陆火星的远大梦想。美国国会也对NASA在2015年的成绩给予充分认可,2015年12月底,国会给美国宇航局拨付不少于5500万美元的预算,资助他们用两年时间,于2018年前研制完成用于宇航员长期居住的载人深空探索居住舱,将成为未来载人登陆火星计划的重要组成部分。

由此可见,载人登陆火星的宏大目标已经成为全人类的共同梦想。然而,人类探索火星的道路将充满挑战,但这种挑战和冒险精神,才是人类社会蓬勃发展的原生动力。基于对科学发展战略的认识,我们不妨作一个大胆的预测,人类将在未来20年(2035年)左右首次登陆火星表面,航天员乘组很可能是多国合作的“联合国际”航天员。实现载人登陆火星后,长远将朝着建立火星前哨站、改造火星环境、火星移民的长远目标逐步迈进。

三、地球变“多”了

2015年7月24日,美国宇航局召开新闻发布会,宣布开普勒太空望远镜发现了“另一个地球”——开普勒452b。这让我们开始盘点原来在太阳系以外还有很多类似地球这样的行星,人类未来是否可能抵达系外行星,我们能否在那里找到跟人类相似的高等智慧生命?

NASA提前3天预告的新闻发布会吊足了大家的胃口,但其科学分量并不值得如此大张旗鼓。以笔者的分析,这一成果更像是寿命即将终结的开普勒太空望远镜向全球公众,特别是美国政府、国会和纳税人的“汇报演出”,目的是告诉他们,你们给的6亿多美元花完了,但这些钱没有白花,希望你们继续支持未来的太空研究。

实际上,开普勒望远镜前几年已召开过数次发布会,数次宣布发现了第二个地球、超级地球等。2015年1月6日,NASA宣布开普勒望远镜发现了第1000颗系外行星,其中开普勒438b、开普勒442b、开普勒440b等三颗行星的运行轨道位于宜居带内,为“另一个地球”。但由于这三颗行星围绕运行的恒星是质量较小、温度较低的红矮星,而开普勒452b围绕运行的是一颗与太阳相似的恒星——开普勒452,是迄今为止最像地球的系外行星。

虽然开普勒452b的直径和轨道周期与地球相似,也位于母恒星的宜居带内,但到底有无生命、大气、海洋、陆地,我们其实是不清楚的。所以,所谓的第二个地球其实并不是严格意义上的“另一个地球”,只能说是迄今为止与地球最相似的系外行星。至少到目前为止,人类未来的命运仍牢牢系于太阳系内的地球,除了它,我们别无所依。

根据估算,恒星开普勒452的年龄约为60亿年,比太阳还要老15亿年,围绕这颗恒星运行的开普勒452b 的年龄也接近60亿年。由于恒星的光度会随着年龄增长而老当益壮,逐渐增强,因此在开普勒452形成后的50亿年内,这颗系外行星接收到的光照强度应该比地球弱,但如今开普勒452b接收到的光照强度已经超过了地球。这说明随着太阳年龄的增长,地球上接收到的光照强度也将逐渐增强。

四、火箭回收了

众所周知,以往的火箭都是昂贵的“一次性易耗品”,而在2015年12月22日,民营航天企业SpaceX公司再次惊动了全球航天界甚至科技界。他们研发的猎鹰九号火箭不仅实现了一箭十一星(每颗重172千克),而且第一级火箭在经历太空飞行之后,再次进入地球大气层,在世界上首次实现了运载火箭的成功回收。

如此,人类进入太空的成本或许将大幅降低,世界将迎来商业航天的春天,这为航天业的发展带来前所未有的深刻变革。

实际上,猎鹰九号火箭的标准发射费用为5400万美元,其中燃料成本约为20万美元,硬件成本占火箭发射成本的绝大部分,而发动机是火箭的心脏,也是最值钱的部分。虽然火箭可回收,与汽车可加油存在明显区别(毕竟那么庞大的一个物体经过高速飞行和高温燃烧,有些部件无法再重复利用),但确确实实可以大幅度降低成本,至少价值数百万、上千万美元的发动机不再是一次性的,可以回收后再次利用。

