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6.5万年前智人走出非洲,500年前哥伦布开启大航海时代,现在我们正站在大航天时代的门口 | 苏萌

科普中国网    2021-06-11 15:26

2021年5月22日,“科普中国-我是科学家”第34期“突破想象力!”演讲现场,香港大学空间科学实验室执行主任、Bruno Rossi Prize获得者、费米气泡发现人、起源太空创始人苏萌带来演讲:《去太空,去挖矿!》。

以下为苏萌演讲实录:

2021.5.22 深圳

各位朋友们好,我是起源太空的创始人苏萌。我是一名天文学家,天文学家的工作就是仰望星空。很多人问我,你为什么喜欢天文,为什么要仰望星空,到底有什么用呢?其实我也不知道。

从我记事起,就对宇宙、对星空充满了好奇,看到它们特别兴奋。所以到现在为止,我都一直从事着我从记事开始享受的事情。探索太空是一个职业,但从我个人的认知里,我觉得仰望星空是根植在人类心中的一个火种,我们有对宇宙、对太空、这个世界的好奇心。

有什么用?可能没有什么用。

为什么要仰望星空?我就是想知道。

就这么简单。就像我们探寻任何一个科学的未知之谜,道理都是一样的。我们就是好奇,我们就想知道这样问题的答案。正是这样的好奇心,把我们今天人类的文明带到现在这样繁荣的程度,我们不断去拓展人类文明的边界,我们把人类文明的边界从地球拓展到太空。

从上万年前人类的先辈开始,我们在晴朗的夜空仰望星空,会看到这样的银河。图中每一个星点都是一个恒星,特别壮观。很可惜这是一幅二维的图像,我们并不知道每一个亮点距离我们多远。近几百年来天文学家的工作告诉我们,宇宙其实是一个非常庞大的、很有趣的三维结构。

它长什么样?

这两张图里,其中一张是大尺度宇宙的物质分布;另外一张是干扰项,是人类大脑神经元系统。我们人的大脑有两公斤重,从某种意义上来讲,它的复杂程度跟整个宇宙的复杂程度非常相近,是非常有趣的巧合,背后可能有一些很有趣的科学答案。

这两张图真的非常相像,大家知道哪一个是哪一个吗?

右边这幅图是宇宙的大尺度结构,左边这张是人类的大脑。

在宇宙的大尺度结构里,这些网状结构其实是看不到的,因为物质大部分由暗物质组成。暗物质,顾名思义是看不见的东西,所以这张图片跟我们眼睛看到的银河完全不一样——这是现代天文学给我们带来的宇宙新认知。图中每一个黄色亮斑里,都藏着一个像银河系这么大的星系。银河系是一个旋臂状的星系,里面有数千亿计的恒星。

银河系里还有我们看不见的东西。我们认为,每个星系的中心都有一个黑洞,银河系中心就有一个四百万个太阳这么重的黑洞。

我们看不见“黑洞”,但十年前我做了一项有趣的工作。我们发现,黑洞每过几百万年要吃一次饭,它把周围的物质迅速吃到自己的肚子里,还要把一部分物质以特别高能量的形式抛射出来,就像打了一个饱嗝一样。我当时的毕业论文说,银河系里面有两个气泡,其实就是中心黑洞打的饱嗝。黑洞不停地吃,不停地喷,这样能量和物质就在整个星系里循环起来了。

银河系就像一个生命体一样不断地成长和繁衍。大质量的恒星会走向衰老和死亡,它们消亡时剧烈爆炸,产生重元素或者说元素周期表里原子序数比较高的元素。这些元素在宇宙中飘荡,由于引力的作用再次聚集,再形成新的恒星。这样的事件反复发生,数十亿年来积累的组成你我的元素,碳元素、铁元素以及更重的元素都来自这里,我们曾经就是这样的一团焰火。

