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鄭永春，博士，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)月球與深空探測(cè)研究部、中國(guó)科學(xué)院月球與深空探測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員。2000年起參與探月工程、深空探測(cè)等國(guó)家重大科技任務(wù)。主要研究領(lǐng)域?yàn)樾行堑刭|(zhì)與遙感。
首批香江學(xué)者計(jì)劃入選者，中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)首批入選者，中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)代表。先后獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)、我國(guó)首次月球探測(cè)工程有功人員獎(jiǎng)、探月工程嫦娥二號(hào)任務(wù)突出貢獻(xiàn)者獎(jiǎng)、香江學(xué)者獎(jiǎng)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)優(yōu)秀會(huì)員等。
好奇是創(chuàng)新的源泉
鄭永春
2015年08月06日
按：太空探索的本質(zhì)是鼓勵(lì)創(chuàng)新、鼓勵(lì)探索，使人類在認(rèn)識(shí)宇宙的過程中用科學(xué)武裝自己；探索太空的過程允許冒險(xiǎn)，允許失敗，讓人類的好奇心得到充分釋放。浩瀚的宇宙，壯麗的星空，讓人類的目光更加深邃，心靈更加寧靜，道德行為遵守規(guī)則，為人處世態(tài)度謙和。
好奇是人類創(chuàng)新的源泉。除了生存必需，我們?nèi)缃袼碛玫慕^大多數(shù)文明成果都源于人類的好奇心。地球已經(jīng)不可能有新的大陸供我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，也很難再有大規(guī)模的新物種產(chǎn)生。當(dāng)我們對(duì)地球和地球生物的了解與日俱增時(shí)，就會(huì)對(duì)他們的存在越來越熟視無睹，甚至認(rèn)為地球萬物本該如此，沒什么可奇怪的。就在我們對(duì)地球萬物產(chǎn)生審美疲勞，試圖把整個(gè)地球都數(shù)字化后存進(jìn)電腦的時(shí)候，宇宙為我們打開了一扇窗，讓我們?cè)僖淮握J(rèn)識(shí)到世界之廣渺和宇宙之無窮。
天文理論的產(chǎn)生無一不是以人類豐富的想象力為基礎(chǔ)，在理論推測(cè)的基礎(chǔ)上，逐漸被觀測(cè)到的天文事實(shí)所證實(shí)的。例如，宇宙始于大爆炸，是從一個(gè)質(zhì)量無限大、體積無限小的極緊密、極熾熱的奇點(diǎn)逐步膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài)的，宇宙現(xiàn)在仍在不斷膨脹；銀河系中可能有100萬個(gè)恒星級(jí)黑洞，但目前只找到了17個(gè)；在超強(qiáng)引力作用下，時(shí)空是可以彎曲的，借助于連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道——蟲洞，人類可以從一個(gè)時(shí)空穿越到另一個(gè)時(shí)空……宇宙之壯闊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人類的想象力。
