太空探索简史从天圆地方到火星登陆

　　抬头望一下星空，我们看到星星，其实并不是现在的星星，而是它们十万年前，一百万年前的样子。
　　十万年前，人类几乎还没有在地球存在呢。
　　想到这件事，后背就一阵凉嗖嗖的。在巨大的时间尺度面前，许多事情显得微不足道。前面所说的那些星星，其中有一些，也许很久很久以前，已经悄悄在宇宙某个角落熄灭了呢。1。中国人为啥嘲笑杞人忧天
　　我们生活的宇宙到底是啥样的，从古时候开始，世界各地的人们都在设法弄清楚。只是一开始，人们只能根据眼睛看到的一些情况去猜。
　　比如，人们每天看到太阳、月亮和星星从东边升起，西边落下，很自然会认为它们是围绕着地球旋转的。就像小孩子从小习惯了父母家人都围着自己转，会产生一种错觉，以为整个世界都是为自己而存在的一样，人类继而又得出结论：地球是宇宙的中心。
　　不管是东方还是西方，早些年大家对宇宙的认知是差不多的，都相信天圆地方，并且自以为是宇宙中心。但是，在探索动机和方法上，大家有所不同，慢慢演化得天差地别。
　　总体上我们的传统文化偏向于乐观的，没把宇宙和天地想得那么坏，你看我们的神话：女娲创造人类，大禹治理洪水，天地间各路神仙都庇护着凡间的人类（相应的，古希腊的神大多是坏逼，对人类也很不友好），天塌下来有他们扛着，我们凡人只需要安安份份地做好自己的事情就可以了，没必要纠结太多。难得有一个忧天的杞人，还被当作反面教材来笑话。
　　这种没必要纠结太多的思路演变下来，大家就不会去思考一些特别终极的问题。中国古代搞天文观察的人也非常积极投入，记录的数据极其详尽，不过他们观察日月星辰不是为了弄清楚宇宙的终究真相，而更像是股民看K线预测股价一样，想从中预测出天下气运变化的趋势当然这也跟中国自古以来公务员体系比较发达，干这活的都是皇帝的雇员有点关系，金主让他们干啥，他们就干啥呗。
　　没想到这贼老天啊，比K线还假。
　　实际上，这种世界观是与安稳的农业文明相对应的。种地虽然也要看天吃饭，但总体上比较稳定，风险程度比较低。只要自己勤快些，就会有收成。因为大自然的原因，恶劣到颗粒无收的年景是很少有的，没必要把老天爷想得那么坏。
　　而古希腊地理环境跟中国很不一样，他们山多海多，陆地被山和水切成一小块一小块的，地质又不好，发展不起像样的农业，只能到海里讨生活。这种生活风险很大，一不小心就小命都搭进去，但干好了收益也比较高。在这种情况下，他们必须时刻保持清醒，精神高度紧张，也更有切实的动机去探究世界的真相。2。希腊人开了个好头
　　古希腊人和中国人一样，也相信我们生活的世界是宇宙的中心。长期观察下来，他们构建了这么一幅宇宙的图景：地球位于宇宙中心地带；外面是一圈天空；天空再外面有太阳、月亮，以及金木水火土五大行星；最外围还有一圈像沙子一样的恒星。
　　人类肉眼可见的天体，大概就是这样。它们就像套娃娃似的一个球套着另一个，太阳、月亮和星星们所在的球围绕着我们居住的世界在转动。
　　不过这套理论并不是一步到位的，而是在不停地被补充、修正。怎么说呢，古希腊的牛人们没有轻易满足于一套现有的理论，一旦通过观察发现理论有问题，就提出新的设想去修正它。他们的方法论是一看，二想，三验证。
　　比如，他们的大牛人亚里斯多德那时候就怀疑地球其实是圆的，而不是平的。他的理由有三个：
　　1。帆船离去时，总是船身先消失，然后才是船帆。
　　2。夜晚在野外行走，星星总是从眼前升起，从身后的远处落下。
　　3。月食时，地球在月亮上投下的阴影，是圆弧形的。
　　宇宙图景提出后，希腊人就纠结了好久，因为明显有些东西，图景所提的理论跟观察的结果是对不上的。
