太空探测开发力助大国崛起.docx

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1、太空探测开发力助大国崛起 打开文本图片集 【摘要】太空作為重要的战略资源，其开发的程度体现国家的综合竞争力。天文学乃自然科学六大基础学科之一，紧随人类文明之启而诞生。相对于其他基础科学而言， 天文学具有“小学科、 大科学”特点，属于“贵族的嬉戏”。鉴于经济实力的提升，将来一段时间将是我国天文学科蓬勃发展的黄金时代。本文分别从科学问题和望远镜设备两个方面阐述了天文学的社会意义，特殊是在大国崛起过程中的关键角色；探讨了天文学与太空科技的关联，特殊是脉冲星探讨对太空科技的促进作用。 【关键词】天文学 天文望远镜 大国崛起 民族复兴 【中图分类号】D8 【文献标识码】A 【DOI】10.16619/k

2、i.rmltxsqy.2022.05.004 作为四大文明古国之一，中国曾经是人类史上的绚烂明珠，然而近代却倍受屈辱。1840年的鸦片斗争撬开了古老中国的大门，接踵而来的是若干不同等条约的签署，丢失独立主权的中国被戏称为“东亚病夫”，国民的自尊心亦丢失殆尽。近年来，中国的经济建设成效举世瞩目，但就科学和技术的整体实力而言，与西方发达国家的差距还是明显的。 将来要实现中华民族的全面复兴，科学和技术之兴盛不行或缺。科学集人类关于自然现象或社会阅历之大成，不仅作为软实力体现人类的文明和进步，而且能够引领社会的技术提升，促进一国产业从低端向高端转型。一句话，科学不仅“虚”而且也“实”，在国家强盛过程中

3、起关键作用。这里拟从天文学角度阐述其在大国崛起过程中的特别意义。 天文学要回答的问题是基本的、终极的 天文学乃自然科学六大基础学科之一，紧随人类文明之启而诞生。当才智的灵长类生物抬头注视繁星点点的夜空时，神奇而不解的疑问就始终萦绕其脑海：那是什么？离我多远？还有比它们更远的吗？它们始终就在那吗？是不是那里也有一个像我一样遥望星空的他/她？缺少了这些思辩，猩猩或许恒久不会胜利进化为人类。虽然现代科学已经高度异化导致不同学科沟通的语言越来越有限，但是天文学企图回答的问题还是那么单纯而直白。 值得留意的是，相对于其他基础科学而言，天文学具有“小学科、大科学”特点。一方面，天文学所探讨的科学问题丰富、

4、终极而基本，往往须要倾一国或多国之财力和人才方能胜利建设和运行某个大型天文观测设备以试图解决这些问题；另一方面，天文学从业人员数目相对于其他学科偏少，甚至于明显少于某些二级学科。可见，天文学属于“贵族的嬉戏”，只有经济实力雄厚的强国才能支撑天文学探讨。鉴于经济实力的提升，将来一段时间将是我国天文学科蓬勃发展的黄金时代。天文学要回答的问题是基本的、终极的，这奠定了天文学在大国崛起中的重要地位。 首先，天文学能够塑造人们正确的世界观和宇宙观，提升整个民族的人文和科学素养。作为一种具有精神需求的生命，人类对相识自己所处的宇宙环境有本能的欲望。错误而极端的宇宙观易于导致某些灾难性的后果。“不知天有多高

5、地有多厚”的人对自然就没有敬畏感，对同类就少了包涵心，在法律和道德面前很可能就失去了心理底限。尽管渺小，但人类用科学手段探究自身在宇宙中的存在，这有助于革除教条思维、破除封建迷信。对崛起的大国而言，正确的世界观无疑是建设文明、和谐社会的必要基础。 值得提及的是，从物理学角度来看，天文学以宇宙中若干极端过程、甚至将宇宙本身作为试验室来探讨自然。天文学的这一“物理”角色也很重要，有助于人们检验、改善甚至发觉基本定律。很多极端的天体环境对于一般试验室物理学家而言是望尘莫及的，检验目前已知的“普遍”规律在极端天体条件下的正确性是天文学家不行推卸的职责。当然，在极端情形下不解除某些已知规律须要作部分甚至

