热门:汪毓明：从地球走向深空

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以下是7月26日在墨子沙龙举行的“探索与征服:从地球到深空”活动上的演讲 今年是我国第一颗人造卫星发射成功五十周年，这里必须提到非常伟大的科学家赵九章先生 他是我所属的中国科学技术大学地球和空间科学学院(当时是“应用地球物理系”)的第一代系主任，两弹一星元勋，是“东方红一号”卫星的总设计师，也是中国人造卫星事业的倡导者和创始人。 另外，3天前，中国首次成功发射了深空探测任务“天问1号”，中国真的迈出了深空和行星探测的第一步。 所以，今天这个话题很合适时机，我们也很高兴。 因为“天问一号”的13项科学负荷之一星载磁力计是我队花了将近5年时间开发的。 我们的地球是非常普通罕见的行星 这个行星有高山流水、花、其他各种植物、各种生命、还有人类的活动 但从宇宙的角度来看，在浩瀚的宇宙中，那只是灰尘 这张照片是1990年2月14日“旅行者号”拍摄的 是情人节。 同学们一定知道，这一天永远不会忘记。 我也不会忘记“旅行者号”。 在更远的宇宙旅行时，请前往恋人地球，看最后。 如果你说没有蓝色的圆，你可能找不到地球的位置 在浩瀚的宇宙中，地球真的只是一粒灰尘 自古以来，伟大的科学家、哲学家都提出了终极问题。 我们从哪里来，去哪里呢我们孤独吗？ 去年诺贝尔物理学奖的一半被授予发现围绕太阳恒星的系外行星。 太阳系外行星的发现为什么那么重要，因为科学证明孕育生命的行星不仅存在于宇宙中，而且不仅仅存在于地球上，而且不仅仅存在于太阳系中，这颗行星确实存在于另一个恒星系统中。 在系外行星被发现之前，所有的外星文明想象其实都停留在想象中，停留在哲学层面，系外行星的发现第一次被提升到科学层面 这个话题也成为了很多电影的主题，如《火星救援》、《流浪的地球》 地球很独特，在太阳系宜居带，在同一个宜居带的是另两个行星，一个是金星，一个是火星，为什么两个与地球不同？ 地球的未来向哪个方向迅速发展？ 金星上有浓密的大气，非常热，所以温室效应可以说非常严重 火星质量相对较小，束缚不了那么多大气，大气逃逸得很快，所以现在很荒废 这些是地球的过去还是地球的未来？ 站在地球的立场上研究地球的过去、现在和未来，实际上是很困难的。 因为样品孤立了，整个人类历史在地球漫长的46亿年进化过程中非常小。 如果以地球整体的进化为全天候，人类的历史不到一分钟，人类的文明史只有0.1秒 更何况过去5亿年发生了5次生命大灭绝，所以人类文明史可以说是非常微不足道的东西 地球为什么进化成现在这样适合居住的状态？ 地球的未来会走向什么样的方向？ 我们去深空，去深空寻找答案。 因为那里有越来越多的样品可以供我们研究。 我最喜欢下面的照片。 这是我原来的本科生用内蒙古正镶白旗拍的。 没有灯光污染，满天的星星非常清晰。 这颗满天星其实也是自古以来很多人向往的地方，它推动了我们科学的进步 太阳系探测的历史人类在深空探测有60多年的历史 在上图中，表示了每周一次的勘探，人类去过最多的是月球，其次是火星和金星、太阳，还有深空中的其他行星和天体 通过这些大量的勘探，人类对太阳系及行星的形成、进化有非常深刻的理解。 第一站，我先带大家理解我们的太阳 为什么认识太阳？ 地球的能量主要来自太阳，因此太阳控制着整个太阳系的运行，包括在其中运行的行星的空间环境 作为宿主恒星，太阳以各种形式影响着我们的行星、其电磁辐射环境、粒子辐射环境、大气的逃逸水平，以及束缚这些行星轨道的能力。 所以太阳很重要，需要理解 太阳对人类的影响是深刻而巨大的，如果你对天文学感兴趣，你可能会发现恒星有所谓的活动周。 例如，太阳黑子数是11年一个周期，这些变化会影响整个太阳系的空间环境。 宇宙线来自遥远的宇宙，一进入太阳系就受到太阳活动的调节，太阳活动强时，宇宙线的辐射比较低，太阳活动弱时，宇宙线的通量高。 