我们每个人其实就是一个宇宙。

地球是离太阳第三近的行星,也是太阳系里唯一一颗适宜人类居住的行星。但在银河系里,太阳只是一颗非常普通的恒星。火星是太阳系里被认为跟地球环境最相像的一颗行星——就在一周前,中国第一个火星探测器“天问一号”着陆——但距离我们有4亿公里远。即便如此,在天文学的尺度里,这是一个非常非常小的距离。

太阳系有八大行星。二十年前,天文学家认为行星的形成是一件非常困难的事情。我们太阳系太特别了,所以才有了生命演化的基础,有了地球。二十年过去了,通过天文望远镜尤其是太空望远镜的观测,我们发现了数以千计的行星。我们现在认为,银河系里面有几千亿颗恒星,至少有几千亿颗行星,有很多跟地球差不多的行星就在那里,等待着在座的朋友们去发现。

地球的大气层就像一层迷雾一样遮住了天文学家的眼睛,很多宇宙的辐射信号传不到地面来,所以我们一定要把这些望远镜发射到太空中,去了解生命的起源、行星的起源、物质的起源、宇宙的起源……

天文学家的好奇心带动了空间探测技术的不断发展。半个世纪以来,我们已经发射了数十个上百个专门用来进行天文观测的望远镜,没有任何功利心,不计回报。

“但凡人能想象之事,必有人能将其实现” | 苏萌供图

著名的科幻作家凡尔纳说过一句话,叫做“但凡人能想象之事,必有人能将其实现”,我非常喜欢这句话。这是我在深圳机场拍的一张照片,我觉得能把这句话放在机场的大屏幕广告牌上的城市,一定是一个神奇的年轻的有创造力的城市。

在我看来,走向太空是根植在人类心中希望的火种。我们应该感谢每一个曾经仰望星空的人们,感谢每一个为此付出毕生精力的人们,正是因为他们无私的奉献,正是因为他们的好奇心、无功利的追求,我们人类的文明达到了今天的状态,我们有了如此对宇宙、对世界的理解,甚至可以清晰地知道宇宙目前的年龄约为138亿年。

天文学每天都有让人激动人心的进展。五百年前,我们还认为自己是宇宙的中心;四百年前,伽利略才第一次造出来一个光学望远镜来进行天文学的观测。而今天,我们可以把宇宙的历史清晰地画出来,告诉大家宇宙成分里暗物质是主导的,我们能肉眼看到的世界无非是宇宙里面1%都不到的物质。

然而非常可惜,我们以好奇心为主导的对宇宙的探索达到了一个天花板。我小时候听说过的望远镜叫哈勃太空望远镜,三十年了,今天的小朋友听说的还是哈勃太空望远镜。为什么没有什么进展?因为贵。哈勃的造价达到了100亿美金,下一代所谓的哈勃的继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜,耗资已经超过了100亿美金。所以,完全靠好奇心的无功利的追求其实已经达到了一个不能不计成本的状态,我们对宇宙的了解速度放慢了。

但我觉得,正是因为对这些宇宙起源问题反复地孜孜不倦地回答,才让我们今天对宇宙产生了这样的认知。我们应该上哪里去?要到太空去,这是我们人类的命运,我们不可能永远待在地球的襁褓里。

再去回到起源问题,我们是从哪来的,太阳系是从哪来的。太阳系在46亿年前形成时只是一团气体,由于冷却和引力的效应不断坍缩,最后变成一个盘状物质的分布状态。这个盘状物质不断碎裂,逐渐形成了太阳和八大行星;还有相当一部分物质没有变成行星的一部分,我们把它叫做小行星、小天体,它从太阳系形成的一刻开始就待在那里,就像太阳系的化石一样携带着太阳系形成之初最原始的信息。我们地球已经发生了翻天覆地的变化,而这些小天体携带了太阳系起源最关键的信息,所以研究它们有很大的科学价值。

