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人類探索星空，既可以發(fā)送飛船到太陽系的各個星球附近，開展詳細考察，也可以利用地面望遠鏡和太空望遠鏡，觀測宇宙中的奇異現(xiàn)象。前者屬于深空探測，與航天技術(shù)的能力和水平密切相關(guān)，但由于人類航天器還沒有能力飛出太陽系，所以只限于太陽系內(nèi)的天體。后者屬于天文觀測，與望遠鏡的研制能力和技術(shù)有關(guān)，觀測對象主要集中在太陽系外的宇宙空間。

歲末年終，除了感嘆歲月匆匆之外，盤點 2018年人類探索太空所取得的成就，又不能不為之自豪。

在宇宙中，一個黯淡如塵埃般的星球，有一群脆弱如螻蟻的物種，時常仰望星空，追索天問：我們?yōu)槭裁丛谶@里？我們從何而來？我們將走向何方？每一年，我們對這些問題的認識都會更深一步，走向太空的步伐也會更加堅定。

在人類探索太空進程中，中國人在很長時間里只能擔當看客角色，但如今，這個舞臺上有了越來越多中國智慧和中國成就。

2018年，最令人感到自豪的是，中國人在太空中開拓出一片新疆界——月球背面。

2018 年 12 月 8 日，“嫦娥四號”探測器成功發(fā)射。12月 12日，“嫦娥四號”在月球附近成功剎車，進入環(huán)繞月球運轉(zhuǎn)的軌道。在經(jīng)歷了“嫦娥一號”“嫦娥二號”“嫦娥三號”任務(wù)的實踐鍛煉之后，這些動作已經(jīng)駕輕就熟。

在“嫦娥四號”奔赴月球之前，2018年 5月 21日發(fā)射的“鵲橋”衛(wèi)星就已經(jīng)等在那里，為“嫦娥四號”與地球之間的聯(lián)系提供中繼通信。在經(jīng)歷一系列軌道調(diào)整之后，“嫦娥四號”于 2019年 1月 3日 10∶26，成功著陸在月球背面 177.6°E、45.5°S 附近的預(yù)選著陸區(qū)。著陸點位于南極艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑。隨后，月球車從著陸器駛下，科學儀器開始工作，以著陸器和月球車（也叫巡視器）的兩器互拍為標志，“嫦娥四號”任務(wù)取得圓滿成功。通過“鵲橋”中繼星傳回的世界第 1批月球背面近距離探測數(shù)據(jù)，正在揭開古老月背的神秘面紗。

月球上有 3大地質(zhì)體，其中兩個已經(jīng)被人類航天器實地探測過，只有位于月球背面的南極艾特肯地體由于著陸難度大之前一直沒有被實地探測過?，F(xiàn)在，這個地體的首次巡視已經(jīng)由中國的航天器實現(xiàn)了。接下來的兩年內(nèi)，中國將從月球采集巖石和土壤樣品并返回地球。在探月工程“繞、落、回”三步走的目標實現(xiàn)之后，建立月球科考站，實現(xiàn)載人登月的目標已然立在前方。

在美國，2018年 9月，馬斯克旗下的太空探索技術(shù)公司——SpaceX在官方網(wǎng)站上高調(diào)宣布，第 1位私人太空旅游的游客已經(jīng)與他們簽約，將乘坐大型獵鷹火箭實現(xiàn)繞月飛行。這位將要進行私人繞月的游客，是日本的藝術(shù)品收藏家、網(wǎng)絡(luò)電商創(chuàng)始人、日本富豪榜排名第 14位的前沢友作。雖然這次繞月旅游的票價沒有透露，但據(jù)估計，這個“旅游團”的集體票價大約為 1.5 億美元。

前沢友作將與 8位不同領(lǐng)域的藝術(shù)家一起同行，包括畫家、雕塑家、攝影師、音樂制作人、電影導(dǎo)演、時裝設(shè)計師、建筑師等。在宣布繞月旅游消息的同時，名為“親愛的月亮”（dear moon）的藝術(shù)項目也已經(jīng)同步啟動。這讓人聯(lián)想到谷歌在 10年前宣布啟動的太空競賽“月球X大獎”，只要有人能將航天器送到月球表面，行駛超過 500 m，并將高清圖像和視頻傳回地球，就能獲得高達 2000萬美元的獎金。但時至今日，依然沒有任何團隊在最后期限內(nèi)實現(xiàn)機器人登月。