對(duì)于宇宙，我們可以有無數(shù)的想象，但太空的奇特一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我們的想象。我們的宇宙有上千億個(gè)星系，每個(gè)星系都有上千億顆恒星，我們的太陽只是數(shù)千萬億億顆恒星中的一員。因此從概率分析，地外生命的存在是必然的。但人們想象中的地外生命或三頭六臂，或綠皮白發(fā)，總脫不了人的基本形狀。實(shí)際上，地外生命或許具有高度智慧，或許剛處于生命萌芽，但與人類同步進(jìn)化、具有相似智慧的可能性卻是最小的。一種可能是地外生命遠(yuǎn)比人類落后，還處于極為低端的生命狀態(tài)，如果不借助超級(jí)巨型望遠(yuǎn)鏡，他們根本無法知道我們的存在。地外生命和人類就像分別在太平洋和大西洋中的兩條小魚，它們之間碰面的概率近乎于零。另一種可能是地外生命比人類更為智慧和先進(jìn)，甚至控制著整個(gè)宇宙。既然他們有能力讓宇宙從大爆炸中誕生，也應(yīng)該有能力讓它毀滅。等到他準(zhǔn)備“關(guān)機(jī)走人”的那一刻，就是人類的末日，所以人類的未來與宇宙的命運(yùn)息息相關(guān)。
人類對(duì)太陽系的認(rèn)知就是在好奇心的驅(qū)使下不斷拓展的。中國(guó)和世界其他國(guó)家的古人很早就注意到天空中運(yùn)動(dòng)的天體，中國(guó)古代五行學(xué)說中的五行最早就是指水星、金星、火星、木星、土星這五個(gè)天體，這也是人類肉眼可見的五顆行星。行星（Planet）最早的定義源自古希臘，是指在星空中游蕩的天體，這是相對(duì)于位置固定不變的恒星而言的。在亞里士多德、托勒密的地心說時(shí)代，人類認(rèn)為有七顆行星，把每天東升西落的太陽和月亮也都視為行星，而地球是宇宙的中心。在哥白尼的日心說確立之后，人類根據(jù)行星的運(yùn)行規(guī)律認(rèn)識(shí)到他們并非繞地球運(yùn)行，而是繞太陽運(yùn)行。地球只是行星中普通的一員，并非宇宙中心，天空中的行星數(shù)量變?yōu)榱w。
天王星外是否還有行星呢？太陽系第八顆行星海王星的發(fā)現(xiàn)歸功于數(shù)學(xué)家的貢獻(xiàn)。天王星發(fā)現(xiàn)后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)其軌道存在擾動(dòng)，推測(cè)可能是未知天體的引力干擾著天王星的軌道。法國(guó)數(shù)學(xué)家勒維耶和英國(guó)數(shù)學(xué)家亞當(dāng)斯根據(jù)牛頓力學(xué)推算出了未知行星的軌道，而后的觀測(cè)終于發(fā)現(xiàn)了海王星。
那么，太陽系是否存在第九行星呢？上世紀(jì)初，美國(guó)天文學(xué)家羅威爾曾經(jīng)癡迷于尋找火星上的運(yùn)河和火星人，并捐資成立了私人天文臺(tái)，聘請(qǐng)科學(xué)家來尋找火星文明。但后來的證據(jù)卻表明火星運(yùn)河和火星人純屬虛構(gòu)。羅威爾一生堅(jiān)信海王星之外還存在一顆X行星，但直至去世也沒有找到這顆行星。然而，這種沒有功利目的好奇探索反而收獲頗豐。1930年，羅威爾天文臺(tái)招聘的農(nóng)家少年、年僅22歲的觀測(cè)助理湯博，通過在亞利桑那高原寒冷的觀測(cè)室里孜孜不倦的巡天觀測(cè)，終于里發(fā)現(xiàn)了冥王星。這是首次由歐洲大陸之外的天文臺(tái)工作人員發(fā)現(xiàn)太陽系內(nèi)的行星，這一發(fā)現(xiàn)成為世界科學(xué)中心從歐洲大陸向北美大陸遷移的重要事件。冥王星的發(fā)現(xiàn)一直被美國(guó)人津津樂道，引以自豪，甚至在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)被稱為“美國(guó)行星”。
柯伊柏帶之外是否還有新的行星？太陽系的盡頭在哪里？好奇心將驅(qū)使人類繼續(xù)拓展太陽系的認(rèn)知邊界。
好奇是人類的天性，探索未知世界是人類本能的行為。小鳥為什么喜歡歌唱？人為什么熱愛自然，喜歡旅行？這些都不是生存所必需的，卻是理所當(dāng)然的。因?yàn)樾▲B天生就喜歡歌唱，因?yàn)槿祟愄煨跃蜔釔厶剿?，這是興趣使然，好奇心使然。
