《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

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发布日期:2017年05月09日 所属分类:人物

作为第一个在小说中描写如何科学地“穿越未来”的天文学家,可能卡尔·萨根(Carl Sagan)无论如何也想象不到,他的诞辰80周年纪念会暨《暗淡蓝点》纪念版发行会和他的老朋友基普·索恩(Kip Stephen Thorne)指导的电影《星际穿越》竟然几乎同时举行。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

美国天文学家卡尔·萨根

卡尔·萨根,目光穿越时空

卡尔·萨根,美国天文学家(1934.11.9—1996.12.20),出生在一个俄罗斯裔的犹太移民家庭。他在行星物理学领域取得了许多重要成就,包括建立了金星大气的温室模型,从而发现金星表面具有极高的温度。他在生命起源、地外生命探索、美国的太阳系探测计划等多方面做出了重要贡献。

对于普通读者来说,更重要的是他是一位充满热情的科普作家,他和PBS电视台拍摄的系列电视科普节目《宇宙》是历史上最受欢迎的节目之一,在60多个国家里观众超过6亿人。他的多部科普作品《宇宙》(与电视节目同步发行)、《暗淡蓝点》、《魔鬼出没的世界》等都是畅销科普书。(英国科学家、科普作家Brian Cox就坦承深受卡尔·萨根影响,他已经和BBC拍摄了电视科普节目“奇迹三部曲”三部曲《宇宙的奇迹》、《太阳系的奇迹》和《生命的奇迹》,风靡全世界。)

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

《暗淡蓝点》纪念版

更有意思的是,萨根还有一部科幻小说《接触》(Contact,又名《超时空接触》)被搬上荧幕,描写了一位女科学家执着地寻找外星文明的故事。电影于1997年上映,朱迪·福斯特出演了女主角,马修·麦康纳出演女主角的男友。17年之后,马修·麦康纳又演出了《星际穿越》的男主角。萨根在《接触》中安排女主角穿越到外星文明的世界进行了一次时间旅行,实现了人类和更高级智慧文明的“第一次握手”。萨根本来假设女主角进入了黑洞,但索恩指出,“只进不出”的黑洞无法作为穿越媒介,建议萨根使用虫洞。从此“虫洞”成为科幻文学的一个标准设置。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

《超时空接触》电影海报

萨根的科普作品不仅仅关注科学知识的普及,更重要的对科学精神的讨论,对于科学和人类文化关系的思考。在《接触》这部电影中,就表现了外星文明一旦被发现,将会对人类社会造成何等的冲击。在《伊甸园的飞龙》《布鲁卡的脑》中,萨根结合当时生物学对大脑工作机制的研究,探讨了人类意识的运作方式,及科学思维这种认识世界的方式对人类认识自身和宇宙所产生的重大影响。

20世纪60、70年代,由于阿波罗登月计划等科学活动的影响,公众对科学非常关注,也有许多科学家乐意向公众分享科学知识。但70年代末之后,随着科学分工日益细密,科学家之间的竞争日益激烈,科学家群体把更多的注意力逐渐转向了行业内部,而忽视对公众的分享。美国的媒体版面上也重新被星座占卜、替代医学等各种迷信所占据,人们惊呼“科学被迷信打败了”。卡尔·萨根对此也洞若观火,他生前写出的最后一本书《魔鬼出没的世界——科学,照亮黑暗的蜡烛》,集中研究了在美国流行的形形色色的伪科学,指出为什么在科学家看来这些是伪科学,以及为什么人们会追捧这些伪科学。他呼吁社会要重视科学的怀疑精神,更好地认识我们这个世界,不要被那些猎奇的迷信误导人们的求知欲望。今天看来,萨根的呼吁并没有过时,今天我们的科学更加发达,但各种以“心灵鸡汤”形式存在的迷信宣传比萨根所在时代也更变本加厉。重读萨根,既能让我们学习到科学知识,也让我们体会科学地认识我们所处的世界和我们自身是何等之不易。