乔布斯和他领导研发的智能手机,使手机从单纯的通信工具变成了一台微型电脑,成为个人生活和娱乐中心,更颠覆了传统手机行业的格局。马斯克和他领导研发的可回收火箭,像办春晚那样全球直播火箭发射,降低了人类进入太空的成本,改变了航天的神秘感,但其对航天业的影响还远没有发挥出来,或许将改变整个航天业的发展格局。这一点,需要中国航天界引起足够的重视。

五、中国有“为”了

2015年底,中国第一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”上天,它翻到九霄云外用火眼金睛去探索那看不到的暗物质。选址贵州喀斯特洼地、正在建设中的世界最大500米口径射电望远镜完成了馈源升舱,建成后将探测到更遥远、更暗弱的天体信号。与此同时,中国新一代运载火箭长征五号、长征六号、长征七号和长征十一号研制和发射取得突破性进展,为我国航天事业发展提供了动力基础。

(1)“悟空”寻找暗物质,开启空间科学新时代

2015年12月17日8时12分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将中国科学卫星系列首发星——暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道。这标志着我国空间科学探测研究迈出重要一步。

“悟空”的长宽高分别是1.5米、1.5米、1.2米,整体质量为1.85吨,有效载荷质量为1.4吨,轨道高度为500千米,寿命在3年以上,是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。“悟空”实质上是一架太空望远镜,主要用于观测高能电子及高能伽马射线,探寻暗物质存在的证据,研究太空中暗物质特性与空间分布规律。

暗物质是宇宙大爆炸的产物,在宇宙演化中起着决定性作用,也决定着宇宙未来的命运。万有引力定律证实,暗物质和暗能量占宇宙的95%以上,我们周围平均1立方厘米的空气中可能就有上千颗暗物质粒子,但从未被直接观测过。

暗物质本身不带电荷,也不会与电磁场发生相互作用,能像幽灵一样穿透阻碍物。就像物质与反物质相遇就会发生湮灭产生巨大能量一样,暗物质粒子和它自身的反物质粒子发生碰撞,也将产生巨大的能量。“悟空”的主要目标就是监测暗物质粒子碰撞后产生的高能粒子,如伽马射线、正电子、反质子、中微子等,并精确测量这些粒子的能谱,间接证明暗物质的存在。

2013年正式启动的中国科学院空间科学先导专项,目前已经成功发射暗物质粒子探测卫星,2016年开始还将陆续发射量子科学实验卫星、实践十号返回式科学实验卫星、硬X射线调制望远镜卫星等,将开启中国空间科学研究的新时代。

(2)FAST望远镜馈源安装成功

射电望远镜是用来“观测”从天空中各个方向发来的电波的一种天文仪器,由高定向性接收天线和相应的电子设备组成。2015年7月23日,我国建设的世界最大单口径球面射电望远镜——500米口径球面射电望远镜(FAST)反射面开始在贵州省黔南进行现场拼装。截至2015年12月21日,反射面安装近半,被誉为中国“天眼”的FAST已具雏形。

很多人疑惑FAST为何选址黔南?主要原因是喀斯特地貌最接近FAST望远镜的造型,工程土石方开挖量最小;其次,喀斯特地区地下河网体系发达,雨水不会在地表滞留而损坏和腐蚀望远镜;再次,FAST望远镜所在区域人烟稀少,方圆5千米半径内没有一个乡镇,射电望远镜所需的无线电环境十分理想。

(3)中国商业航天迎元年

商业航天是航天事业未来发展的蓝海。从2007年开始,全球太空产业以每年6-7%的速度增长,世界商业航天蓬勃发展,从2010年的2616亿美金发展到2014年的超过3300亿美元。SpaceX公司已经开始为国际空间站提供货物运输服务,维珍银河公司正在努力为普通人提供太空旅游服务,蓝色起源公司正在研发可重复使用的运载火箭和低轨道飞船,以降低载人航天的成本。

2015年是中国商业航天发展元年。

这一年,商业航天在中国正式破冰起航。2015年9月,经财政部批准,航天科技集团成立了四维商遥公司,致力于为全球用户提供以高时空分辨率和高光谱观测能力的遥感数据服务和系统解决方案。

2015年10月7日,我国第一颗商业高分辨遥感卫星吉林一号组星(1颗光学遥感卫星、2颗视频卫星和1颗技术验证卫星)成功发射升空。依托中科院长春光机所在光学设备研发方面的雄厚积累,吉林一号获得的高分辨率遥感图像分辨率达0.72米,数据质量已经可以媲美快鸟2号。