6、突破性的修正。完善和发觉物理规律恰是天文学魅力的体现。牛顿发觉万有引力定律就是这方面一个较早的典范，它能够阐明包括行星运动在内的若干跟引力有关的过程。难怪诗人蒲柏感叹：“自然和自然规律为黑暗隐藏。上帝说，让牛顿来！一切即臻光明。” 其次，以探测微弱天体信号为目的而发展起来的若干先进天文观测技术，促进了现代科学技术的发展。这些科技的转化和应用推动着社会、国防以及军事等的现代化。贯穿人类文明史的重大疑难问题的解决离不开愈来愈尖端的技术革新，只有这样才能探测愈来愈准、愈来愈远的宇宙信息。可见，对终极问题解决的努力促使人类对尖端技术永无止境的追求、带动整个社会产业的升级并提升竞争力。 再者，参加国际一

7、流大型天文望远镜的建设和运行是共享科学管理阅历的机会。尽管各国文化、制度等存在差异，但高度国际化的天文设备的实施却普遍以“高效率、低成本”为宗旨。所以，国际大型天文设备不仅是科技沟通的平台，也为高效而科学的行政管理模式供应了范例。 最终，还需指出的是，作为软实力的科学文明往往以相识宇宙的重大进展作为时代的记忆。牛顿在学术上是多产的，但如上提及，以万有引力定律的发觉最具代表性。17世纪以来相当长的时间内，学术界对牛顿的崇拜近乎神化，直到20世纪出现更新牛顿万有引力的爱因斯坦广义相对论。同样，爱因斯坦在物理学领域贡献颇丰，而“相对论”是他历史地位的象征。从牛顿到爱因斯坦，学术话语权的主导也相继从英

8、国转向德国和美国。不少国人常有“诺贝尔奖情结”，但我们这个民族更应当思索的是：谁将会是这颗蓝色行星上替代爱因斯坦的人物？这个人的出现才标记着大国崛起后走向辉煌。 天文望远镜与太空科技 天文学拟回答的终极问题自人类诞生起始终相伴。人类只要在地球上没有灭亡，就不会停止思索和解决这些问题。天文学家主要通过天体过程所泄漏的各种信息来探究宇宙及自然基本规律，事实上，他们正为解决这些科学问题而“不择手段”：在地面、地下、深海、太空等建立先进的天文探测设备来搜集来自宇宙深处的微弱信号，并对这些数据细致处理和分析，以求最终找到问题的答案。 电磁波是迄今最主要的泄露天体过程信息的载体，因此天文学家往往专注于探测

9、各种各样的电磁辐射。依据探测手段上的差异，电磁波的观测分为三大类：光学、射电和高能X/射线。相应地，天文学按观测波段分为光学天文、射电天文和高能天文等分支。光学天文是最早的传统观测手段。然而，随着二战中雷达技术的兴起以及高空气球或火箭探测的尝试，射电天文和高能天文自上世纪中叶起先渐渐活跃于天文学的前沿。这三大天文领域获得的天体信息互为补充，且对技术和社会的推动也不尽相同。从表1可见，再高深的科学目标也只有物化到“电路板”上才可能达到，也才能有效地推动技术创新、促进产业升级。三类天文观测都高度依靠机械自控等“机电一体化”。无疑，大型天文望远镜是高新技术的“竞技场”。 四一百零一多年前，望远镜在荷