暗淡蓝点,天文学家对地球和人类的爱

《暗淡蓝点》这本书是在20年前,卡尔·萨根60岁时出版的,两年后他就去世了。所以这本书也可以说是萨根为自己撰写的一部科学自传,既反映了他的在行星探索方面的科学工作成就,也记述他对于宇宙探索、环境保护、人类文化的思考,体现他的宇宙情怀。尽管20年过去了,但这部具有强烈个性的科普着作却一点儿也没有过时,因为萨根记录的是我们认识太阳系的历史,其中的科学知识和探索历程,历久弥新。

萨根带领我们从“地球”本身开始思考。在人类思想史和天文学历史上,曾经长期以为人类和地球具有极其特殊的地位。对于地球地位的争论从古希腊一直持续到17世纪初,哥白尼的日心说才确定了地球是太阳系里的一颗普通行星,开普勒发现了行星运动三定律和伽利略发现了木星卫星、牛顿发现了万有引力,从而最终证实了哥白尼的行星猜想。

后来的科学发展证实,太阳只是银河系外围一颗普通恒星,银河系也十分普通,仅仅是几千亿个星系之一,人类也只是生物界进化出来的成员。萨根高度评价这些科学发现,认为这样的认识转换应该让我们认识到,人类应该谦逊。为了进一步显示地球在宇宙中的位置,在萨根的建议下,已经到达太阳系边缘的“旅行者1号”飞船在1990年2月14日回望地球,拍摄了“太阳系全家福”和著名的“暗淡蓝点”(Pale Blue Dot)。

地球在照片看起来只有两三个像素大小。由于镜头几乎正对着太阳,支架反射的一缕光线正好笼罩住这个光点。萨根称这幅地球影像为“暗淡蓝点”,它让我们看清地球其实只是浩瀚宇宙中的一个毫不起眼的小不点。本书的书名即来源于此。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

旅行者1号拍摄的“暗淡蓝点”,地球只有两三个像素。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

旅行者1号也替金星、木星、土星、天王星、海王星拍摄了类似的照片,从而构成一幅太阳系全家福。因为位置和太阳的影响,无法拍摄到水星和火星。

萨根在书中说:

再看看那个光点,它就在这里。那是我们的家园,我们的一切。你所爱的每一个人,你认识的每一个人,你听说过的每一个人,曾经有过的每一个人,都在它上面度过他们的一生。我们的欢乐与痛苦聚集在一起,数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说,所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯,都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。

在浩瀚的宇宙剧场里,地球只是一个极小的舞台。……地球是目前已知存在生命的惟一世界。至少在不远的将来,人类无法迁居到别的地方。访问是可以办到的,定居还不可能。不管你是否喜欢,就目前来说,地球还是我们生存的地方。

有人说过,天文学令人感到自卑并能培养个性。除了这张从远处拍摄我们这个微小世界的照片,大概没有别的更好办法可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。对我来说,这强调说明我们有责任更友好地相处,并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点——这是我们迄今所知的惟一家园。

值得一提的是,在70年代发射的飞向太阳系外的无人探测器先驱者10号、11号上,携带着萨根设计的“地球名片”。这张名片很多人都熟悉,上面描绘宇宙中最轻元素氢原子的量子基态、根据脉冲星定位的太阳系方位、地球在太阳系中的位置、地球男女性的形象,以及探测器本身和地球男女身高的一般比例。旅行者1号、2号则携带了萨根牵头组织的委员会设计的一张铜质磁盘唱片,内容包括用55种人类语言录制的问候语和各类音乐(包括中国古曲《流水》),旨在向“外星人”表达人类的问候。时任美国总统卡特的问候是:“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力活过我们的时代,进入你们的时代。”这2种4份地球名片,是地球人类送给外星文明的“外交名片”,也许几万年之后,他们会收到吧。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

先驱者10、11号携带的“地球名片”。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

旅行者1号、2号携带的“地球唱片”。

太阳系探索,发现新世界

萨根曾任美国天文学会行星科学学会主席,当时正值美苏竞相开展太空探索活动,他在美国的太空科学计划中起到了十分重要的作用。后来萨根曾荣获美国航空航天局的特别科学成就奖,两次获得公共服务奖和航空航天局颁发的阿波罗成就奖。