我们不仅发现了太阳系的天体,2017年,我们甚至看到了从其它的“太阳系”偶然闯入到我们太阳系的一个小天体,当时震惊了天文学家。所以我们对这些小天体的研究有广阔的空间,而且有很多超乎我们想象。

我们今天做到什么程度了?我们想知道这些小天体是怎么来的,于是发射了很多太空望远镜,也包括地面的望远镜。我们现在知道,太阳系里有将近一百万个被人类探测到的小行星;离地球比较近的我们叫“近地小行星”,已经达到了两万五千颗。据天文学家评估,地球周围直径超过10米的小行星有将近一千万个。

大量小行星携带着信息等待我们去探索和挖掘。现在美国、日本,还有欧洲,都已经发射了航天器,把小行星上的物质带回到地面的实验室进行研究,我们国家也在规划小行星的深空探测项目。

除了科学价值之外,你可以想象地球周围飘着几千万个小石头,跟地球一样绕着太阳公转。在四十多亿年地球演化史上,这些小石块不停地在击打地球。月亮上有大量的环形山,但地球上的环形山更多——曾经有不知道多少个小行星撞击过地球。

所以,整个地球的演化史就是小行星的撞击史。如果没有6500万年前那个十二公里的小行星砸到地球的话,听我讲座的大概会是一群恐龙,而不是在座的各位。

是不是今天小行星就不会撞到地球了?很遗憾,它们还会不停地撞到地球。

两年前,有一颗大概直径一百米的小行星,2019 OK,差一点就撞到地球。它从很接近太阳的方向飞来,我们白天用望远镜看不到,在它飞近地球仅仅几小时前才发现,最后从地球旁边擦肩而过,离地球最近的距离只有地球到月球距离的五分之一。这样一颗小行星如果撞到地球,会释放相当于几十颗广岛原子弹爆炸的能量。

如果小行星真的撞到了地球,今天的我们有办法吗?可以说,每年研究小天体的科学家都在进行相关研究,但每年的答案都非常让人失望。即便我们提前将近十年的时间去预知某颗小行星会撞击地球,然后集合全世界的力量防御,结果依然是失败的。换句话说,我们的文明发展到了今天这么高级,好像很牛,但我们跟恐龙没有本质区别。如果这些小行星今天就要撞击,我们没有办法,只有面临灭顶之灾唯一选择。

霍金在世时曾不停表达这样的担忧。我们以为自己很强,其实面对这种天外威胁时,尽管概率很低,但一旦发生没有任何办法。我们文明的试错成本太高了,一旦发生这样的事件我们没有办法,没有后路。

所以,我们为什么要探索太空,一方面我们想研究太阳系的起源,另一方面我们想保护自己,保护地球,让人类文明不要被这些低概率、但一旦发生我们毫无办法的事件所打败。

我觉得,我们已经达到了这样一种文明的状态,我们可以试着走出地球的襁褓,走向太空——这是文明必然的发展方向。

自从人类进入太空以来,已经半个多世纪了。但人类发射到太空中的物体加起来不过八千吨,因为离开地球引力势的成本太高了。我们需要巨型的火箭、高昂的燃料,才可以把一点点东西发射到太空中去。其实,太空中的小天体本身就脱离地球引力势,如果我们利用它们进行在轨的原位利用开发,就可以开采太空资源,使得我们突破地球的局限,真正走向一个多星球的文明新时代。

所谓太空资源,就是地球有什么,天上就有什么。我们地球其实是最不适合进行资源开采的一颗行星,因为几十亿年前地球还是熔融状态时,那些重的金属已经早早沉到地核里面去了。我们现在缺铂金吗?我们不缺,但重的金属全都在地心里面。只不过,今天我们开采的重金属大部分是地质活动重新翻上来的,其实跟太阳系里面平均的元素丰度相比非常弱。