　　比如，如果五大行星也是绕着地球转，那为啥它们不像太阳月亮一样有固定的轨道，为啥它们没事总是瞎溜达（你看我们中国人就从不纠结五大行星瞎溜达这件事），而且忽明忽暗的？为了解释这件事，他们又想出了一套本轮均轮的神奇理论，没想到这么一解释，暂时看上去真就说得通了。
　　但是问题又出来啦。既然太阳绕着地球转，轨道是圆形的，那为啥会有一年四季呢？
　　这件事又让希腊人崩溃和纠结了好久，后来，大约在我们国家东汉那会儿，他们又出来了一个叫托勒密的大牛人，老托伸手在宇宙图上一戳，说道：地球并没有在圆的中正心，而是偏了一点点，所以就有四季之分了。
　　吃瓜群众们纷纷鼓掌叫好。老托撸了撸胡须，完美无缺了，随即写了一部《天文学大成》，把希腊人这套宇宙观的终极打死不改版给整理了一下，然后出版了。
　　没想到这一出版，差点就千秋万载一统江湖了。为啥？因为欧洲文明智慧，思考和怀疑的
　　的时代结束了，随着希腊和罗马的灭亡，黑暗的中世纪开始了。分裂，混战，宗教信了教的欧洲人经历了一千多年的停滞期，天文学方面自然也止步不前。3。从地心说到日心说
　　先别忙着嘲笑托勒密的那套理论，在一定范围内，它是经得住验证的。比如，它能够准确地预言日食和月食，甚至有时候还可以预测五大行星的轨道你可能会觉得奇怪，这套宇宙观明显是错的呀，怎么错误的东西也能够正确地预测？
　　是的，能够预测。有两个原因，一个是，他并不是在所有细节上都是错误的。另一个是，一套错误的理论，有可能在特定的范围内被验证为正确。
　　而且，古希腊人在天文学上的成就也远不止这点。前面那位亚里斯多德的老师的老师，毕达哥拉斯发现了勾股定理，借助勾股定理，希腊的一个小伙依巴古，就已经能计算出地球到月亮的距离是59到67个地球半径（今天我们知道是60个），这个还是非常牛的。
　　所以，他们最关键的贡献，是一套比较科学的方法论。方法论如果有效的话，一开始错误或幼稚的看法，就会不断得到修正，从而逐渐接近真相。
　　时间来到16世纪，中国的大明中叶，哥伦布已经带着西班牙人杀向了美洲。有一位叫哥白尼的小神父，偷摸着发表了一本《天体运行论》，弱弱地指出：托勒密那套理论可能不是太对，地球可能并不是宇宙的中心，太阳才是。五大行星没有绕着地球转，而是绕着太阳转，月亮是我们唯一忠实的小跟班。我们看着太阳和星星在转，其实只不过是地球自己在转而已。
　　按我们现代人的理解，有新的理论发表是好事呀，验证一下对不对不就完了嘛，古希腊那会不就是这样？然而，情况已经不同了，古希腊那会儿还没有上帝，但现在他老人家却已经入职了一千多年，宇宙是啥样的得由他来讲，旁人不许乱说。
　　《圣经》上都说了太阳绕着地球转，哥白尼你好歹也是个体制内的人，怎么可以乱说话呢，这要让我们教会的脸往哪儿搁。
　　因此，哥白尼的日心说虽然能够更好地解释天体运行的规律，很长时间内却不能公开讲，当然也不能成为主流，一直到三个牛人出现，帮他推平了所有的障碍。4。师徒俩双剑合璧
　　第一位是德国人开普勒。开普勒有个老师叫第谷，第谷是个来自丹麦的土豪，家里有座岛，他花了好多钱在岛上建了两座天文台，自己设计、制造了当时世界上最先进的天文观测仪器，然后开始夜观星象。
　　第谷不但会设计，眼神也特别好。凭借着一双肉眼，加上自己发明的仪器，长年累月的观察下来，获得了一大堆当时世界上最齐全，精度最高，时间跨度最长的恒星和行星的观测数据。
　　糟糕的是，第谷的数据虽然多，数学却不太行。拿着这一大堆观察数据，却整不出什么妖儿子来，有点像段誉虽然一身内功，却完全不会运用。他运气没段誉好，英年早逝，始终没学会六脉神剑，只好在临终前，把他的数据全部送给了他的学生开普勒。
　　小开跟他正好相反，家里穷得响叮当，数学却特别厉害，奥数金牌拿到手软。小开跟他老师相反到底，视力差得要命，看星星是绝不可能看星星的，那年头又没有望远镜，只能是拿着老师给的资料在纸上算一算，这样子来探索宇宙。
