[科普中國(guó)]-蘇萌：太空探索讓人類未來生活更美好

地球之外是否存在生命？人類為什么要探測(cè)引力波、暗能量和暗物質(zhì)？太空探索對(duì)人類發(fā)展意味著什么？……騰訊科普就大眾比較關(guān)注的科學(xué)問題，對(duì)蘇萌教授進(jìn)行了專訪?；鹦茄芯亢偷赝馍綄ひ恢笔强茖W(xué)家研究的重要方向到2020年，全球會(huì)有很多火星的探測(cè)項(xiàng)目，人類也一直在研究火星，也試圖去揭秘火星表面或者火星表面以下有沒有可能存在生命。在地球上科學(xué)家去尋找跟火星類似環(huán)境，或者說比火星更極端的環(huán)境，研究在這樣的環(huán)境下有沒有可能有生命存活。科學(xué)家通過這種對(duì)生命起源的前沿研究，越來越感受到生命可以在更不一樣的條件下存在。如今，人類對(duì)探索火星的意愿越來越濃，人類越了解火星，火星成為人類第二家園的可能性就越大，未來人類就可以真的在火星上生存。埃隆·馬斯克是這么相信的，我們也是特別希望能在這個(gè)過程中，能夠做一些事情，尤其是從科學(xué)家的角度做一些事情。當(dāng)然你知道馬斯克是希望一百萬人移民到火星，這就需要火星提供巨大的資源和能源，所以要對(duì)火星更準(zhǔn)確的了解?，F(xiàn)在大家看了方方面面有關(guān)“火星生命”的證據(jù)，覺得火星是有水的，甚至大氣會(huì)更豐富，或許過去火星存在適合生命存在的條件。但現(xiàn)在這些生命有可能轉(zhuǎn)移到地表以下，就是火星表面以下可能存在生命跡象，可是現(xiàn)在還不確定，這是下面科學(xué)家研究的一個(gè)重要方向。宇宙大爆炸原初引力波什么時(shí)候能探測(cè)到？仍然是未知數(shù)2014年的美國(guó)在南極架設(shè)的一部望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了疑似原初引力波或者宇宙微波背景輻射里面攜帶這種引力波的信號(hào)，當(dāng)時(shí)科學(xué)家看到了非零的信號(hào)，非常的興奮，甚至在新聞發(fā)布會(huì)說人類有可能是看到了宇宙大爆炸的原初引力波。引力波觀察是非常靈敏的，而這種靈敏的程度就導(dǎo)致你看到的信號(hào)是前所未有的，所以對(duì)新探測(cè)的東西的理解或者說真實(shí)的這種解析就比較困難。所以當(dāng)時(shí)人們看到的引力波信號(hào)的確是真的信號(hào)，但這個(gè)信號(hào)是來自于所謂的銀行系自身的輻射，我們把它叫銀河系的“前景”，是銀河系自己的輻射，哪怕很弱也比原初引力波這個(gè)信號(hào)要強(qiáng)，所以人們看到了一個(gè)本來很暗的但是第一次出現(xiàn)的這么一個(gè)前景的信號(hào)。目前人類還沒有探測(cè)到宇宙大爆炸原初引力波信號(hào)。這個(gè)信號(hào)穿越了幾乎整個(gè)宇宙到你的探測(cè)器，所以中間方方面面的東西會(huì)干擾信號(hào)，可能增加一些信號(hào)、也可能增加一些噪聲。當(dāng)然科學(xué)家之前對(duì)這些噪聲，可能中間的這些信號(hào)是有估計(jì)的，但是2014年的觀測(cè)告訴我們，前面接收的這些信號(hào)還沒有完全了解，其實(shí)看到的是中間的這些東西，不是你最后想看的東西。所以要把中間這些東西過濾掉，或者把它很好的理解了，才可以把早期引力波的信號(hào)更好地展現(xiàn)出來。很難預(yù)測(cè)原初引力波信號(hào)什么時(shí)候被觀測(cè)到，沒有人肯定說能看到信號(hào)，因?yàn)檫@個(gè)信號(hào)非常非常微弱，可能馬上能看到也可能長(zhǎng)時(shí)間也探測(cè)不到，所以明天你聽到看到了也毫不奇怪，過了好長(zhǎng)時(shí)間沒有看到也很正常。如今，美國(guó)南極的臺(tái)址已經(jīng)做了五六十年，現(xiàn)在已經(jīng)升級(jí)到第四代的探索裝置，進(jìn)一步把探測(cè)靈敏度提高到5倍～10倍，看有沒有可能在南極完成這種探測(cè)。中國(guó)也要探測(cè)引力波，未來將啟動(dòng)“天琴”計(jì)劃在引力波探測(cè)方面，我國(guó)起步相對(duì)較晚。