让我举几个例子。 太阳不仅影响了我们周围的空间环境，还深刻影响了地球的生态系统，深刻影响了人类文明的进程。 对粮食价格的影响 2004年，两位科学家在学术杂志solar physics上发表论文，统计了英国伦敦中世纪小麦的价格，小麦每11年涨价一次，而且涨价的间隔与太阳黑子数的最小期很一致，相位也很一致，这一兴趣 这将带来非常有趣的结论。 太阳的活动会影响市场小麦的价格。 这是什么原因？ 我们现在的说明是太阳活动影响行星间环境，影响宇宙线，影响地球上的云雨天气等生态系统，影响粮食产量，改变价格。 粮食价格的变动不是小事，而是影响平民的稳定度 对洪水的影响 这个例子并不特别严密，但我认为非常值得关注，所以在这里我给你看一点 去看长江流域和中国国内的大水，可能每两三年一次，有大小 说到这样的统计，如果找不到任何规律，我就去找长江全流域的特大洪水。 最近100年，全流域特大洪水灾害被公认为1931年、1954年、1998年 如果把它叠加在太阳黑子图上，太巧妙了，太阳的运动就在极小的附近 其中太阳的活动在1976年极小，那一年没有特大洪水。 我特别是1976年左右去找的。 驻马店发生了大水灾。 当时水库塌了。 这也是世界上最大的水库倒塌惨剧，百度可以发现。 除此之外，加上今年，我们可以看到每两个太阳周就发生了整个流域的特大洪水灾害。 这背后有什么法则？ 地球的生态系统也受到太阳活动的影响吗？ 而且，太阳的活动严重爆炸并不会影响地球，不爆炸也会影响地球 如果说这真是法则，下一步的问题是我们怎么能介入，我们可以做点什么来减少对我们造成的危害。 这是非常值得研究和研究的 对生命的影响 地球之所以特别，是因为地球上有生命，酶是生命不可缺少的物质 在下图的右下图中，下行中有几个酶的所谓激活中心，可以看到其结构。 这些结构可以找到与自然界对应的矿物。 对应于氢化酶活化中心的矿物是镍铁矿 结构非常相似，但这里的问题是，这些自然界的矿物质结构毕竟不是生命物质，而是怎么在过去变化的呢？ 转换需要能量，这些能量来自哪里？ 一种学说来自宇宙线，宇宙线不断碰撞，使这些结构发生了一些变化，形成了初期支撑生命的一些因素。 宇宙线的变化受太阳活动的影响 宇宙射线给了生命的右手螺旋的dna 我们体内的遗传物质dna和rna，大部分都是右手螺旋 为什么会成为右手的螺旋，这也是生命起源中非常有趣的话题 两周前，我碰巧看到了一份说明dna为什么是右手螺旋的复印件:早期，既有左手，也有右手，宇宙射线与地球大气作用，生成π子，π子衰变生成μ子，这些μ子具有右手自旋的属性，与右手dna 我们知道，生命的进化需要变异，作用多了就容易变异，容易进化 这形成了我们现在以右手螺旋为中心的生命系统 我们现在的这些生命，包括人类的活动，其实在背后受到了自然的干预。 下一站:行星，小行星在太阳系46亿年的进化过程中，进化了8个大行星 地球是其中非常特殊的一个，但实际上其他行星也非常特别。 以火星和木星之间的小行星带为界，在小行星带中，我们除了类地行星、小行星带之外，还被木星称为类木行星 这两种行星不太一样 这些行星为什么进化成不同的东西，我们人类进行太阳系探测，中心目标是什么？ 其实这里有个词叫水。 我要找水。 大家从这个角度看过地球吗？ 这是我们的地球 地球表面的70%以上被海洋复盖，水是生命的基础，除了地球以外没有发现有液态水的行星 水有什么重要的作用呢？ 我们地球上的板块运动是润滑剂 在地球过去的漫长历史中，大陆是分化的 这些板块运动给地球带来物质和能量的循环，包括大气循环、碳氮氧各种元素的循环、生命的循环等。 造山运动和板块俯冲将把地上的生物带到地下，几年后将成为煤炭和石油等现有的能源 宜居行星之所以宜居，是因为有很多条件。 其中之一是这颗行星足够稳定。 