中国要发展商业航天,卫星成功发射只是事业的起点,要实现卫星星座组网、高效运营,挖掘潜在用户,发挥市场潜力并创造商业价值,后面的道路更长、更艰难、更无迹可寻。政府部门应该看到商业航天领域面临的机遇和挑战,在这方面加以鼓励和护持。对于期待进入商业航天领域的外部企业而言,虽然前景诱人,但这片陌生海域荆棘遍地,只有找准切入点和潜在的发力点,才有发展壮大的希望。

商业航天的发展,将构建起从飞天梦想到市场价值的完整链条,让中国人的生活更加美好。

(4)中国新型火箭研制成功,发射频次再创新高

随着航天运输的需求越来越多样化,传统的运载火箭已经到了不得不更新换代的阶段。

当前,世界各航天大国正在致力于研发新一代运载火箭,采用了大量新技术和新材料,实现降低成本、提高可靠性、满足多样化需求的目标。美国正在研发的新一代重型运载火箭“太空发射系统”(Space Launch System),运载能力超过130吨,号称人类历史上最强大的运载火箭系统;欧洲致力于研发新的阿丽亚娜6型火箭;日本正在研制H-X新一代火箭,通过采用前沿技术,以期实现航天运输的低成本和高可靠。

2015年,中国新一代长征系列运载火箭研制取得了突破性进展。

长征五号:中国运载能力最大的火箭。采用液氧液氢燃料,推力大、无污染,能一次将20多吨的大型设备送入轨道,中国航天发射能力将跨上全新的层次。

长征六号:2015年9月20日7时01分,我国在太原卫星发射中心用长征六号运载火箭成功将20颗卫星发射升空,开创了我国一箭多星发射的新纪录,也标志着我国运载火箭应用进入新纪元。

长征七号:中国未来最主要的运载火箭。采用了先进的助推器与芯级捆绑技术,运载能力将达到近地轨道13.5吨,太阳同步轨道5.5吨,我国未来80%的发射任务都将使用长征七号进行。

长征十一号:长征系列火箭第一款固体运载火箭。2015年9月25日9点41分,长征十一号在酒泉卫星发射中心成功发射。相比液体运载火箭发射需要20—30天的准备周期,长征十一号固体运载火箭可以在24小时之内实现快速发射。

2015年12月29日0时04分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射高分四号卫星。至此,2015年19次航天发射全部成功,我国航天发射“十二五”任务圆满收官。

2016年,我国计划实施20余次宇航发射任务,将实现年宇航发射次数首次突破20次,其中15次为重大专项任务或首飞任务。载人航天就将实现长征七号首飞、神舟十一号载人飞船和天宫二号空间实验室的发射任务;北斗导航将完成两颗卫星发射任务,确保区域导航系统稳定运行;高分专项将发射高分三号卫星,完善我国高分辨率对地观测系统;长征五号运载火箭将实现首飞,为探月工程后续任务和载人空间站工程奠定重要基础。

六、行星探索争芳菲

2015年,美国黎明号小行星探测器进入环绕谷神星的轨道开展科学探测;探测水星的信使号撞击水星北极完成使命;日本拂晓号金星探测器时隔五年后再次尝试进入环绕金星的轨道获得成功;卡西尼号探测土卫二上的喷泉。行星探测的新进展让我们慢慢摸清整个太阳系的全貌。

(1)黎明号开始环绕探测谷神星

2015年3月6日,美国宇航局“黎明”号探测器进入谷神星轨道,成为有史以来首个环绕矮行星探测的航天器(新视野号为飞越冥王星探测)。采用创新的离子发动机,“黎明”号先后探测灶神星和谷神星,开创了航天史上首次由一艘飞船连续环绕两个天体运行的纪录。

2015年12月10日发表在《自然》杂志的论文认为,黎明号在谷神星表面发现的许多小亮点,可能是盐类物质与少量岩石和水冰的混合物质。当太阳光照射时,水冰就会在撞击坑上空形成薄雾。另一篇发表在《自然》杂志的论文显示,“黎明”号探测器在谷神星上发现了富含氨的黏土。氨一般在寒冷的太阳系外围较为常见,这一发现说明谷神星上可能有部分外太阳系物质,甚至可能是形成于海王星附近的小行星向内迁移到小行星带的。

