宇宙,永远充满了惊喜-深度-知识分子

宇宙,永远充满了惊喜

2019/02/08
导读
只要几十年、上百年的时间,我们人类的生存架构和社会架构将产生巨大的改变。


近期,嫦娥四号登陆了月球背面引发热议。人类执着探索太空的真正意义究竟在何方?让我们跟随天体物理学博士苏萌的讲述,探索漫漫银河中深藏的宝藏。


 

讲者 | 苏    萌


  


大家好,我是苏萌。

演讲开始前,我想问大家一个问题:大家家里有矿吗?有矿的同学、朋友举一下手,不要不好意思,如果家里有矿的话,我们结束后私聊。(笑声)

 

家里没矿怎么办?你还可以上天!

 

没矿的同学怎么办?我今天给大家提供一个思路:上天开矿。天上的矿在哪里?我们就要从最近在朋友圈刷屏的中国的“嫦娥”探月工程说起。

 

嫦娥四号最近成功在月球背面着陆。月球的背面有什么不一样呢?大家从这个图里面可以看到,月球因为潮汐力的原因,它一面冲着我们,而另外一面我们在地球上永远看不到,除非我们飞到它的背面才能看到。


美国和苏联就曾经成功飞到它的背面,但中国是首个探测器软着陆月球背面的国家。这是人类历史上第一次摸到月球背面的土壤。探测器可以告诉我们月球背面的物理环境、地质环境、地下的构造等等。


为了传递这些极具价值的信息,中国发射了人类历史上第一颗绕月中继卫星,把被月球挡住的信号,通过中继卫星传递回地球,所以我们才看到了这样一个景象:



中国探月三步走计划揭秘


中国嫦娥探月工程目前正处于第一个阶段:无人探月。我们把月球表面的样体采回来,通过科学分析,我们知道这些土壤是什么成分构成的,这就有助于我们了解月球的起源历史与矿物资源。

 

在此之后,我们还将进行载人登月长久驻月计划,这是未来10年、20年,乃至很长远的时间,我们希望早日完成这一战略。

 

除了我们国家在做这件事情,美国、欧洲、日本等很多国家都在做相关探索。举一个例子,大家听说过马斯克同学(指Elon Musk),他试图造一个巨大无比的火箭,发射到火星的表面,在2030年左右实现人类在火星长期驻扎。这件事情非常不容易,很可能改变人类的历史。



说到这里,你可能要问为什么人类要发射这么多卫星到天上去,去探索太空呢?


对一小撮人来说,那就是所谓科学家的好奇心。


科学家的好奇心带领我们探索宇宙的奥秘


 我就是这一小撮中的一分子,我们本身对这个世界充满了好奇心。每个人或许对太空,黑夜、行星或多或少有一点好奇,而科学家与大众的唯一区别就是把这些问题反复追问。


我们把一个问题分成十个问题,再把十个问题拆分成一百个问题,对每一个问题的每一个细节做出实实在在的最理性的回答。很多科学家把这些回答整合起来,试图对这些问题进行最大程度的回答,这就是我们这一小拨人正在做的事情。

 

在我们长久地对太空的问题回答的过程中,由于好奇心和探索欲产生的知识积累,我们慢慢意识到:太空资源正在慢慢从遥不可及变得可以获得。这也是很多国家探索太空的意义所在。


伴随着天文学家研究的深入,我们正在一步一步地了解更多关于太空的细节知识。比如,像地球这样适于人类居住的行星,宇宙中还存在吗?什么样的环境使得这些行星有生命存在?其实这就对这些大而化之的科学问题的进一步拆分。


在现代天文学探索宇宙的过程中,人们也慢慢意识到:跟四百年前伽利略时代不同,我们现在早已不是一个人在家里面造一台望远镜往天上看的时代了,慢慢地,我们回答这些问题的成本也正在逐渐提高。举一个例子,我们知道今天宇宙不是静止的,而是加速膨胀的,这是完全颠覆人们以前认知的事实的。



在回答加速膨胀证据过程中,哈勃太空望远镜扮演了很重要的作用。1990年哈勃望远镜发射升空,到现在工作了29年,它的造价非常昂贵。后年要发射的詹姆斯韦伯太空望远镜也是NASA领衔的。在发射之前,这个新望远镜就已经花掉了一百亿美元。



发射这样一个望远镜,既找不到外星人在哪里,也不能回答宇宙怎么起源的,只能回答一些很细分的小问题。我们已经花费数百亿美元才能得到这些问题的一些可能的答案。但只有我们进一步突破这些瓶颈,得到更多的国家和社会资本的支持,科学家才可以满足人类的好奇心,进一步探索宇宙。

 

人类对宇宙的认知,每一个时代和每一个时代的人非常不一样。我们这个时代非常幸运,为什么幸运呢?几百年前人类认为:地球是宇宙的中心,所有东西都围绕着地球转。而今天,我们认识到了人类在宇宙面前的渺小,爱因斯坦有一句名言:宇宙中最不可理解的事情,就是宇宙是可以被理解的。今天,我非常自信地给大家讲述的宇宙历史,在20年前、50年前的科学家看来是完全不可想象的。

 

我们为什么关心外星人?