本文原載2015年2月的《中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào)》科學(xué)與人文版。
修改后的版本載于華東理工大學(xué)道器微信公眾號(hào)。
聯(lián)系作者：zyc@nao.cas.cn
圖片來自網(wǎng)絡(luò)，僅供示意。
圖1 好奇是人類的天性
好奇是人類創(chuàng)新的源泉。除了生存必需，我們?nèi)缃袼碛玫慕^大多數(shù)文明成果都源于人類的好奇心。地球已經(jīng)不可能有新的大陸供我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，也很難再有大規(guī)模的新物種產(chǎn)生。當(dāng)我們對(duì)地球和地球生物的了解與日俱增時(shí)，就會(huì)對(duì)他們的存在越來越熟視無睹，甚至認(rèn)為地球萬物本該如此，沒什么可奇怪的。就在我們對(duì)地球萬物產(chǎn)生審美疲勞，試圖把整個(gè)地球都數(shù)字化后存進(jìn)電腦的時(shí)候，宇宙為我們打開了一扇窗，讓我們?cè)僖淮握J(rèn)識(shí)到世界之廣渺和宇宙之無窮。
天文理論的產(chǎn)生無一不是以人類豐富的想象力為基礎(chǔ)，在理論推測(cè)的基礎(chǔ)上，逐漸被觀測(cè)到的天文事實(shí)所證實(shí)的。例如，宇宙始于大爆炸，是從一個(gè)質(zhì)量無限大、體積無限小的極緊密、極熾熱的奇點(diǎn)逐步膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài)的，宇宙現(xiàn)在仍在不斷膨脹；銀河系中可能有100萬個(gè)恒星級(jí)黑洞，但目前只找到了17個(gè)；在超強(qiáng)引力作用下，時(shí)空是可以彎曲的，借助于連接兩個(gè)不同時(shí)空的狹窄隧道——蟲洞，人類可以從一個(gè)時(shí)空穿越到另一個(gè)時(shí)空……宇宙之壯闊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人類的想象力。
圖2？我們的宇宙創(chuàng)生于137億年前的一次大爆炸，一直膨脹至今。圖左的綠色橢圓表示宇宙微波背景輻射，是宇宙大爆炸之后留下的痕跡。1964年美國(guó)射電天文學(xué)家阿諾 彭齊亞斯和羅伯特 威爾遜因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2006年美國(guó)科學(xué)家約翰 馬瑟和喬治 斯穆特因發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
宇宙是一個(gè)天然的巨型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，以至于天文學(xué)研究需要一套專門的度量單位來描述數(shù)字之巨大。地球和太陽之間的平均距離約等于1.5億千米，被定義為一個(gè)天文單位；光年是天文學(xué)常見單位，光速為每秒30萬千米，1光年相當(dāng)于94605億千米；在銀河系中，太陽只是一個(gè)中等質(zhì)量的普通恒星，質(zhì)量為1.9891 1030千克，是地球質(zhì)量的33萬倍。太陽質(zhì)量是我們?cè)诿枋銎渌阈菚r(shí)常常用到的單位。
圖3 時(shí)空彎曲和時(shí)間隧道在宇宙中可能真實(shí)存在
天文事件的巨大能量釋放、超長(zhǎng)時(shí)間跨度、超大空間尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人類的認(rèn)知極限，使得在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬天文過程變得異常困難。因此，人類對(duì)太空的想象，很大程度上是以我們所認(rèn)識(shí)的地球上的事物為基礎(chǔ)的。例如，水是生命之源，生命的產(chǎn)生需要水、有機(jī)物和適宜的溫度。于是我們尋找地外生命，總是通過在宇宙中尋找有機(jī)物，尋找液態(tài)水，尋找位于恒星附近溫度適宜的“宜居帶”中的行星，特別是與地球大小相近的行星，來判斷是否可能存在生命；我們發(fā)現(xiàn)水在太陽系里其實(shí)非常豐富，在太陽系邊緣的冷庫中，儲(chǔ)存著數(shù)倍于太平洋的水量；我們?cè)谔栂?、銀河系中發(fā)現(xiàn)了嘌呤、核苷酸、氨基酸等許多復(fù)雜的有機(jī)物……遺憾的是，我們至今沒有發(fā)現(xiàn)任何的生命，哪怕是最低級(jí)的生命形式——單細(xì)胞。