10、兰的一个小镇被眼镜师所独创。伽利略自制望远镜指向星空，特殊是木星及其四周的卫星系统，表明地球并不是这个体系的中心。这有力地支持了哥白尼的“日心说”。时至今日，望远镜的设计、建设和运行越来越困难和高端，成为国家孕育技术创新的平台。建国之前，我国的望远镜乏善可陈。11019年投入运行的2.16米口径的光学望远镜是个里程碑。由于国力不济，各类天文望远镜尽管后续有所发展，但跟国际先进水准相比仍旧存在显著差距。可喜的是，随着近年来的经济发展和国际沟通，我国正筹划、建设和运行若干国际一流的大型望远镜。 天文望远镜跟太空科技的关联至少体现在如下两个方面。 一方面，太空飞行设备的指令上传和数据下传往往借助天文

11、望远镜来完成，以实现地面与太空之间的胜利通讯。正如日常生活中人们利用无线电信号沟通，太空与地面之间的通讯往往也是利用射电波。虽然雷达天线也能起这样的作用，但是射电望远镜具有比雷达更灵敏和精确的性能，能够发送和获得高质量的数据。 射电天文取得的科学成就为相关技术的发展推波助澜。众所周知，上世纪60年头的射电天文“四大发觉”至今仍是天体物理学者们探讨的热点。射电天文取得如此刺眼的成果其实并不惊奇，天文观测可以泛泛地看作星际通讯，而无线电波是最经济的信使。利用全球射电天文望远镜运行至今所接受的总能量甚至翻不动一张纸。正如全球通过无线电波通讯进入了信息时代，射电波当之无愧地成为人类相识宇宙的关键窗口。

12、射电天文发展的背后靠的是日新月异的电子学技术。反过来讲，要让无线电技术再上一个台阶还需借助射电天文来引领。如今，我国无线电技术阶跃性的提升尤为紧迫，涉及社会、国防甚至军事等领域。2022年7月，我国在贵州建成了全球最大单口径望远镜，这昭示着射电天文全面发展的美妙明天。 谈起射电天文望远镜，不得不提及如今国际合作研制的平方公里射电阵。它将是世界上最大、最灵敏的射电望远镜阵，台址位于南非和澳大利亚境内。它灵敏度极高，能检测到距离地球数十光年远的行星上机场雷达，辨别率高于哈勃太空望远镜的50倍。SKA代表了人类信息技术的最高水平，其建设和运行将全面挑战现有电子学技术。若中国胜利参加SKA，有望带动我

13、国电子、信息、微弱信号检测与处理等若干领域的技术发展，并储备服务于国家平安的技术。 另一方面，为得到更高质量的测量数据，天文学家还在太空建设望远镜。这些天文设备的建设和运行代表太空科技的发展水平。固体地球表面以上存在大气层，不同波段的电磁辐射被大气层汲取的程度有差异。有三个频段内的光子被大气层汲取较弱，这些波段称为“大气辐射窗口”。若要探测这三个波段之外的电磁辐射就不得不通过卫星、火箭或高空气球等实现。例如最典型的高能X/射线的测量，其志向的方式是在太空飞行器上实施。不过，即便于大气辐射窗口内观测，为了避开大气層湍动对天体影像的干扰，在外太空测量也具有优势。这些应用于天文学探讨的人造卫星又称为

14、“太空望远镜”。例如，美国哈勃太空望远镜是在近地轨道上运行的口径为2.4米的光学望远镜，国际上在轨工作的X射线望远镜钱德拉卫星和牛顿卫星分别由美国、欧洲主导研制。 随着国力的上升，我国“十一五”太空科学发展规划列入“硬X射线调制望远镜”。这是我国自主研制的第一颗太空X射线望远镜，安排2022年上旬放射升空，用于观测黑洞和中子星/脉冲星等极端天体的表现。可喜的是，积累了HXMT的研制与观测阅历之后，我国考虑联合欧洲研制增加型X射线计时和偏振望远镜。eXTP将是中国主导的X射线天文探讨平台，它不仅拥有更好的性能来记录宇宙X射线，而且将通过跟国际高能天文探讨接轨培育一支有竞争力的年轻一代X射线天文学