20世纪60年代,美国航空航天局喷气推动实验室制定了雄心勃勃的探测太阳系的“水手计划”(Mariner program),对近邻行星展开近距离观测。水手号探测器是在徘徊者月球登陆探测器基础上改进而来的共发射了8艘探测器,对火星、金星、水星进行了成功的探测。60年代中期,根据从地球上获得的金星射电波谱和“水手2号”的探测,萨根建立的金星的大气模型,推断出金星表面比地球高出400摄氏度,可谓灼热无比,而且那里是一个令人窒息、阴云密布的世界。“水手计划”进一步的观测证实了萨根的理论推演结果。

在制定太阳系远处的气体巨行星(木星、土星、天王星、海王星)以及冥王星的观测计划时,美国航空航天局遇到了困难:即使用当时威力最大的大力神3号-半人马座火箭,也要花相当长的时间:到天王星需要16年,到海王星需要30年!漫长的时间足以让任何组织放弃这样的计划。

幸运的是,1965年当分析专家盖瑞·弗兰德罗(Gary Flandro)进行木星任务研究时发现,这几颗大行星将进入一个罕见排列结构。借助引力弹弓技术,探测器飞行经过太阳系所有的大行星只需要9年!每经过一颗行星,就能够增加一次速度,更快地飞向下一颗行星。这种排列176年才会出现一次,最近的发射日期就在12年后。这个时间对科学家们精心准备来说足够长,而作为科学目标来说又足够近,机会实在太好了,令人无法拒绝。

美国航空航天局,制定了两个飞出太阳系观测计划,按照木星—土星—冥王星、木星—天王星—海王星的路线上是旅行者1号和旅行者2号,1977年升空。另一项是由埃姆斯研究中心(Ames Research Center)用先驱者10号、11号作为旅行者计划的先导,验证通过火星和木星轨道之间的小行星带时,微小天体对航天器的威胁程度,检验木星磁场对航天器的威胁。先驱者10号、11号于1972年、1973年发射。

作为最早踏上外太阳系之旅的航天器,它们为人类认识外行星做出了重要的贡献,我们在科学课本、科普图书上所见到的许多壮丽的画面,就是这些无人探测器历尽艰险传递回来的。《暗淡蓝点》记录下了这段充满了新发现、激动人心的太空探索时代。

就在2013年9月,美国航空航天局宣布,充分利用引力弹弓技术而成为奔向太阳系赛跑第一名的旅行者1号,已经进入到了太阳风影响范围之外的恒星际空间。此时旅行者1号已经飞行了36年,距离地球190亿千米,信号到达地球也得17小时之久。旅行者1号、2号,都是以3块放射性同位素热电机作为动力来源,发电机已经大大超出了起先的设计寿命,一般认为在大约2020年之前仍可提供足够电力令航天器能够继续与地球联系。

太阳系之外,寻找新的地球

有意思的是,卡尔·萨根和他的同事们利用“伽利略号”探测器两次掠过地球附近进行引力弹弓加速的机会,把地球作为“未知行星”,进行了一番观测。当时伽利略掠过地球时高度只有950千米,天文学家们指挥“伽利略号”对地球进行了拍摄,收集图像和光谱,从外星人视角利用这些资料来分析地球这颗行星的基本情况。这对于具有什么条件的行星才可能适合生命的产生和繁衍这个问题打开了新的思路。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

1968年阿波罗8号宇航员环绕月球时看到月面上“升起”的地球。

在本书最初出版的时候,对太阳系外行星的探测才刚刚开始,而且是在一颗中子星周围偶然地发现它有至少三颗行星。如今,多种探测器已经上天搜寻系外行星,已经找到约2000个,其中像地球这样大小、位置合适,可能适宜生命繁衍的,还不到百分之一。而且这些都是从望远镜中获得有限信息分析的结果。

《暗淡蓝点》:卡尔·萨根的宇宙情怀

太阳系外的行星系统(概念图)

就像《星际穿越》开头指出的那样,假如有一天地球不再适宜人类生存,我们该向何处寻找新的家园?至少目前看来我们还得首先发明出更好载人航天技术,才能跨越星际空间实现宇宙移民。

《暗淡蓝点》这本书涉及了很多内容,比如卡尔·萨根对于古代文化的观点,对科学精神的理解,科学发展对社会思想的影响等等,这些都同样精彩的思想,请读者亲自阅读时来欣赏和赞叹吧。

作者:老孙
来源:科学松鼠会
原文链接:http://songshuhui.net/archives/91241

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