不仅仅是火山爆发和地震，但不能死。 板块的运动是重要的机制。 勘探水是一个非常核心的目标 经过60多年的探索，我们对太阳系有了很大的认识 一句话是“类地爱氧气，类树爱氢” 把这两者结合起来，可以说太阳系从未缺少过“水”。 氢、氧结合后就是水，但实际上有液态水。 迄今为止发现的只有地球。 火星上有很多河流般的痕迹，古代是否真的存在水是学术界非常有争议的话题 除了行星外，太阳系里还有很多卫星。 木星是一个非常大的行星，有90多个卫星。 其中，伽利略卫星是最重要的，所以木星成为了一个人类。 木星的卫星发现液态水的可能性很大 看看哈勃望远镜拍的木卫二的照片，可以很好地看到大喷泉。 当然，这种喷泉也可能是其他液体。 不一定是水 另外，小行星探测器“黎明号”去了太阳系的两个小行星，灶神和谷神星。 谷神星1/4的质量来自水，比以前的认知多得多。 可以说在太阳系确实不是缺水 在太阳系探测中，最热的可以说是火星，水和生命一直是火星探测的永恒主题。 从20世纪60年代开始，迄今为止火星探测总共发射了44次和2次。 44次是之前发射的，到了火星那边，还有2次是我们过去两周刚发射的。 一个是阿拉伯联合酋长国的，另一个是中国的天问一号。 在过去到达火星的44次探测中，成功的有23次，深空探测、行星探测非常困难，风险极大，成功率仅为52.3%。 中国的“天问一号”还在路上，至今进展顺利 这个月末，美国将发射火星探测器 为什么我们要去火星，然后这个月装载是因为去火星26个月有一次机会。 这是轨道的要求，这个时候最节约燃料。 很多学者认为火星以前是适宜居住的行星，现在为什么不应该居住呢？也许是因为各种各样的理由大气逃逸荒废了，下一个问题是有没有办法让火星恢复到适宜居住的状态。 火星和地球的区别是没有固有的磁场 地球有固有的磁场，所以可以遮蔽太阳风，向外遮挡很多高能粒子，减少地球大气的逃逸 火星没有固有的磁场，可以人工火星的磁性层改造火星的大气吗？ 大约五年前，一位科学家提出了改造火星大气的计划:在火星和太阳的第一拉格朗日点放置永久磁铁，永久磁铁的强度根据他的估计可能不太大。 1~2个t，即1万~2万高斯。 现在，根据我们实验室的等离子体物理技术，可以瞬间产生这样高的磁场，也可以预见在不远的将来会持续这样大的磁场 在这种情况下，火星本身的大气逃逸状态发生了变化，也许几年后就能逐渐恢复火星本来适合居住的环境了 这是一个大胆的设想 星际空间我们的下一站是星际空间，人类的脚步从未停止过 现在，宇宙空间中只有两个宇宙飞船。 一个是“旅行者1号”和“旅行者2号”。 原本是太阳系的行星探测船，2005年左右进入宇宙空间，进入人类第一个宇宙空间，成为接触宇宙介质的宇宙船 旅行者号当时有着被称为穿梭于宇宙时空的胶囊的使命。 也就是说，如果地球和太阳系由于某种原因被破坏，宇宙中就有可能说明人类曾经存在，如此辉煌。 那是旅行者号。 上面有金唱片，是用特殊材料做的，可以留下10亿年 如果不小心被别的文明捡到了，就会发现宇宙中还有一个文明 人类的足迹离地球一直很远 从陆地占领海洋，占领天空，之后也占领我们的近地空间，下一个疆域一定是太阳系的深空和行星 人类离开非洲的大草原，走向整个蓝星，花了200多万年。 发明望远镜，仰望星空，第一次进入宇宙花了350年。 进入深空，进入星际空间，接触星际介质，只花了50年。 你会发现人类的步伐越来越快。 人类的脚步已经接近到无法想象的地步。 汪耀明:中国科学技术大学地球与空间科学学院执行院长、中国科学院比较行星学卓越创新中心主任、中国科学院b类领先专业“类地行星的形成演化及其居住性”首席科学家 从事冠状病毒、星际介质动力学和行星空间环境的研究，带领团队开展空间粒子和磁场探测技术的研究开发，为国家深空探测计划服务 通过其牵引完成的“冠状病毒物质投射的传递进化和地磁效应”的研究成果获得了年度教育部自然科学一等奖