我们其实已经在利用着太空资源。比如,我们今天用的铂金属和钯金属主要来自两个陨石坑,这就是小行星偶然间砸到地球留下来的痕迹。你可以想象,如果我们真正到太空中实际开采利用这些小行星,可以开采的太空资源几乎是无穷量。我们利用小行星的太空资源开展太空工业,可以为地月空间经济圈发展带来新的可能性。我们国家也提出,2050年前地月经济圈的经济体量要达到十万亿美金。而且,我们形成太空资源的工业化开采后,还可以把这些重要的重金属带回地球表面,服务人类生活,这样我们就不用再去破坏地球环境,这是一个能源物质的终极解决方案。

今天,国际上已经有好几十家商业公司进行太空资源的开发与利用。起源太空是我国第一个也是目前唯一一个致力于进行太空资源开发与利用的商业公司。三周前,我们发射了全世界第一个太空采矿机器人。我们现在虽然还不能真的把一个小行星开采回来,但通过在地球的近地轨道空间,在一个真实的微重力环境下进行开采技术的展示和打磨,希望在未来不久就可以真正去开采一个小行星。

开采小行星使用的技术其实可以做另外一件事情:清理在太空中的垃圾。

这是我们太空采矿机器人今天早晨刚刚拍的地球照片,看起来非常干净,怎么会有垃圾?但其实在过去半个多世纪,人类有六千多颗卫星发射到太空中去,而且在未来十年可能还有数以十倍计的卫星会进入太空。这些卫星死亡以后,留下的尸体就在太空中运行,互相碰撞产生更多的碎片,就像车祸现场一样。不断地,这些碎片又会去碰撞其他卫星,产生更多碎片。目前,比网球大的碎片有数万个,比乒乓球大的有数十万个,比小钢珠大的有数亿个。这些碎片都以比子弹快十倍的速度围绕地球运转,太空中的航天器和宇航员都会面临被碎片击中的风险,后果不堪想象。

有一种现象叫凯斯勒现象(Kessler Syndrome)。什么意思?如果人类不断发射航天器到太空中,被一个碎片击中变成更多的碎片,这些碎片又变成更多的子弹打到更多的航天器,那所有的航天器最后都会变成碎片。一旦地球被碎片所包围,人类以后就再也进不到太空去了——一旦进入,我们就会被自己发射的子弹所击毁。如果我们今天不去清除这些垃圾的话,我们面临的后果就是我们的后代不再有进入太空的机会,这是一件非常严重的事情。

我们的太空采矿机器人就可以帮助大家清理太空垃圾。

我们不仅了发射第一个太空采矿机器人,下个月还会发射全球第一个商业化的光学和紫外太空望远镜。就像我刚才所说,太空望远镜造价已经太高了,我们不能完全通过无功利的好奇心的政府支持的项目实现,那我们就应该用更多方式去,集合更多资源发射更多太空望远镜,帮助我们了解小行星在哪,它们有哪些资源;帮助我们了解太空碎片在哪里,我们应该如何去清除它。

六万多年前,现代人类的先祖智人离开了非洲,拓展了我们当时智慧生命的边界。如果他们当初没有走出非洲,我们现在也不会坐在这里。他们为什么要走出非洲?就是因为当时的智慧人类有好奇心,他们要拓展自己生存的疆界,他们不知道远方有什么困难或风险,但就是要走出去。如果A不走出去,B不走出去,总有一个C会走出去。

五百年前,西方的探险家航海家离开了欧洲,到东方寻求黄金和香料,他们也是面临着极大的死亡的、沉船的风险。为什么还要走出来?这是人类内心对资源的渴望,或者说好奇心和探索精神驱使着我们不断突破文明的疆界。

今天,我们来到了一个新的时代——大航天时代,我们人类一定会在不远的将来真正走出地球,通过利用太空资源建立太空工业,然后真正走出襁褓,实现新的文明的跨越。我相信,这一天由于太空资源的开发与利用将会很快到来。

谢谢大家。

 

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责任编辑: 4126TJ

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人家也是有底线的啦~
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