圖4 火星上發(fā)現(xiàn)沉積巖，證明火星曾經(jīng)有過長(zhǎng)時(shí)間的大規(guī)模水體活動(dòng)
圖5 火星表面發(fā)現(xiàn)水流沖刷痕跡和湖泊遺跡
也許宇宙中的情形與我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)的事物截然不同，以地球的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)來探索宇宙或許是錯(cuò)誤的。也許地外生命的存在完全不需要水，他們可以喝著甲烷或其他液體；也許地外生命不是以碳鏈組裝的有機(jī)物，而以硅鏈組裝的；也許地外生命可以生活在極端的溫度和壓力下，人類所謂的宜居，只是因?yàn)槲覀冏陨磉m應(yīng)罷了。因此，在恒星周圍的宜居帶內(nèi)尋找生命可能并非有效途徑。對(duì)于宇宙，我們可以有無數(shù)的想象，但太空的奇特一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越我們的想象。我們的宇宙有上千億個(gè)星系，每個(gè)星系都有上千億顆恒星，我們的太陽只是數(shù)千萬億億顆恒星中的一員。因此從概率分析，地外生命的存在是必然的。但人們想象中的地外生命或三頭六臂，或綠皮白發(fā)，總脫不了人的基本形狀。實(shí)際上，地外生命或許具有高度智慧，或許剛處于生命萌芽，但與人類同步進(jìn)化、具有相似智慧的可能性卻是最小的。一種可能是地外生命遠(yuǎn)比人類落后，還處于極為低端的生命狀態(tài)，如果不借助超級(jí)巨型望遠(yuǎn)鏡，他們根本無法知道我們的存在。地外生命和人類就像分別在太平洋和大西洋中的兩條小魚，它們之間碰面的概率近乎于零。另一種可能是地外生命比人類更為智慧和先進(jìn)，甚至控制著整個(gè)宇宙。既然他們有能力讓宇宙從大爆炸中誕生，也應(yīng)該有能力讓它毀滅。等到他準(zhǔn)備“關(guān)機(jī)走人”的那一刻，就是人類的末日，所以人類的未來與宇宙的命運(yùn)息息相關(guān)。
人類對(duì)太陽系的認(rèn)知就是在好奇心的驅(qū)使下不斷拓展的。中國(guó)和世界其他國(guó)家的古人很早就注意到天空中運(yùn)動(dòng)的天體，中國(guó)古代五行學(xué)說中的五行最早就是指水星、金星、火星、木星、土星這五個(gè)天體，這也是人類肉眼可見的五顆行星。行星（Planet）最早的定義源自古希臘，是指在星空中游蕩的天體，這是相對(duì)于位置固定不變的恒星而言的。在亞里士多德、托勒密的地心說時(shí)代，人類認(rèn)為有七顆行星，把每天東升西落的太陽和月亮也都視為行星，而地球是宇宙的中心。在哥白尼的日心說確立之后，人類根據(jù)行星的運(yùn)行規(guī)律認(rèn)識(shí)到他們并非繞地球運(yùn)行，而是繞太陽運(yùn)行。地球只是行星中普通的一員，并非宇宙中心，天空中的行星數(shù)量變?yōu)榱w。
圖6 太陽系八大行星和月球。上面四顆是類地行星，具有巖石組成的固體表面；下面四顆是類木行星，是由氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)組成，沒有巖石組成的表面。