　　就这么算了几十年，算出了开普勒三大定律：
　　行星围绕太阳旋转的轨道是椭圆形，而不是哥白尼所以为的圆形，太阳就在椭圆的焦点上。
　　相同时间里，行星和太阳之间的连线所扫过的面积是一样的。
　　行星绕太阳公转周期的平方与轨道椭圆长半轴的立方成正比。
　　这三大定律普通人看起来拗口，不过它们从理论上证明了哥白尼的日心说是正确的，是说得通的。而且，根据第三定律，人们只需要知道太阳到地球的距离，就可以算出五大行星到太阳的距离。
　　在当时人们只知道太阳系的情况下，这意味着可以量一量宇宙的腰围了！5。人类拥有了千里眼
　　第二位牛人是伽利略，伽利略和开普勒是同一年代的人，他是意大利的一位学者。伽俐略对科学的贡献很多，具体到本文所讲的太空领域，他最大的贡献是发明了望远镜，使人类拥有了千里眼。
　　谁是宇宙中心，谁在绕着谁转，用望远镜看一看不就知道了。
　　伽利略用他的望远镜看到了月亮上坑坑哇哇的表面，接着又看到了木星带着几颗小卫星，愉快地到处溜达。这个发现，令上帝他老人家虎躯一震妈耶，地球中心论要破产了！
　　木星拥有自己的小弟这件事证明了，地球不是什么宇宙中心。而且，此前大家质疑说，地球绕着太阳转的话，月亮怎么办？又没有拿根绳子把它们系起来一起，月亮不会被抛在身后吗？但是现在，既然木星可以带着几个小伙伴溜达，那地球当然也可以了。
　　望远镜的发明，的确开启了一个探索太空的全新时代。从此以后，人类可以不断地捣鼓，加大口径，增加倍数，提升清晰度，一架又一架的长枪大炮对准了太空，不断有新的发现，从发现新行星，到认知银河系。
　　到了20世纪时，人类又发明了射电望远镜，在千里眼的基础上又把自己的视力提升了无数倍。
　　射电望远镜实际上是一个电磁波接收器，它可以接收到来自宇宙的极为微弱电磁波，将之转化为人类可见的图像。从遥远的星系，到堪称宇宙中最亮的类星体（每一个的亮度能够超过整个银河系所有恒星加到一起），再到神秘的周期性发送电波的脉冲星（一度被认为是妥妥地发现了外星人），以及最为细微的宇宙辐射，甚至是140亿年前宇宙大爆炸时发出的，都可以被它捕捉到。
　　望远镜开启了一个宇宙大发现的时代，教会再牛逼，在明摆的事实面前，也争辩不动了。更何况，没过多久，又有一个大牛人，给地心说的棺材板钉上了钉子。6。宇宙的底层代码
　　这位就牛顿，被科学耽误了的炼金术士。
　　等等，牛顿不是物理课本上，研究小木块怎么运动的吗，怎么跑去研究星星了？其实牛顿啥都干，从炼金、炒股（亏得挺惨的）、教书，到当官，奠定物理学大厦基石这种事，那是他年轻时随手顺便干下的。
　　我们知道，如果把一颗石头丢出去，它会往前飞，最后沿抛物线落到地上。丢石头的力量使它往前飞，同时有一股力量使石头落到地上。丢的力量越大，石头就会飞得越远。
　　牛顿就想，如果这个力气超级大，无穷大，那到最后，石头岂不是会绕地球飞一圈，回到原地？如果比超级无穷大更大一些，它是不是会飞两圈，三圈，四圈无限圈？
　　牛顿在纸上算呀算，最后，他计算出，当石头一开始飞出的速度达到一定程度时（7。9公里秒），它就会绕地球匀速旋转，永远不会落下来。
　　这件事要怎么证明呢？没那么大的力气扔石头呀。牛顿突然抬头一看，那颗石头可不正在天上呢吗？
　　它就是月亮。
　　月亮就是那颗绕着地球旋转无限圈的石头。牛顿意识到了万有引力的存在，地球吸引着月亮，月亮也吸引着地球。小到地球上一切风吹草动，大到整个太阳系里星星们的一切运动，都在受着万有引力的主宰。
　　整个宇宙都是。
