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今天的中國面臨醫(yī)療、教育、住房等民生項目，需要大量經(jīng)費，為什么還要花錢去探索月球、火星和太陽系？
太陽系探索是全人類共同的事業(yè)，這一事業(yè)關(guān)乎人類未來的命運，關(guān)乎國家和民族的未來。
好奇，遂上下而求索
好奇是創(chuàng)新的源泉，探索未知世界是人類的天性。太空探索的本質(zhì)是鼓勵創(chuàng)新和探索，浩瀚的宇宙，壯麗的星空，讓人類的好奇心得到充分釋放。
從空間上講，宇宙無邊無際，即使小到太陽系，其半徑也達10萬～15萬個天文單位，是一個非常廣闊、非常巨大的空間。從太空中回望地球，我們發(fā)現(xiàn)，相比宇宙、太陽系而言，地球只是茫茫宇宙中一個暗淡的藍色圓點，一個非常小的、毫不起眼的地方。
從時間上講，宇宙的年齡為137億年，太陽系的年齡為46億年，都經(jīng)歷了非常漫長、極其復雜的演化歷史。相比之下，人類在地球上的歷史只有200萬年，人類文明的歷史只有短短5000年，工業(yè)革命至今只有數(shù)百年，而人的一生只有短短的幾十年，相對于宇宙和太陽系的歷史而言可謂白駒過隙。
人類數(shù)千年來只能用肉眼觀察星空，借助望遠鏡觀測宇宙的歷史只有400年，利用航天器開展太空探索的時間僅有半個多世紀，人類迄今為止對宇宙的認識仍然非常有限。無論我們多么努力地探索和求知，面對廣闊而巨大的宇宙，我們始終是那么的無知。因此，人類探索太陽系的第一個原動力來自探索未知世界和未知領(lǐng)域的沖動，我們渴望了解地球以外的世界，希望探訪太陽系中的各類天體，這一過程顯著推動了基礎(chǔ)科學的進步。
探索，促技術(shù)之進步
探索太陽系使人類的技術(shù)能力得到了顯著提升。太陽系探索面對的是未知的天體目標、特殊的天體環(huán)境，從地球出發(fā)，要歷經(jīng)長期飛行，才能實現(xiàn)對這些天體的飛越、環(huán)繞、著陸和表面巡視探測，這一過程幾乎逼近人類航天技術(shù)能力的極限，一旦實現(xiàn)，將意味著航天技術(shù)得到了顯著提升。
探索太陽系的起源和演化是人類開展太陽系探測的終極目標，日益增長的科學需求是牽引航天技術(shù)跨越式發(fā)展的主要動力。太陽系不同類型天體的環(huán)境往往與地球環(huán)境存在很大差異，需要采用創(chuàng)新技術(shù)才能適應這些環(huán)境。例如，木星以遠的行星探測需要穿越小行星帶，奔赴探測目標需要先從其他行星附近飛越以實現(xiàn)借力飛行;小行星帶以遠的太陽系探測，由于太陽輻射微弱，太陽能電池板已無法滿足需求，必須開發(fā)太空核能技術(shù)以供應探測器所需的能源，由于距離遙遠又對航天器的軌道設(shè)計、測控通信、數(shù)據(jù)傳輸和能源供應提出了更高的要求;金星表面大氣壓約為地球的90倍，降的是強腐蝕性的酸雨，登陸探測難度極大，采用浮空氣球是探測金星的可能途徑，但這一技術(shù)在行星探測中還沒有任何成功先例;彗星和小行星的直徑一般只有數(shù)千米至數(shù)十千米，結(jié)構(gòu)松散，體積和重量較小，探測器無法被其引力捕獲，如何才能實現(xiàn)對這種“不合作”天體的環(huán)繞伴飛和表面附著，又能避免撞擊，這對航天器的控制精度提出了很高的要求。
隨著對太陽系天體的了解不斷深入，針對新提出的科學問題，探測任務早已不再局限于拍一些照片，探測需求變得十分多樣化。例如，為了精確測定天體表面的磁場強度，需要將測量磁場的探頭從艙內(nèi)向外伸出10米以上，以避免金屬制造的航天器艙體對磁場測量產(chǎn)生干擾和屏蔽。而航天器發(fā)射時都是緊密包裹在一起的，如何實現(xiàn)太空伸桿又是一個新的命題。由于天體表面的巖石長期暴露在太空中，受到了風化，行星地質(zhì)學家們非常希望像在地球上進行野外調(diào)查那樣，敲開行星表面的石塊，通過放大鏡觀察巖石的新鮮斷面，以研究行星的形成和演化過程，為實現(xiàn)這一功能，需要行星表面探測器的機械臂具備敲擊、研磨、鉆孔和顯微成像的能力。