15、家。类似于HXMT，eXTPS的科学目标将探讨强引力、高密度以及强磁场等情形下的物理规律，拓展人类关于深层次物理规律在大尺度上表现方面的学问。假如安排顺当，eXTP将于2025年前升空，成为国际上先进的在轨运行X射线望远镜。明显，以HXMT和eXTP为代表的太空天文卫星的研制和运行跟太空科技实力的整体发展密不行分。 除了地空通讯和太空观测以外，包括卫星轨道动力学、行星科学、太空碎片监测等太空科技离不开天体力学这个传统的天文学领域，望远镜观测也不行缺少。诚然，天文学这些属性使得任何一个大国在经济发展到肯定程度后都会重视它的发展。这是大国走向强盛的必由之路。 脉冲星科学与工程 以上分别探讨了天文学

16、和望远镜，在此一部分笔者拟占些篇幅探讨自己长期关注的脉冲星科学与工程及其跟太空科技的关联。 脉冲星为大质量恒星演化至晚期通过超新星爆发后而遗留的残骸，以极端物理环境而著称。它的存在，不仅有助于理解宇宙中丰富而好玩的天文现象，而且是探讨基本物理规律的关键场所，并会帮助人类打开纳赫兹引力波天文观测窗口。除了这些科学意义外，脉冲星探讨还具有时频和导航等应用价值。鉴于此，脉冲星是包括FAST、HXMT、eXTP以及平方公里射电阵等国内外的大型地面或太空望远镜的核心科学目标，受到相关领域从科学家到工程师人群的普遍青睐。 工业基础之上”。值得留意的是，科学发展影响技术和工业的详细模式随着时代而变迁。众所周

17、知，原子核是人类相识微观世界的一个重要层次。上世纪40年头前后核物理学进入大发展时期，其应用探讨深刻地变更了人类的斗争史、文明史以及能源观。如今，太空作为重要的战略资源，其开发的程度体现国家的综合竞争力。半个多世纪后的今日，人们好像正在将关注的目光从原子核转向脉冲星。 小结 作为最古老的自然科学之一，天文学在中华民族崛起之时将焕发新的活力。它不仅是相识自然、建立正确世界观的重要途径，而且以相关大科学工程为平台引领科技创新。天文测量没有最精密，只有更精密；科学技术没有最尖端，只有更尖端。在大国崛起过程中，天文学无论在“虚”还是“实”的方面所扮演的角色均无可替代。关于眼下天文学科的发展，有两点值得

18、探讨。 一是关于国际合作。天文学是高度国际化的学科，但无论科学还是技术的合作都应当肃穆评估其推动国内技术和产業的可能性。我国高铁和大飞机的发展历史就是值得借鉴的成败阅历。铁路和空运在我国都有广袤的市场。在短短十来年的时间内，高铁能够融会多国技术而“青出于蓝”并成为中国的“名片”，靠的是以国际合作助推自身研发从无到有、从低到高。若无研发之本，高铁也必如“大飞机”那样至少一段时间内停留在购置引进阶段。 二是关于教化。过去经济上的落后导致天文学科发展迟缓，人才培育和储备也不志向。随着若干大型望远镜的国内主导和国际参加，大家都意识到推广阔学天文教研的紧迫性。教化是个系统工程。一个国家将来十年的科学竞争

19、力很大程度上取决于如今刚获得博士学位的探讨队伍；二十年后的社会活力驾驭于目前在读的高校生和探讨生手里；三十年后的中坚力气正在接受我们为他们设计的初等和中等教化。然而，当今的教化环境不容乐观。中等特殊是高等教化应当激励爱好驱动而不是功利驱动的，后者不行避开地导致教化资源配置的奢侈和失衡。只有具备了健康有序的教化系统，我国巨大的人力资源潜力才会得以释放。 责 编郑韶武 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页