　　牛顿所揭示出的，是整个宇宙运作的底层代码。千百年来，困扰人们的地球与星星们之间的关系，现在一一被揭开、证明了：地球另一端的人为啥不会掉下去；行星为啥绕着太阳转；为啥轨道是椭圆形（开普勒算出来的这个结果）；人类如果要离开地球需要多大的速度；天问一号要以多少速度靠近火星，才能够被它的引力捕获所有这些问题，都可以由牛顿的万有引力定律来解答。
　　它不但可以解释，还可以预言。我们来举个例子。
　　1781年，英国一位天文学家在望远镜里发现了天王星。天王星虽然肉眼勉强可见，但由于距离地球太远，一直未被人类留意。发现了它之后，人们兴致勃勃地研究起了它，但很快便陷入了迷茫。因为，它的运转轨迹，总是无法精确地预测。
　　按照牛顿的万有引力定律，它应该在某月某日出现在某处才是，为什么总是出现偏差呢？
　　时间来到1846年9月23日，这一天，德国柏林天文台的台长加勒收到一封神秘的来信，信上说：尊敬的台长，请在9月23日晚上，将望远镜对准某某星之东约5度的地方，你就能找到一颗新的行星。
　　加勒吓呆了，这简直是一封上帝的来信啊！他赶紧哆哆嗦嗦地让人安排上，准备进行观察。那天晚上，加勒果然在信上指定的位置上发现了太阳系的第八颗行星：海王星！
　　海王星隐藏在天王星后面，它的引力导致了天王星轨道发生了偏离。
　　信是一位叫勒维耶的年轻人写来的，他不是什么上帝，发现海王星这个结果，只不过是根据万有引力定律和数学上的知识，精确计算出来的而已！
　　到这时候，人们就可以精确地去计算每一颗行星的轨道，计算它们的距离，也能够计算太阳的距离。太阳系内的事情基本上搞清楚了，但这时候人类发现，对宇宙的认知，才刚刚开始而已。7。太阳之外
　　人们慢慢意识到，五大行星之上，那些闪耀着微弱光芒，似乎永恒不变的恒星，实际上是散布在天上的无数太阳。它们和太阳一起构成了银河星系。
　　和地球一样，太阳也不是什么宇宙中心，它不过是银河系里亿万颗恒星中，最为普通的一颗罢了。
　　为了搞清楚银河中到底有多少颗星星，1922年，一位天文学家号召大家一起来数星星。大家划分片区，一人负责一块，务必把它们给数明白了。
　　数着数着，一位叫哈勃的帅小伙发现，有一些星云距离我们地球差不多100万光年远，它们不可能是属于银河系的。哈勃的数据做得很充分，很有说服力，人们又意识到银河系在宇宙中也根本不算啥，也不过是无数星系中最普通的一个而已随着人们测量的深入，发现一些星系跟地球的距离超过了一亿光年
　　从这些情况来看，我觉得，尽管我们从未见过，但却几乎可以百分之百肯定，宇宙中像人类一样的文明必然多如牛毛。因为地球或太阳根本就不是什么天选之子，而是亿万颗星星里最为普通的一颗。在基数极端巨大的情况下，既然最为普通的地球上能诞生生命和文明，没有理由其他的亿万颗上就全部不诞生，除非真的是上帝他老人家在操盘，但目前看起来不像是。
　　不过即使有，这些文明彼此之间也根本不可能碰面，宇宙的尺度实在大到令人崩溃，现在计算出来的最远距离是465亿光年，让光来跑也要跑465亿年。8。测量宇宙
　　这些数据大得离谱的宇宙距离，都是怎么测出来的？
　　这就要说回前文那位叫依巴古的古希腊少年了，他不是利用三角形知识计算出了月亮到地球之间的距离吗？是的，利用三角形角和边的一些关系，可以计算星星的距离，不止月亮，太阳可以，别的恒星也可以，不过条件是距离得在400光年以内，再远的就测不准。
　　那400光年以上的呢？用量天尺。原来，宇宙中有一种特殊的星，叫造父变星，这种星星会一阵亮一阵暗的，呈周期性的变化。这个周期的长短，跟它的亮度之间，存在着固定的数学关系。
　　所以，只要测出它的光变周期，就可以知道它实际上有多亮，这里我们随便假设为数字100。而它所发出的光，万里迢迢来到地球上，衰减了不少，只剩下30。那么我们就知道它的衰减值是70，根据衰减了70这个数值，我们就可以计算出，它到地球的距离有多远。所以造父变星就被称为量天尺，用这招可以测量1000万光年远的距离。
