亲爱的读者,很多人可能对太空探索简史——从天圆地方到火星登陆和“天圆地方”是谁推翻的给我们了解地球不是很了解,所以今天我来和大家分享一些关于太空探索简史——从天圆地方到火星登陆和“天圆地方”是谁推翻的给我们了解地球的知识,希望能够帮助大家更好地了解这个话题。
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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。
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 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。
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 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 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 了。
没想到这一 ,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。
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 。方 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。
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!
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。
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。
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。
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。
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。
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 回来。
比起美苏来,我们 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。
“天圆地方”是谁推翻的,给我们了解地球做了什么贡献?
早在哥白尼和伽利略之前,我们中国古代就已经出现了一位伟大的天文学家——张衡,他首次推翻了古人上千年对于世界史是”天圆地方”的这一个说法。
我国古代人们没有先进的科技,只能依靠肉眼观察和前人得出的结论来描绘世界,因此早在2000多年前的周朝,古人就觉得天是圆的,地是方的。天圆地方是来自于《易经》,人们用八卦推演出来的天地运行图,本质上就是在阴阳体系中,我们对于天地的诞生和运行的理解。这其实也,体现了中国人自古以来的思想归化,里面蕴含着深刻的哲学道理,隐含了中华民族传统 的精髓。但是随着历史的推进,到了东汉,伟大的学者——张衡,提出了“浑天说”,推翻了千百年来,人们对于世界的幻想。张衡是地心说的支持者,他凭借着自己对天文的精确观测为基础,提出地球像一个鸡蛋,而我们生活的地就是蛋黄,处于鸡蛋的中心。这一观点的提出推翻了天远地说的手法,并且比伽利略等人早了1400多年,思想和说法具有绝对的前瞻性和超前性。他还因此专门制造了浑天仪用来演示地球物质的运动与生存规律,虽然他提出来的观点是值得赞扬的,但因为当时时代的禁锢,他的说法并不全面。不过要说对世界范围内对宇宙运行的影响,还得从哥白尼和伽利略说起,哥白尼提出,太阳是宇宙的中心,它的这个太阳中心说沉重的打击了当时的宗教神学,是对科学时代的到来具有划时代的意义。
而伽利略则是第一位发现望远镜的人,这对后世研究太阳与地球提供了更加强有力的科学保证,另外,他发现了自由落体的定律,证明了日心说是正确的。
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