归根到底,是我们害怕孤独

 

就好比,大家为什么关心外星人,归根到底:我们害怕孤独,每个人害怕孤独,我们作为人类的群体,常往天上看,为什么没有别的类似的、高智慧的生命跟我们一样思考宇宙,也在寻找它的伙伴?对孤独的恐惧,是我们去寻找外星人的核心动力。


著名物理学家恩利克·费米在1950年提出了费米悖论:既然我们人类作为智慧生命仰望星空,应该也有其他的智慧生物也在做类似的事情。我们为什么还没有看到他们?为什么还没有跟他们接触?这是著名的费米悖论。



这个费米悖论跟我的研究有一点关系。我在这儿跟大家讲一个小故事:我几年前用费米望远镜发现一个新的结构,在此之前,大家曾经认为银河系是盘状的星系,而我发现:在银河系垂直于银盘(天文学术语,在旋涡星系中,由恒星、尘埃和气体组成的扁平盘)的两侧,有非常巨大的气泡状的结构。这是之前人类从来没有认识到的,只能通过伽马射线望远镜才可以发现的结构存在。



其实很久之前,英国有一个宗教,这个宗教说:外星人早早就在银河系点了一个蜡烛,这个蜡烛一直在烧,烧到最后的人类就灭绝了。所以他们看到这个图片以后,就说这是外星人做的,所以你会发现,每当天体物理学有一个新的发现,总是有人联系到外星人。公众与科学家对科学产生兴趣的结合点,就是地外文明的存在与否。

 

太空资源的商业价值

给地球文明打个分,你猜我们能得多少分?

 

外星人的文明究竟是怎么样的?文明的分为1.0、2.0、3.0。

 

把自己所在的行星所有的资源充分利用的话,这样的文明定义为文明1.0 ;不仅利用了所在行星的资源,而且把行星绕转的恒星的资源,也充分利用了的话,我们就将其定位为文明2.0 ;3.0可想而知,不仅把恒星,而且恒星所在星系的资源都利用起来,就是文明3.0。



我们地球文明在宇宙的标尺上仍处于初级文明的阶段。今天我们的文明大概抵达了哪里?大概在0.7,即地球能源还未充分利用起来。未来,我们将进入一个新的阶段,随着人类对太空科技进一步的提升,我们将跨越1.0这样一个状态。人类能不能往前走,很大程度上就取决于我们有没有办法,不仅把地球的资源利用起来,而且把太阳系的资源也充分利用了起来,这也是太空资源开采的一个重要意义。

 

外星考古、突破摄星,

在我们谈论这些计划时,我们在谈论什么?

 

在去年,人类发现了第一个太阳系外飞来的天体,有一些天文学家就提出:这可能是以前的智慧文明留下来的残骸,是外星人造的,总之不是天然的。



这其实是一个很有趣的例子。我们希望以后通过更多望远镜的观测实例来寻找更多的例子,接触到文明范围外的另一个文明的考古遗址现场。


最近20年来,天文学家们发现一件很有趣的事情,类似于地球的潜在宜居星球,经常性地出现在我们周围的恒星里面。在新的观测设备影响下,我们会经常地发生类似于这样的颠覆性认知改变,这是天文学研究的有趣之处。

 

霍金在他去年去世之前曾提出这样一个计划,“突破摄星计划”,也就是说,既然我们已经发现地球旁边的恒星系统里面有宜居星球,那么我们有办法到达那里吗?

 

这个潜在的星球离地球4光年多,现在以人类的最高的技术,可以把很小的一个探测器加速到0.2倍光速。也就是说,我们可以花20多年的时间飞到这个星球。

 

上天挖矿,人类将跨入多星球时代!

 

讲了这么多,我们回到今天正题——上天挖矿,开采太空资源是地球文明未来发展的新机遇。让我们跨过1.0的可能性,走向多星球的时代。

 

潜在的资源在哪里呢?除了月球、火星之外,很重要的一个资源就是小行星,小的天体各有不同,太阳系中的小天体大部分围绕火星和木星轨道运行,还有几万颗在地球的附近,天文学上称它们为近地小天体。这些小天体的开采难度,比月球还要容易。因此,这些天体逐渐成为下一个阶段重要发展的目标。



如图所示,这些天体长这样,看起来像大大小小的石块,还有一些陨石坑,跟月球的表面是类似的。


开采这些资源有什么用呢?