作為離地球最近的自然天體，月球的空間位置十分重要，既可以回望地球，又可以借此走向深空。2019年是人類首次登月 50周年的重要時刻，相信會有大規(guī)模的紀念活動。在政府層面，美國總統(tǒng)特朗普對人類重返月球情有獨鐘。2017年底，他簽署了《太空政策 1號指示》，表示美國正在制定方案，將派航天員重返月球，并在那里起步，最終實現(xiàn)載人登陸火星。歐洲空間局也有自己的月球村計劃，他們邀請中國參與合作——計劃在 2030年把人類送上月球，并采用3D打印技術(shù)來建設(shè)月球永久基地。

北京時間 2018 年 11 月 27 日 4∶00 左右，“洞察號”著陸器成功登陸火星。這是繼 2012年“好奇號”火星車登陸火星以來，人類航天器又一次成功登陸火星。之前著陸火星的航天器，主要是為了考察火星表面的地形地貌和物質(zhì)成分，但“洞察號”的使命與它們不同。正如它的名字一樣，“洞察號”的主要目的，是為了探測火星內(nèi)部。為此，它配備了地震儀和熱流探測儀，專門探測火星內(nèi)部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量。

最近 10來年，人類對火星的探索一直秉持“追蹤水的痕跡”，并把它作為最高戰(zhàn)略加以推進。這一戰(zhàn)略取得巨大成功，不僅在火星上找到了大量水流作用留下的三角洲、沖擊扇、干涸的湖泊，甚至還有曾經(jīng)的小溪流、鵝卵石等證據(jù)。在火星的一些特定地區(qū)還發(fā)現(xiàn)了新近形成的沖溝、峭壁上露出的冰層以及隱藏在極地冰蓋下的液態(tài)水湖。

自然而然地，火星探測的目標正在從尋找水源逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ疑?。然而，火星上至今沒有發(fā)現(xiàn)任何生命痕跡。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的火星土壤是有毒的，并且紫外線很強，環(huán)境嚴酷，不適合生命的繁衍，但地底下是否會適合生命繁衍？現(xiàn)在的火星上沒有生命，但遠古時的火星上是否誕生過生命呢？退一步講，即便火星上沒有誕生過生命，那是否曾經(jīng)有過適宜生命生存的環(huán)境呢？這是當前火星探索最重要的主題。不管怎樣，在找到生命之前，先要探索火星上過去或現(xiàn)在的環(huán)境是否適合生命生存。

2012年登陸火星、2018年消除故障重新啟動工作的“好奇號”是一輛火星車，它的真名是火星科學實驗室，實際上是一個移動的巖礦化學實驗室?！昂闷嫣枴迸鋫淞?/span> 3臺照相機、4臺光譜儀、2臺輻射探測儀以及 1臺環(huán)境探測儀，既可以播報火星上的每日氣象，又可以進行鉆探取樣分析，自動完成地球上巖礦實驗室可以完成的大部分分析測試任務(wù)，目的是探測著陸點蓋爾環(huán)形山的水環(huán)境，分析細顆粒物質(zhì)的揮發(fā)性成分和有機物成分，分析沉積巖的化學和其他巖石的礦物組成等。

如今，“好奇號”在火星巖石樣品中發(fā)現(xiàn)了水合礦物，證明在距今 33億~38億年前，火星上曾經(jīng)長期擁有海洋、河流和湖泊。當加熱沉積物時，從釋放的物質(zhì)中檢測到一氧化氮，而如果氮元素以這種方式存在，說明一氧化氮可能是硝酸鹽分解產(chǎn)生的。2018年 6月，加州理工大學的研究團隊，在分析形成于 35億年前的細粒沉積巖時，發(fā)現(xiàn)了 3種不同的有機分子，證明這一地區(qū)在遠古時可能是一個湖泊。

在“好奇號”火星車上，有一個機械臂，機械臂的末端攜帶了 1枚鉆頭，可以對火星巖石進行鉆探，2013年實現(xiàn)了有史以來機器人在火星上的首次采樣。利用“好奇號”火星車攜帶的科學儀器，對巖石樣品進行分析的結(jié)果顯示，巖石樣品中含有硫、氮、氫、氧、磷、碳等與生命相關(guān)的元素，說明在環(huán)境適宜的情況下，火星是有可能發(fā)育出生命的。

結(jié)合兩方面的證據(jù)，就會發(fā)現(xiàn)新的問題：火星上至今沒有發(fā)現(xiàn)生命，究竟是因為適宜生命繁衍的氣候持續(xù)時間不夠長、生命來不及誕生，還是曾經(jīng)發(fā)育過初等生命，但現(xiàn)在這些曾經(jīng)的生命痕跡已經(jīng)消失了呢？這一問題依然在探索。