為了在北半球的這種天區(qū)也能進(jìn)行一個(gè)比較好的引力波觀測(cè)，我國(guó)科學(xué)家在北半球?qū)ふ液湍习肭颍蠘O）一樣類似的觀測(cè)條件，所以很快就啟動(dòng)了我國(guó)引力波觀測(cè)系統(tǒng)的選址工作，發(fā)現(xiàn)在西藏阿里地區(qū)觀測(cè)條件最好，海拔足夠高、足夠干燥。干燥條件有利于接收原初引力波的信號(hào)，它通過大氣的時(shí)候被吸收掉的程度會(huì)少一些，所以信號(hào)通過率越高你的這種探測(cè)器的靈敏度會(huì)越強(qiáng)。世界屋脊上的阿里天文臺(tái)也成為了世界級(jí)的天文高地。引力波探測(cè)裝置大概可以分成以下幾類：一種是原初引力波。它波長(zhǎng)最長(zhǎng)，因?yàn)樗a(chǎn)生的最早，是整個(gè)宇宙的時(shí)空漣漪。這種原初引力波探測(cè)類型，我們國(guó)家已經(jīng)布局了西藏阿里原初引力波天文臺(tái)。其次一種叫做超大質(zhì)量黑洞。兩個(gè)超質(zhì)量黑洞互相繞轉(zhuǎn)的時(shí)候產(chǎn)生的引力波也很長(zhǎng)，地球附近的探測(cè)器很難探測(cè)，人們可以利用太空中毫秒脈沖星，這些毫秒脈沖星每一個(gè)就像是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的鐘一樣，好比天上好多個(gè)鐘在那兒clocking，通過觀察毫秒脈沖星的變化，來把它作為一種整體的效應(yīng)來探測(cè)波長(zhǎng)很長(zhǎng)的引力波，這種叫毫秒脈沖星的陣列。這是利用射電望遠(yuǎn)鏡去做的，所以我們國(guó)家500米口徑的FAST望遠(yuǎn)鏡也能夠參與到全球的這種網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，一同觀測(cè)這些毫秒脈沖星。第三種就是空基。比如LIGO和Virgo，這是地基的引力波探測(cè)裝置，下一階段就要把這種基于激光干涉的引力波放到太空中去，這樣的話它的基線會(huì)很長(zhǎng)，從幾公里到幾百萬公里。我們國(guó)家現(xiàn)在正在推行兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)是科學(xué)院的“太極”引力波探測(cè)器，另外一個(gè)是由中山大學(xué)的羅俊校長(zhǎng)組織的“天琴”計(jì)劃。目前太極項(xiàng)目和天琴項(xiàng)目都在共同推進(jìn)，所以我們國(guó)家其實(shí)在引力波探測(cè)上，是有比較充分的布局。揭秘暗能量，將會(huì)帶來巨大科學(xué)認(rèn)知變革探索暗能量是件很難有效地推進(jìn)的科研項(xiàng)目，因?yàn)槟闾恢浪鞘裁?，所以你只能是通過一些非常間接的方式去探究。比如說測(cè)量宇宙加速膨脹的速度，進(jìn)一步去限制它的一些表觀的參數(shù)，比如說物態(tài)方程。目前只能通過更多的不同的這種測(cè)量宇宙學(xué)的方式，進(jìn)一步去限制暗能量在這些方面的性質(zhì)來研究暗能量。但是什么時(shí)候能看到或者知道暗能量是什么，就像21世紀(jì)未解之謎，如果21世紀(jì)能揭秘暗能量，應(yīng)該會(huì)帶來巨大的科學(xué)認(rèn)知變革。暗物質(zhì)就是說我們至少有一個(gè)概念，它或許是一個(gè)粒子，這個(gè)粒子就跟我們傳統(tǒng)的基礎(chǔ)物理學(xué)理解的標(biāo)準(zhǔn)模型一樣，就是這個(gè)世界是粒子組成的，暗物質(zhì)大概也有可能是粒子。如果是粒子的話，我們還是有一些想法怎么去探測(cè)的，包括地下暗物質(zhì)探測(cè)，在我國(guó)錦屏地下實(shí)驗(yàn)室做的暗物質(zhì)的探測(cè)實(shí)驗(yàn)，或者是我們?cè)谧龅陌滴镔|(zhì)粒子衛(wèi)星“悟空號(hào)”--2015年年底就上天了，現(xiàn)在都運(yùn)行快四年了。而且我們有了很好的正負(fù)電子的測(cè)量，這是一種間接探測(cè)暗物質(zhì)的方式，就看太空中的暗物質(zhì)湮滅的時(shí)候產(chǎn)生什么樣的信號(hào)。