宇航员说宇宙：疯狂的物理世界

作者简介

乌尔里希·沃尔特，物理学家、自然科学博士、德国慕尼黑工业大学教授。1993年4月，沃尔特与其他6名宇航员一起乘坐哥伦比亚号航天飞机进入太空飞行了10天，在太空实验室进行了约90次实验，其中大部分是生物学和材料学领域的实验。他是一位真正与宇宙亲密接触的科学家。

内容简介

太阳系中的地外生命？ [德]乌尔里希·沃尔特 宇宙中是否存在地外生命？答案可能就近在眼前！ 为什么要去太空旅行？ 人类探索太空，有四个主要原因：其中，两个为实用性(功利性)原因，另外两个为超越实用性(超功利性)原因，没有一个原因是“在太空进行科学研究”，而这就是我们今天在空间站正在做的事。 两个功利性原因： 一是避免来自太空的对部分人类或全人类的致命危险，例如抵御可能摧毁整个城市甚至消灭人类的小行星。 二是通过移民到其他星球来确保人类在地球以外能够继续生存。对此，物理学大师斯蒂芬·霍金以非常悲观的预测而声名鹊起。 第一项任务是非常现实的，因为具有毁灭性影响的小行星可能明天就会撞击地球，尽管概率非常低。所以它是未来100年至1000年里的一项重要的任务。虽然人类会因太阳燃烧殆尽而灭亡是不可避免的，但这种末世问题在数百万年后才会变得严峻。 另外两个超功利性原因： 一是引导人类改变以自我为中心的观点，即明确我们在宇宙中的真正地位(即不重要)。二是我们应该摒弃人类在文化上的自以为是，不要把地球看作上帝赋予的宇宙中心，它只是浩瀚的宇宙海洋中一艘摇摇欲坠的小船。然而，人类只有当自身以完全不同的视角看过地球之后，才能明白这些道理。所以，太空旅行是人类自我认知的一个重要里程碑。 最后，还有一个问题：“我们在宇宙中是孤独的吗？”早期经院哲学家艾尔伯图斯·麦格努斯(Albertus Magnus，1200—1280)曾经称其为“自然研究中最崇高和最庄严的问题之一”——这确实是有道理的。 为了给这个问题一个具体答案，我们必须飞到其他天体上去看看。这样做的逻辑在于，如果我们没有任何发现，并不意味着我们是孤独的，可能只是单纯因为我们找错了天体。但如果我们发现其他生命，即使只是非常原始的生命， 也表明我们可能并不孤独。 为什么要漫游宇宙？ 不幸的是，在可预见的未来，如果存在其他生命的话，我们也无法载人飞行到其他星系。虽然以今天的技术，无人驾驶飞行是可能实现的，但即使是到离我们最近的星系，也需要至少几千年的时间。而如果我们已经发现了太阳系中存在其他生命的证据，也许就不需要进行如此大费周章的旅行了。 真的存在其他生物吗？确实如此，而且我们已经清楚地知道该去哪里找。原则上它必须是可以孕育生命的天体，即温度在0摄氏度至100摄氏度之间。因此，温度高于400摄氏度的水星和金星被排除在外。而木星、土星、天王星和海王星等大型气体行星不仅太冷，甚至都没有固体表面。它们只由气体组成！ 火星上存在生命吗？ 那么，火星就成了除地球之外唯一的候选热门。如今我们知道，35亿年前，火星上有热带温度的海洋。如果当时那里有其他种类的生命存在，今天我们仍然可以从火星的土壤深处发现它。几十年来，这一想法驱使着科学家们一次又一次地前往火星。这也是为何欧洲空间局(European Space Agency，简称为ESA)的“Exomars 2022火星探测器发射计划”显得如此重要。该探测器将钻入火星土壤并研究土壤样本中是否存在地外生物细胞。因此，2016年10月19日，“夏帕雷利号”(Schiaparelli)火星探测器的坠毁对欧洲空间局来说是如此的痛苦，因为这是一次尝试，表明人类可以将“Exomars火星研究实验室”安全地带到火星表面。 卫星上存在生命吗？ 不过，太阳系中还有另外两个可能存在地外生命的候选天体：木卫二欧罗巴和土卫二恩克拉多斯。多年来，我们已经知道这两颗卫星上一定有巨大的液态水海洋，但我们无法直接看到，只能看到表面的冰壳。 原本这两颗卫星因温度太低而不可能存在液态水，但由于它们非常大，其内部铀、钍和钾的放射性衰变所产生的衰变热使它们内部升温。此外，这两颗卫星还被其各自行星的强大引力(潮汐力)加热透了，而这也使它们强烈升温，导致其内部的温度很高，在海洋上空形成热对流，一部分会形成高位喷泉向外释放。所以在海床上，应该也会如同在地球上一样存在热液喷口，也叫海底黑烟囱。我们知道，这有可能是孕育第一批生命形态的温床，因为这正是我们最早在地球上发现生命的地方。 探测任务是这样的 要在其中一颗卫星上探测到单细胞生物，可以发射一个探测器到土卫二。一种方法是让探测器在那里着陆，被衰变能量加热的探测器会慢慢地融化冰壳，最终在某一时刻成功进入海洋，在那里人们可以通过采样来进行单细胞生物检测。更简单的做法是直接让探测器飞过喷泉上方，采集到一些带有细菌或至少有生物分子的水滴作为地外生命存在的基础并对其进行分析，但这种做法是否可行还不太确定。 这正是美国国家航空航天局(National Aeronauticsand Space Administration，简称为NASA)正在计划的“土卫二生命发现者”任务，该任务尚未获得资助。在我看来，这是美国国家航空航天局所策划的最佳任务之一。 1.德国宇航员、慕尼黑工业大学教授、西北工业大学客座教授 乌尔里希·沃尔特科普力作！知识够硬！讲解够简单！ 2.从熟悉的日常现象到令人费解的奇异事件，这些深刻的科学原理你需要了解！ 3.在太空实验室进行了约90次实验，为你揭秘物理原理！ 4.将复杂的物理学简化，物理原理辅以分析图、示意图，讲解够直观！走进奇妙的物理世界！ 4.上百个挑战常识的物理谜题，解密生活中有趣的现象。 5.当生活“常识”撞上物理原理，让你不禁对“经验”产生怀疑。 6.历史经验会帮助我们得出正确答案吗？任何对这个复杂世界的简单解释都不可能准确！ 7.重走前代科学家的旅途，了解困扰历代物理学家的难题！