系外行星是天文和天體物理研究的重點，從 2013年起就一直位居這一領(lǐng)域的十大前沿熱點。雖然早在1855年，就有天文學家宣稱發(fā)現(xiàn)了系外行星，但直到 20世紀 90 年代，尋找系外行星的努力仍然一無所獲。1995 年，日內(nèi)瓦大學的 Mayor 和 Queloz 采用視向速度法，發(fā)現(xiàn)了圍繞主序恒星、質(zhì)量與木星相似的第 1顆系外行星——“飛馬座 51b”（51 Pegasi b），開啟了系外行星研究的序幕。

近 20年來，利用視向速度法、凌星法、微引力透鏡法、直接成像法等已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約3800顆系外行星，還有幾千顆候選系外行星有待確認。其中，大部分系外行星是 2009年發(fā)射的“開普勒”太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的，“開普勒”望遠鏡耗資約 6億美元，是世界上首個專門用于搜尋系外行星的航天器，借助高精度的測光能力，它對天鵝座和天琴座約 10萬個恒星系統(tǒng)進行了搜尋，獲得了最像地球的系外行星、最像太陽系的恒星系統(tǒng)等一系列重大發(fā)現(xiàn)，使系外行星研究進入新時代。

2018年 4月 19日，“泰絲”望遠鏡發(fā)射升空，這架耗資約 3.37億美元的太空望遠鏡，成為“開普勒”望遠鏡的接班人。“泰絲”搭載了 4臺寬視場相機，將覆蓋全天85%的視場，在為期 2年的任務(wù)期內(nèi)，將逐一測繪南、北天球的各個天區(qū)，主要搜尋 30~300 光年內(nèi)的系外行星。由于這些目標與我們距離較近，科學家有望采用光譜學方法，測定系外行星的質(zhì)量、密度和大氣成分等。相比“開普勒”，“泰絲”發(fā)現(xiàn)系外行星的能力有更大提升。

未來，隨著一系列以搜尋系外行星為目標的“利器”陸續(xù)發(fā)射和投入運行，預(yù)計系外行星將持續(xù)成為天文領(lǐng)域最受關(guān)注的研究主題之一。然而，中國科學界還沒有對這一方向給予足夠重視，僅有零散研究，缺少整體布局，國內(nèi)外差距正在逐步擴大。

探索宇宙的前沿熱點，可以精煉地概括為“一黑兩暗三起源”：一黑指黑洞，兩暗指暗物質(zhì)和暗能量，三起源指宇宙的起源、天體的起源與生命的起源。

2016年，人類首次直接探測到引力波，媒體將其形容為兩個黑洞并合時產(chǎn)生的宇宙“漣漪”；2017年，人類首次探測到兩顆中子星并合產(chǎn)生的引力波。這兩項成果證實了愛因斯坦廣義相對論的最后一項預(yù)言，開啟了引力波天文學的新時代。2017年度諾貝爾物理學獎授予激光干涉引力波天文臺（LIGO）合作組的 3位科學家，是對人類探測到引力波這一重要成就的認可。

作為引力波探測的后起之秀，中國科學家開始努力進行后發(fā)趕超。中國科學院高能物理研究所在西藏牽頭實施阿里原初引力波探測計劃，將在阿里地區(qū)海拔 5250 m的高原上建設(shè)探測宇宙微波背景輻射的偏振望遠鏡，對北半球天區(qū)導(dǎo)致極早期時空量子漲落的原初引力波進行精確測量。

地面已有布局，太空也不能落后。在太空中探測引力波雖然技術(shù)難度大，卻可以消除地面噪聲的干擾。中國目前有 2項這方面的計劃正在推進：一項是太極計劃，由中國科學院牽頭，計劃在 2033年左右將 3顆衛(wèi)星組成的探測星組發(fā)射到太空，形成一個邊長約為300萬 km的正三角形;另一項是天琴計劃，由中山大學牽頭，同樣由 3顆衛(wèi)星組成，但探測手段不同。2018年，天琴計劃的地面模擬裝置已經(jīng)正式立項，總投資超過10億元。

在人類首次探測到引力波之后，國內(nèi)外都在推動建設(shè)探測引力波的新的大科學裝置，希望這些裝置之間能夠各有側(cè)重、優(yōu)勢互補，避免不必要的重復(fù)和浪費；同時，應(yīng)重點關(guān)注產(chǎn)生引力波的源頭，如黑洞并合、中子星并合等天文過程，進行地面觀測和模擬。