　　再远的呢？还可以用帅小伙哈勃的哈勃定律。
　　简单解释一下哈勃定律。我们知道光是一种波，有特定的波长。人们在观察中发现，星光的波长，有时候会被异常地拉长，这种情况被称为红移。
　　为啥会被拉长呢？打个比方，假设我是一只蜘蛛，会吐出一种波浪型的丝。当我站住了吐时，波长是一米。但如果我边跑边回头吐丝，波长就被拉大了，变成了两米，因为我跑动时把丝给扯了一下。
　　哈勃发现，离地球越是遥远的星星所发出的光，红移现象越严重。所以，算一算红移的程度，就能知道那颗星星有多远了。9。疯狂宇宙
　　星光会发生红移，越远红移得越厉害这是不是在说，那些遥远的星星正在狂奔，而且离我们越远的，狂奔的速度越快？
　　是的，这就是宇宙膨胀的理论。这也和另一位大神爱因斯坦的理论是一致的：宇宙正在迅速地膨胀，而且是加速膨胀。
　　爱因斯坦认为，宇宙是由一个点膨胀成现在这个样子的。而且，它还在以越来越快的速度继续膨胀。换句话说，我们头顶上的星星，正在一刻不停地以越来越快的速度远离我们，向一个未知的世界加速狂奔。
　　没有人知道未来是什么。
　　千百年来，天文学家们在山谷里，在荒野间，废寝忘眠地守候观察、记录，科学家们绞尽脑汁地思索、计算，最后所追索来的答案，是令人绝望的。
　　宇宙庞大了。它拥有的力量，相对于人类而言，又是强大得如此不像话。
　　比如超新星，一颗超星星就能够照亮整个银河系，熄灭所有生命。又比如黑洞，能在一瞬间把地球压成一粒微尘。其实只需要掉一颗大一点的陨石，就足够毁掉一切了。
　　宇宙中有太多的不可思议，像虫洞、扭曲的空间、暗物质等等。
　　好想回到那个地球仍是宇宙中心的时代啊。10。迈向太空
　　但人类并没有恐惧，更没有停止探索的步伐。
　　绕了一个大圈之后，中国人的古老智慧，太过庞大、终极的问题先放到一边，实用主义，或者才是最优选择。咳咳，接下来让我们请回中国人的老祖宗，一起来鄙视一下忧天的杞人，然后该干啥就干啥吧。
　　能干啥呢？先扔点东西到天上吧。
　　1957年10月4日，苏联人按牛顿的设想，把一颗人造卫星丢到了天上，让它在空中当个无线电发报机。这颗卫星花了几个月时间，绕地球跑了1400圈之后，结束了使命。
　　丢完卫星后，再把人也丢上去。1961年4月12日，苏联人又发射了东方1号宇宙飞船，把航天员加加林送上了太空。
　　这一系列操作把美帝给吓坏了，一想到苏联人的卫星正在自家头顶上飞过，就感到脖子上嗖嗖发凉。于是奋起直追，也加入了太空探索的行列。卫星和飞船嗖嗖地往外丢，1969年7月20日，他们还登上了月球。
　　1977年9月5日，美帝发射了一个旅行者1号航天器，向太阳系外飞行，一路上拍拍照片，发送回地球。木星、土星等这些行星的第一张照片，就是这位小哥拍回来的。目前它已经飞到了太阳系的边上，还要继续往外飞。不过，到2025年之后，它就没有能量继续和地球保持联系了，但还会继续惯性飞行，变成宇宙中的漂流瓶。
　　也不知道能不能被外星人捡着，帮它充个电，再送个外星人的自拍回来。
　　比起美苏来，我们国家虽然起步晚，但是进步得很快。从发射卫星，到载人航天，建空间站，到登月，再到现在的天问一号登陆火星。
　　截止目前，人类共尝试过21次登陆火星，其中只有9次成功而已。苏联和美帝都有不少失败的案例，所以，天问一号确实是开了一个好头。
　　火星上气候恶劣，沙尘暴横行。天问一号绕着它飞了三个月，瞧清楚了状况后再登陆，操作得蛮稳的。
　　在可以预见的未来，探索太空这件事，除了美帝以外，就要看中国了。尽管相对于浩瀚的宇宙而言，这件事是如此渺小。但是，微不足道的第一步，或许就是一个伟大旅程的开始。