太陽系探測需要優(yōu)化的軌道設(shè)計，新的測控體制、激光通信和數(shù)傳技術(shù)，小型化的太空核能反應堆，以及多功能、輕小型、長壽命的科學探測設(shè)備等，這些探測需求直接推動了航天技術(shù)的跨越式發(fā)展，牽引人類的知識、能力、技術(shù)取得新的進展。因此，太空探索是人類社會文明進步的動力源泉。
尋“寶”，緩環(huán)境之重壓
為緩解人類對地球資源和環(huán)境的焦慮，我們應該在太陽系中尋找另一個家園。隨著人口數(shù)量的增長，石油、天然氣、金屬礦產(chǎn)等地球資源將逐漸枯竭，難以承受我們?nèi)找嬖鲩L的需求。隨著生活水平的提高，人均資源消耗量和污染排放量也快速增加，人類面臨巨大的環(huán)境壓力。
然而，地球環(huán)境的容量是有限的，不會允許我們這么折騰，一旦突破環(huán)境容量的閾值，人類將受到大自然的報復。我們已經(jīng)看到，由于人口過多，生存的競爭讓許多人變得只顧眼前，我們無暇看看壯麗的星空，無法思考關(guān)系人類未來的深遠問題。擠公交、闖紅燈、搶電梯、撈實惠，我們爭先恐后，唯恐慢了半步;面對弱者和不幸，我們沒有及時伸出援手;有的人在公共場所亂涂亂畫，大聲喧嘩，完全不顧及他人感受;有的人在萬米高空大打出手，全然不顧在飛上高空的瞬間航班上的所有人就已成為命運的共同體;我們只看重眼前的物質(zhì)財富，只看重對我們“有用”的東西，我們對周圍事物的容忍度越來越低。
由于星際飛行理論還沒有實質(zhì)性突破，人類的探索范圍在相當長的時期內(nèi)將局限在太陽系內(nèi)。因此，太陽系探索的一個重要目的是在太陽系中尋找人類的另一個家園。雖然我們尚不具備向那里移居或?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模移民的能力，但一定要先找到這樣的行星，了解它們的環(huán)境，研究開發(fā)利用之道。從長遠看，當未來航天技術(shù)高度發(fā)達，星際運輸成本大幅下降的時候，現(xiàn)在的月球、火星、木衛(wèi)二、土衛(wèi)六將成為太陽系中人類定居的一個個“島嶼”，而地球是這些島民共同的故鄉(xiāng)。
災難，宜未雨而綢繆
地球和人類面臨的重大天文災難是太陽系探索的另一個主要動力?？v觀地球歷史，人類將面臨超級太陽爆發(fā)、小天體撞擊地球、地球磁極倒轉(zhuǎn)、伽瑪暴和高能射線爆發(fā)、超新星爆發(fā)、外星生命攻擊等不同類型的重大天文災難。其中，小天體撞擊地球是危險等級最高的天文災難，時刻威脅著地球和人類的可持續(xù)發(fā)展，需要全世界科學界共同應對。根據(jù)太陽系探測的結(jié)果，我們在月球、水星、火星、行星的衛(wèi)星、小行星等天體的表面都發(fā)現(xiàn)了密密麻麻的撞擊坑，這正說明地球也曾經(jīng)遭受過大規(guī)模的、頻繁的小天體撞擊。目前全世界已經(jīng)確認的地球上的撞擊坑已經(jīng)將近200個，未發(fā)現(xiàn)和未確認的撞擊坑更多。小天體撞擊曾經(jīng)導致地球環(huán)境的劇烈變化和大規(guī)模生物滅絕。6500萬年前有一顆小行星撞擊地球，撞擊地點可能在現(xiàn)在的墨西哥灣。這次撞擊激起的大量塵埃進入地球大氣對流層之上的平流層，擋住了太陽光，導致全球海洋凍結(jié)，極地冰蓋擴大，地球表面氣溫驟降，氣候環(huán)境發(fā)生劇烈變化，大約80%的生物種類滅絕，曾經(jīng)獨霸地球的恐龍從此消失。離我們較近的小天體撞擊發(fā)生在1908年，俄羅斯西伯利亞的通古斯地區(qū)遭受了小天體撞擊，引起數(shù)千平方千米的森林大火，大量動植物遭受生態(tài)災難。