現(xiàn)代天文研究一個很重要的特點是，強烈依賴大型、精密、昂貴的儀器裝備，大量的研究成果與高精尖的觀測設(shè)備之間存在高度的相關(guān)性。其實不僅是天文，其他科研領(lǐng)域也大都如此。

在研究宇宙起源和天體演化的過程中，高能宇宙線、中微子和伽馬射線，都扮演著信使角色，通過它們，可以了解動蕩的宇宙正在發(fā)生什么。中微子反映出宇宙中發(fā)生的復(fù)雜過程，宇宙線顯示劇烈活動的強度和速度，而高能伽馬射線則用于標記中微子和宇宙線的來源。

南極的“冰立方”中微子天文臺和“費米”伽馬射線太空望遠鏡是研究高能中微子和伽馬射線的主要設(shè)備?！氨⒎健蔽挥谀蠘O冰原 2.4 km深的冰層之下，是全球最大的中微子望遠鏡，主要探測穿過地球表面的中微子。有了“冰立方”這樣的設(shè)備，才能獲得中微子探測數(shù)據(jù)。2013年，科學家宣布“冰立方”首次捕捉到太陽系外的高能中微子；2016年，又首次探測到起源于銀河系之外的高能中微子；2017年，它再次捕捉到 1個高能中微子。

這些中微子來自哪里呢？這就需要“費米”伽馬射線望遠鏡的支持了?！百M米”的主要任務(wù)是持續(xù)監(jiān)測整個天空中的伽馬射線，有了“費米”這樣的設(shè)備才能獲得伽馬射線數(shù)據(jù)。伽馬射線的探測數(shù)據(jù)與高能中微子的探測數(shù)據(jù)之間可以進行對比研究，以揭示宇宙的奧秘。2018年 7月，科學家利用“費米”的探測結(jié)果證實，“冰立方”發(fā)現(xiàn)的高能中微子來源于一個遙遠星系中的超大質(zhì)量黑洞，這是人類首次確定極高能中微子的來源。

就像人類診斷疾病需要借助驗血、B超、CT等多種檢查手段一樣，如今很多的天文發(fā)現(xiàn)都要用多種手段進行診斷，才能揭示它們背后的物理機制，這意味著多信使天文學越來越重要。

1989 年發(fā) 射 的 宇 宙 背 景 探 測 者（cosmic background explorer，COBE）衛(wèi)星首次證實，宇宙微波背景輻射水平的變化非常精確地符合溫度為 2.73 K的黑體輻射譜，表明當今宇宙起源于一個高溫高密度的極早期態(tài)。2006年，這一成果獲得了諾貝爾物理學獎。

2001 年發(fā)射的“威爾金森”微波各向異性探測器（wilkinson microwave anisotropy probe，WMAP）更加精確地測量了宇宙微波背景在各個方向上的溫度漲落，對限制宇宙學組分起到關(guān)鍵作用，確立了標準宇宙學模型及其各個組分的組成，使人類進入精確宇宙學的年代。

2009年發(fā)射的“普朗克”探測器，是第 3代宇宙微波背景觀測衛(wèi)星，從紅外到微波，高精度觀測宇宙微波背景溫度的漲落和各向異性。通過一以貫之的持續(xù)努力，人類對宇宙微波背景的認識提高到了新層次，這些研究成果對標準宇宙學模型的 6個參數(shù)提出了更加嚴格的約束。

20世紀 90年代，人類觀測到宇宙正在加速膨脹，但這一結(jié)果用現(xiàn)有理論無法解釋，從根本上顛覆了人們對宇宙的認知。雖然有很多種理論可以解釋這一現(xiàn)象，但暗能量無疑是其中最合理的解釋?？墒前的芰烤烤故窃趺串a(chǎn)生的？它的本質(zhì)究竟是什么？我們對暗能量的未知遠多于已知，這些問題還遠未有答案。

同一片星空下，我們擁有共同的夢想。太空探索一方面拓展了人類的認知疆界，另一方面提升了人類的技術(shù)能力，成為新的探索起點。因此，太空探索事關(guān)人類福祉，本質(zhì)上是全人類共同的事業(yè)，需要世界各國加強合作、共同努力。

宇宙就像無邊的大海，而我們生活的地球，只是汪洋大海中的一個小島。“島上”居民的存續(xù)和“小島”的未來，取決于我們對這片“大海”的理解。這就是人類探索太空的價值。

基金項目：國家自然科學基金項目（41490633），中國科學院青年創(chuàng)新促進會人才項目