(2)卡西尼号探测土卫二

2015年10月28日,美国宇航局“卡西尼”探测器从49千米处近距离飞越探测土卫二,从土卫二南极喷发的羽状喷射物中飞过。自2005年发现土卫二上有喷泉后,这是“卡西尼”首次深入喷泉进行探测,土卫二也是太阳系中最有希望被发现是宜居环境的天体之一。

(3)信使号撞击水星完成探测使命

北京时间2015年5月1日凌晨,“信使号”按预定计划撞击水星北极地区,完成最终使命。此次撞击在目标区域留下一个直径约为15米的撞击坑。自2004年8月3日发射升空后,“信使号”于2011年3月18日进入水星轨道,成为继1975年水手10号任务之后人类发射的第二颗探测器,传回了大量科学探测数据。

(4)日本拂晓号金星探测器重新入轨

2015年12月7日,日本首颗金星探测器“拂晓号”成功进入金星环绕轨道。5年前的同一天,“拂晓号”因主发动机阀门故障而未能成功入轨,与金星擦肩而过。

太阳系中,金星是距离地球最近的行星,火星次之。但相比于近年的火星探测热度不断攀升,金星探测则显得有些冷清。其实,人类对太阳系行星的深空探测最早是从金星开始的,迄今已有50年的历史。但金星浓密的大气层所导致的高温高压环境,杜绝了金星存在生命和人类移民的可能,增大了人类探测金星的技术难度,打击了探索金星的热情,曾经硕果累累的金星探测如今居然到了鲜有人问津的地步。

与探测火星、登陆火星、改造火星和火星移民的长远战略相比,金星明显缺少水、氧气、生命、移居可能性这些吸引人类关注的“噱头”。但金星与地球的未来演化联系密切。金星的过去可能比现在要温和得多,是什么原因导致金星演化成如今这般狂暴的境地,弄清楚这一演化过程对地球的全球变暖和“改造火星”研究有重要参考价值。许多科学家认为,金星代表地球的过去,火星代表地球的未来,探测金星与探测火星具有同样重要的科学价值。2015年初俄罗斯重启金星探测计划,美国也正在制订一项用轨道器、浮空器等混合探测器探测金星的计划。相信随着航天技术的发展和金星科学研究的深化,人类有望重新认识金星。

结语

太空探索永无止境。太空探索事业的发展不仅可以拓展我们的知识疆界,满足人类对未知世界的好奇心,而且将极大地提升人类的技术能力,创造全新的商业机会和产业市场。

500年前的大航海时代,人类发现了地球上的新大陆;500年后的今天,人类将进入大航天时代。我们将从地球出发,登陆月球,登陆火星,将人类的足迹踏遍太阳系的各个角落,我们的征途是星辰大海。

回顾2015年度的太空探索新进展,我们可以发现,近地轨道的载人航天技术已经比较成熟,进入门槛已经显著降低,太空旅游等商业化的载人航天时代已经不再遥远。2015年是中国商业航天元年,许多产业界和科技界的资本和人才正在进入航天领域,航天发展正在从完全依靠政府投入转向凸显应用效益和经济效益的新阶段。

月球、火星、巨行星甚至冥王星等太阳系各类天体已经成为各国深空探测的热点,NASA不断发布的科学发现“头条”新闻不时刺激着中国科学家的神经,也刺激着国人对中国太空探索事业的更多期待。

未来二三十年内,人类将实现载人重返月球和建立月球基地,并从月球出发实现载人登陆火星,这一科学设想正在从概念、路线图一步步走向工程实践。面对遥遥领先的NASA,作为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家和继阿波罗之后第一个实现月球软着陆探测的国家,中国在太空探索领域还有很大的进步空间和发展前景。


(出品:科普中国;制作:中国科学院国家天文台郑永春;监制:中国科学院计算机网络信息中心;“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。转载请注明“来源:科普中国”。)

赞(0) 打赏
未经允许不得转载:子午书简 » 2015年太空探索都发生过哪些大事儿?

评论 抢沙发

  • 昵称 (必填)
  • 邮箱 (必填)
  • 网址