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第17章 穿越时空的视线(5)

直到今天,对于时钟精确度的追求还要继续着,而对我们这些年轻读者来说,最最宝贵的就是青春,而青春也就是生命中那段最美丽的时间,这段时间的美丽是因为,它差不多为你奠定了一生的基础,为你奠定了生命的永远。

让我们来读《计时器简史》让我们用生命来感受时间,把握时间!

推荐卡尔·萨根《火星上的人脸》

本期这篇文章选自卡尔·萨根用科学方式批驳伪科学的巨著《魔鬼出没的世界》。作家说这本书是我的个人坦白,向你们讲解我对科学终生的爱情故事。”

卡尔·萨根是一个为科学奉献了终生的人物。他生前是美国康奈尔大学的天文学教授。在其作为天文学家的一生中,他重点研究金星温室效应、火星季节变化、地球生命起源、外来生命探索和核战争对环境的长期影响等重大课题,并取得了巨大成就。与此同时,他还在美国航空航天局“航海者海盗”、“旅行者”和“伽利略”等太空探险计划中,起了相当重要的作用。为了航天事业的发展,为了人类宇宙新边疆的拓展做出了自己的贡献。

同时,他还是一个杰出的科学教育家。作为二位具有世界性影响的科普与科幻作家。他一生共创作了30本科普与科幻著作。如果说这些著作有一个共同的特点,那就是把科学领域的重大发现传达给广大公众。使科学知识从书斋中,从实验室里,从一个又一个神秘的应用领域里解放出来,让公众理解,让公众掌握。从而激发起公众,特别是正在成长的年轻一代对科学的景仰与热爱。他的好几本科膂著作,都曾十分畅销。比如他的《宇宙》一书,就曾在《纽约时报》的畅销书排行榜上连续70个星期雄踞榜首。

《魔鬼出没的世界》是卡尔·萨根一生中最后一部作品。1992年,他因骨髓癌去世。这个“惟一能够用简单扼要的语言说明科学是什么”的科学家在他年仅62岁的財候便离开了我们。但是,他留下的丰厚精神遗产。这笔丰厚遗产的精华便是孜孜不倦的科学探索与坚定不移的科学精神。

在当下的中国,在伪科学还在公众中占有相当市场的时候,介绍卡尔·萨根这样的作品,应该是具有特别意义的。特别是在今天的现实生活中,伪科学总是假借科学的崇髙名义,愚弄公众,制造卖点。在这样一种情况下,介绍以科学精神揭露伪科学的反科学本质的作品,更;成为一种特别的需要。时代需要我们为公众提供真正的科学,需要公众通过科学的观点来观察这个世界,来探索这个所存在的广大无边的未知领域。

就以这篇节选的《火星上的人脸》为例,我们在一些传播颇为广泛的杂志和书籍中都看到过这张印刷模糊的火星上的人脸。应该说,这张看似人脸的轮廓在火星上是存在的。它显现在人类发射的科学探测器发回的照片上。但是,这样的材料到了不负责任的撰稿人手里,到了不负责任的出版商手里,便从一个以科学途径发现的现象,衍生出一些荒诞不经的伪科学的臆测,并得出耸人听闻的荒诞结论。卡尔·萨根在他的文字中,很轻易地便击破了那些关于火星人脸的不负责任的谎言,就在这样一段文字中,科学与伪科学两相之间的区别,也便泾渭分明了。其实,这样的耸人听闻,表面上以探索精神为号召,探藏背后的却是对利润的无原则追逐。我们不禁要问:当利润与科学精神,当金钱与文化责任放上了天平时,失重的总是看似抽象的精神和责任?我们不得不承认,中国是一个科学精神贫弱的国家。我们没有产生卡尔·萨根这种科学人物的条件与土壤,但是,如果我们连正确传播科学思想的途径都放弃,而任出版物中伪科学的东西大行其道的话,将无法面对一个国家,一个民族的未来。

我想特别向本刊的青少年读者指出:现在市面上打着科学幌子,探索的幌子,行销着大量出于主观臆测,宣扬神秘主义,宣扬不可知论的读物,会把追求科学的读者引导到背离科学的道路。我主持的这个栏目,不但向读者推介了文学表达与科学表述两相结合相当完美的科学美文,同时也向大家推荐了一些值得大家深人研读,表达生动浅易,文笔生动优美的科学著作。

卡尔·萨根在这本书的题记上写了两句话,一句话是:“此书送给我的孙子托尼奥Z我想,他是以科学的名义把科学的真理告诉给所有下一代,他的孙子只是代表未来的一代人的一个最为亲近的代表。

他的第二句题辞是:“祝愿我们的世界摆脱恶魔的纠缠,充满阳光。”阿门,我想我们大家都愿意接受这最美好的祝愿。

捕捉遥远星光

夜空中的星星从不断绝,

但却不是原来的星星了。

在天空中闪耀着的星星,

有的消失有的诞生,

从未尝试过长久停留。

这不是诗人在感叹世事无常,而是当今一个天文学家的感慨。人类最先通过望远镜把目光投向星空时,是想明了地球在太空中所处的位置。但是,很快,人们便在星空中发现了更多的秘密。这些秘密促使人们开始考虑宇宙本身的历史与由来。在这个转折期中,一个重要的人物是美国天文学家哈勃。他是最早观测并确认银河系外还有天体存在的天文学家之一,也是最早提供了宇宙膨胀实测证据第一人。