是否存在比土星更遠(yuǎn)的行星呢？這種好奇心驅(qū)使全世界的天文學(xué)家開始搜尋第七行星。1608年望遠(yuǎn)鏡發(fā)明后，業(yè)余天文學(xué)家威廉 赫歇爾（W．Hersche）致力于磨制更高放大倍數(shù)的望遠(yuǎn)鏡，他制造的望遠(yuǎn)鏡比英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)的專業(yè)望遠(yuǎn)鏡性能更優(yōu)。1781年，赫歇爾利用望遠(yuǎn)鏡開展系統(tǒng)搜尋，最終發(fā)現(xiàn)了天王星，成為利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)行星的第一人。天王星外是否還有行星呢？太陽系第八顆行星海王星的發(fā)現(xiàn)歸功于數(shù)學(xué)家的貢獻(xiàn)。天王星發(fā)現(xiàn)后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)其軌道存在擾動(dòng)，推測(cè)可能是未知天體的引力干擾著天王星的軌道。法國(guó)數(shù)學(xué)家勒維耶和英國(guó)數(shù)學(xué)家亞當(dāng)斯根據(jù)牛頓力學(xué)推算出了未知行星的軌道，而后的觀測(cè)終于發(fā)現(xiàn)了海王星。
那么，太陽系是否存在第九行星呢？上世紀(jì)初，美國(guó)天文學(xué)家羅威爾曾經(jīng)癡迷于尋找火星上的運(yùn)河和火星人，并捐資成立了私人天文臺(tái)，聘請(qǐng)科學(xué)家來尋找火星文明。但后來的證據(jù)卻表明火星運(yùn)河和火星人純屬虛構(gòu)。羅威爾一生堅(jiān)信海王星之外還存在一顆X行星，但直至去世也沒有找到這顆行星。然而，這種沒有功利目的好奇探索反而收獲頗豐。1930年，羅威爾天文臺(tái)招聘的農(nóng)家少年、年僅22歲的觀測(cè)助理湯博，通過在亞利桑那高原寒冷的觀測(cè)室里孜孜不倦的巡天觀測(cè)，終于里發(fā)現(xiàn)了冥王星。這是首次由歐洲大陸之外的天文臺(tái)工作人員發(fā)現(xiàn)太陽系內(nèi)的行星，這一發(fā)現(xiàn)成為世界科學(xué)中心從歐洲大陸向北美大陸遷移的重要事件。冥王星的發(fā)現(xiàn)一直被美國(guó)人津津樂道，引以自豪，甚至在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)被稱為“美國(guó)行星”。
圖7 海王星軌道以外的太陽系空間有一個(gè)由冰凍天體組成的柯伊伯帶，冥王星是柯伊伯帶的最大天體?？乱敛畮б酝膺€有長(zhǎng)周期彗星的發(fā)源地奧爾特云，太陽系遠(yuǎn)比我們已經(jīng)了解的要豐富得多。
冥王星之外是空空蕩蕩的嗎？好奇心驅(qū)使美國(guó)麻省理工學(xué)院的大衛(wèi).朱維特和研究生劉麗杏，繼續(xù)搜尋冥王星之外的太陽系空間。經(jīng)過五年的艱苦搜尋，終于在1992年發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)柯伊柏帶天體“1992 QB1”，成為一系列太陽系新發(fā)現(xiàn)的開端。由于在冥王星附近發(fā)現(xiàn)了比它更大的天體，直接挑戰(zhàn)了冥王星保持半個(gè)多世紀(jì)的行星地位，并導(dǎo)致冥王星在2006年被降級(jí)為矮行星。然而，冥王星卻從最具爭(zhēng)議的行星，搖身變成了太陽系柯伊柏帶數(shù)以萬計(jì)冰凍天體的“領(lǐng)頭羊”。柯伊柏帶之外是否還有新的行星？太陽系的盡頭在哪里？好奇心將驅(qū)使人類繼續(xù)拓展太陽系的認(rèn)知邊界。
好奇是人類的天性，探索未知世界是人類本能的行為。小鳥為什么喜歡歌唱？人為什么熱愛自然，喜歡旅行？這些都不是生存所必需的，卻是理所當(dāng)然的。因?yàn)樾▲B天生就喜歡歌唱，因?yàn)槿祟愄煨跃蜔釔厶剿?，這是興趣使然，好奇心使然。
本文原載2015年2月的《中國(guó)社會(huì)科學(xué)報(bào)》科學(xué)與人文版。
修改后的版本載于華東理工大學(xué)道器微信公眾號(hào)。
聯(lián)系作者：zyc@nao.cas.cn
圖片來自網(wǎng)絡(luò)，僅供示意。