 

第一,是地球的需求,把稀有金属带回来,地球上的重金属在形成早期就已经沉在了地球的地心里。地面很少,我们做戒指用的铂金,从哪儿来的?其实就是几十亿年来,天体小行星撞到地球表面以后留下的残骸。

 

第二个,是太空探测的诉求,这些小天体里面有很多元素,还有水。那么以后人类在太空上生活的话,我们就不需要把水搬到天上去,只需要直接把行星的水开采出来。这些水在太阳能的作用下变成液氢、液氧,而这就是我们能源的主要来源,也是火箭发动机的主要来源。所以这就可以打开我们对太阳系深度探测的需要。

 

天空飞过1.7万亿美元,

我们就这样错过了这么大一笔财富!

 

2017年7月,一个重金属丰度很高的小行星掠过地球。这个小行星是个椭球体,它的大小是半公里乘一公里。当时的近地点距离仅仅是地月距离的6倍左右(240万公里),是非常近的掠过。地面和空间望远镜对它进行了连续的观测。



这个观测告诉我们:这颗小行星上的主要成分是铁、镍、钴、铂、水和其他重金属。上面的铂金大概有5.8万吨,比地球上已有的铂金储量都要高。如果按照市值的计算的话,大概价值1.7万亿美元,比2017年加拿大GDP的还多,确实是富可敌国。所以我们就这样眼睁睁地看着价值1.7万亿美元的小天体从天上飞过去。

 

我们现在人类是不是已经可以开采太空资源了呢?实际上已经开采了。日本人在这件事情上走得非常超前,2010年的时候,日本的隼鸟一号就已经完成小行星采样返回。去年,日本隼鸟二号和美国的研究飞船分别对两颗小行星进行了采集,以科研为主要的诉求,带回了一些样本以供科学分析。

 

其实,早在2009年,电影《阿凡达》中就为人类描绘了未来星际采矿的图景。这部电影的导演的詹姆斯·卡梅隆也在这部电影上映了之后投资了世界第一家商业小行星采矿的公司,叫行星资源公司。行星资源公司发布过这么一张想像图“什么叫太空采矿”。


 

美国高盛公司有一句话:小行星采购是未来的潜力领域。目前,太空采矿所面临的心理障碍,远远大过技术的障碍和资金的难关。大家一听天上的东西带回来很科幻,很不现实。但是因为巨大的资源价值与商业潜力。我们也应该尽早布局,尽快把这个技术实现。

 

国际上现在小行星采购公司有20多家,我们成立中国第一家小行星采购公司叫起源太空,各位有兴趣的话,欢迎随时跟我联系。


从地理大发现到宇宙新探索

 

其实我觉得今天这个时代非常幸运。400年前,欧洲人扬帆出海来到了东方,就是寻找黄金和香料。每一个时代的发展,其背后都是人类对资源的诉求。大航海时代在之后的几百年时间里,很大程度上决定了世界文明里各民族的命运与架构。



我们今天也将进入这样一个大航天的时代,太空资源的开发和利用,将在几十年,几百年,甚至更长的时间里,决定地球发展的进程。



最近有一部美剧《The Expanse》,中文名字叫《太空无垠》。这个美剧到今年是第四年了。它的剧情是这样的:2020年,小行星采矿已经实现了,人类文明的架构被彻底改变。地球也不再是人类的母星。人类文明已经占据了太阳系的各个角落,火星文明、地球文明和小行星文明已经成为文明的三大支柱。这部美剧所讲的故事,也就是在这些文明之间相互产生的故事。

 

大家可以想像,只要几十年、上百年的时间,我们人类的生存架构和社会架构将产生巨大的改变,而这些改变起因之一,正是来自于对太空资源的诉求。

 

作为一个天体物理学家,我想告诉大家,我们在每个时代观察到的、了解到的宇宙都完全不一样。宇宙中永远充满了惊喜,人类一直在反复经历这样的惊喜,但你永远不必为此感到不可思议,因为这就是宇宙。


我的演讲就到这里,谢谢大家。 


讲者简介

苏萌,哈佛大学天体物理学博士,今日头条科学创作者,头条号名为“上天挖矿”。苏萌博士的主要研究方向为宇宙起源与演化、高能天体物理学,是高能天体物理学最高奖 Rossi Prize 最年轻的获得者、银河系巨型气泡结构发现人。


制版编辑 | 皮皮鱼


参与讨论
0 条评论
评论
暂无评论内容
知识分子是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想。
订阅Newsletter

我们会定期将电子期刊发送到您的邮箱

GO