所以什么時(shí)候能看到，也是未知數(shù)。但是我覺得每一次設(shè)備的升級(jí)，每一個(gè)項(xiàng)目的推進(jìn)，都是有這樣的可能性。太空探索讓人類未來生活更美好說到美國(guó)SpaceX的星鏈計(jì)劃，你可以想象這種探測(cè)衛(wèi)星或者通信衛(wèi)星，就整個(gè)成本上、速度上、布局上、功能上，都屬于量級(jí)式的提高，所以星鏈計(jì)劃如果真的按照它規(guī)劃的14000顆衛(wèi)星布局，它一下子要把人類目前歷史上發(fā)射的所有衛(wèi)星加起來還要多好幾倍，這是一種改變以前人類進(jìn)入太空和利用太空來進(jìn)行人類服務(wù)的模式，雖然不能說全新式，但是馬斯克至少有足夠的勇氣去在多個(gè)維度上進(jìn)行巨大的拓展。因?yàn)槟壳靶擎湹?0顆衛(wèi)星都正常布軌，完全工作，這個(gè)還是讓人感到非常驚訝的。如果14000顆都布局完了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)不管是在全球的任何一個(gè)地方都可以隨便使用5G的速度來完成你要做的通信，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)社會(huì)又變成另外一個(gè)狀態(tài)了。如果這14000顆真的上線的話，就是全世界無死角的，不管你是在珠穆朗瑪峰的山頂還是在太平洋中的荒島上，你都可以使用5G信號(hào)來完成你要的工作，以后哪怕到一個(gè)很奇怪的地方工作都沒問題。除此之外，我們還要放眼太空的資源，太空的資源很廣，地球上資源一定是有限的，我們一定要走出去。把太空資源帶到地球，讓地球文明進(jìn)入到多星球時(shí)代，這是未來人類太空發(fā)展的必經(jīng)之路。開采太空資源將是地球文明進(jìn)步發(fā)展的新坐標(biāo)，至少是一個(gè)新的機(jī)會(huì)。因?yàn)樘沼刑嗵嗟厍蛏舷∪钡牡V物，太空采礦無疑將推進(jìn)地球文明更進(jìn)一步。比如我們使用的鉑系金屬都是歷史上小天體撞到地球后留下來的，近地小天體上的鉑金含量加起來比地球上已知礦藏還要多若干個(gè)量級(jí)。單從這一方面就能映射出太空資源的巨大價(jià)值，希望我們對(duì)太空科技與知識(shí)的積累更進(jìn)一步提升，使得太空資源能在不遠(yuǎn)的未來為人類所用，到時(shí)人類的生活一定更加美好。人類研究太空的活動(dòng)越來越頻繁，對(duì)太空的好奇心就越重，太空有太多的未知等待著人類去發(fā)現(xiàn)，隨著未來科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類也將邁向宇宙更深處?！咀髡吆?jiǎn)介】香港大學(xué)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任。北京大學(xué)物理系本科，哈佛大學(xué)天體物理學(xué)博士，麻省理工學(xué)院Pappalardo Fellow及美國(guó)航空航天局NASA Einstein Fellow，2016年成為香港大學(xué)物理系副教授并兼任空間研究實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任。主要研究方向有宇宙起源與演化，暗物質(zhì)與暗能量探測(cè)，太陽系行星深空探測(cè)與小天體研究，黑洞物理與引力波探測(cè)等。研究工作包括發(fā)現(xiàn)銀河系巨型伽馬射線氣泡結(jié)構(gòu)，改變了人類對(duì)銀河系結(jié)構(gòu)與演化的認(rèn)識(shí)。美國(guó)天文學(xué)會(huì)高能天體物理學(xué)最高獎(jiǎng)Bruno Rossi Prize 最年輕的獲得者。受訪人 | 蘇萌 香港大學(xué)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任采訪人 | 王波 騰訊科普（文章發(fā)布前已由受訪人審閱）文章由騰訊科普“科普中國(guó)頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自科普中國(guó)