最近的例子發(fā)生在2013年2月15日，恰逢中國闔家團圓的農(nóng)歷春節(jié)，人們通過電視鏡頭目睹了發(fā)生在俄羅斯西伯利亞的車里亞賓斯克的小天體撞擊事件。伴隨著一道白光劃過天際，幾聲巨響之后，一個小天體穿過大氣層撞擊地表。孩子們上學的教室和工廠廠房被破壞，造成大約1500人受傷和7200座建筑物損毀。后來的研究發(fā)現(xiàn)，這個小天體只是一個非常小的小行星碎片，進入地球大氣層之前的直徑僅為18米左右。如果是直徑為千米級的小行星撞擊地球，則完全可以摧毀一座城市，引發(fā)大規(guī)模的自然災難。
地球和人類社會時刻面臨著這些毀滅性的重大天文災難。為應對小天體撞擊災難，我們首先需要監(jiān)測這些對地球具有潛在威脅的小天體，精確測定他們的軌道，預測和預報小天體撞擊地球的可能性。其次需要開發(fā)新一代航天技術(shù)，改變這些具有潛在威脅的小天體的運行軌道，規(guī)避其撞擊地球的風險。
尋找移民新居所
人類一直有一個夢想：飛出地球，在太空中找到第二個“地球”——一個新的人類家園。新家園探索的第一步是太陽系探索，特別是在目前地球人口快速增長，資源消耗驚人，環(huán)境破壞嚴重的情況下，人類更有必要加快太陽系探索的腳步。
環(huán)顧整個太陽系可以發(fā)現(xiàn)，火星其實是人類移居的最理想場所，也理所當然地成為世界各國太陽系探索的戰(zhàn)略焦點。目前，火星探測已經(jīng)從早期的全球普查，逐漸聚焦到對重點地區(qū)開展精細探測;從火星找水逐步轉(zhuǎn)到尋找生命信息?；鹦巧弦呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了大量三角洲、沖擊扇、溝渠等流水侵蝕地貌;一些盆地中的鹽類物質(zhì)與中國柴達木盆地中的干涸鹽湖十分相似，說明火星上曾經(jīng)發(fā)育過大型湖泊。2007年發(fā)射的鳳凰號著陸器直接探測到了火星土壤中的水蒸氣。這些證據(jù)表明火星表層土壤或許就像青藏高原的凍土層一樣，仍然含有水?？茖W界越來越清晰地認識到，火星是人類面臨重大災難時最有可能移居的避險地。
火星上有水已經(jīng)得到確證，那么火星是否適合生命生存呢？生命科學的研究發(fā)現(xiàn)，生命可以在很多極端環(huán)境和極限條件下生存。細菌和孢子可以在非常寒冷、干燥、隔絕空氣的環(huán)境下休眠數(shù)百萬年，在環(huán)境條件適宜時重新獲得新生?？茖W家在地球上模擬火星上的輻射、磁場、晝夜溫差等環(huán)境條件，結(jié)果表明1萬個被測試的樣品中有6個桿菌屬的細菌在30天的試驗后仍然存活，證明微生物可以在火星上長期存活。這一實驗驗證了人類改造火星的一種可能，即把低等微生物作為先鋒生物釋放到火星表面，通過這些作為先鋒隊的低等生物吸收二氧化碳，釋放氧氣，逐步改造火星環(huán)境，最終使之適合人類生存。
需要特別說明的是，我們目前已知的任何一個地外天體上的環(huán)境，對人類而言都是非常嚴酷的。新聞報道中宣稱的宜居星球、第二個地球、超級地球等新潮概念，僅僅是這些星球的某些環(huán)境條件與地球相似，但整體上仍然與地球環(huán)境相差甚遠。因此，地球是人類唯一的家園，也是最好的家園。一旦離開地球，我們可能找不到比地球更好的、適宜人類生存的環(huán)境。
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