在已经过去的伟大的20世纪,哈勃们还用满布天幕的星光,建立起了我们对于时间,特别是过去时间的直接观念。为了纪念哈勃,20世纪末一项最具野心的天文计划,便冠上了哈勃的名字。

1990年4月24日,美国佛罗里达州卡拉维拉尔角,“发现”号航天飞机静静地竖立在发射架上。装载着最新型的观测宇宙的眼睛——哈勃太空望远镜的“发现”号航天飞机即将升空。

这个时刻,距当初预计的哈勃太空望远镜升空的时间已有9年。如果算上哈勃太空望远镜本身的设计与制造,这个过程则长达15年。在人类的认识水平一日千里的时代,15年已经是一段相当漫长的时间。

美国国会早在1977年就通过了有关哈勃太空望远镜的财务预算。科学家们预计,哈勃将于1981年升入太空,在不受大气干扰的情形下去发现隐藏在浩瀚宇宙中众多的秘密。乐观设计者们大大低估了建造这架望远镜所需要的时间。只是用手工研磨巨大的主镜片便用去了整整五年。

于是,望远镜的升空时间推延至1983年,后来又因为电脑程序错误延迟至1985年。

人们已经习惯了把延迟发射的消息与哈勃望远镜联系在一起。果然,到了预计中的发射期,升空日期再次推迟至1986年。1986年8月,因为临时追加的一些必荽测试,发射日期又推迟到10月。人们再也想不出什么理由使哈勃的升空再行延迟了。

就在这个时候,“挑战者”号航天飞机爆炸的事故,使美国所有的太空计划都搁置下来,这一停顿便是两年半时间。随着所有航天计划的修改,哈勃望远镜发射升空的日子再一次修改为1989年6月,这个日子到来的时候,人们并没有看到航天飞机竖立在发射架上。人们被告知,发射时间又一次修改。这次,哈勃进入太空的时间定在了1990年2月。最后,在1990年4月10日,装载着哈勃望远镜的航天飞机再次站立在发射架上。但在发射前5分钟,发现油压系统的辅助装置有运转不良的现象,发射前最后一分钟,升空计划被中止。两千余名屏息等待的科学家的希望再次变成了深深的失望。

哈勃还未升空,便成了一部典型的科学教程,一次失取接着一次失败。每一次失败之后,人们能够告诉自己的就是,我们离成功又近了一点。在人类的文明构成中,除了科学,似乎没有别的事业能够经历如此众多的失败。

1990年4月24日,花费了科学家们九年精力以及7亿美元的巨资,装载着哈勃太空望远镜的“发现”号航天飞机顺利地升人了太空。

大气层保护着地球上的生灵,同时,又遮蔽着人类投向宇宙的目光,科学家们把一台大口径的天文望远镜送入太空,就是为了突破大气层对光线的屏蔽,观测到更遥远的天体,探索宇宙早期的模样,进而判定出宇宙的年龄。但是,发射期一共延迟了9年之久的哈勃真的能够完成这样的使命吗?

也许,任何一个将会使人类认识水平得到革命性提升的科学突破,都必须付出更大的代价。在哈勃的故事里,这个代价不只是通过国会批准而耗费大的纳税人的美元,更大的考验还在于,科学家们的信念是否足够坚定,公众和政治家们对这一项目是否具有足够的理解和耐心。

升空一个月后,哈勃在地面遥控下开始工作。一个意想不到的悲剧性的结果呈现在人们面前:哈勃拍摄的天体照片都模糊不清,其解析度只能达到设计指数的二十分之一。哈勃望远镜设计者之一威廉·鲍姆说:“我们事先针对哈勃所可能产生的各种问题进行了模拟演习,万万没有想到球面像差问题的产生,因为这个问题太基本了,连做梦都没有想到会有这种事情。”

球面像差,是指反射到主镜面上的光线无法聚焦的现象。这是早在伽利略和牛顿的时代就已经被认识并找到了克服方法的问题。哈勃的直径为2:4米,这块镜片磨制出来后,其边缘出现了0002厘米误差,使进人哈勃的光线产生了5厘来左右的扩散,所有星星都成为模糊的光团。

人们普遍认为,天文学家们浪费纳税人的大笔税金,发射上天的只是一个造价昂贵的太空垃圾。科学家们在自身与外界所施加的重重压力下进行最后的努力,发现进人哈勃的光线的15%可以聚焦,便尽量利用从这点光—线中采撷到的观测成果,来缓解外界的压力,并以此来支撑这个群体本身的自信心。

球面像差不是哈勃惟一的问题。其中最突出的一个问题与太阳以电池板有关。哈勃太空望远镜每96分钟绕行地球一圈,其中有一半时间会处在地球的阴影里。在太空环境中,受阳光照射与不受阳光照射两者之间有着极大的温差。太阳能电池板便无休止地因温度急剧下降而收缩,又在阳光照耀下因温度急剧上升而膨胀。膨胀过程引起太阳能电池板长达数分钟的振动,从而带动整架望远镜剧烈摇晃,从而使剩下的那15%镜面也无法拍到清晰的照片。

还有一个更大的问题,是控制哈勃飞行姿态并保持:其稳定的陀螺仪。哈勃上装有六个陀螺仪,使用三个,三个作为备用。到1992年底,三个备用陀螺仪已全部启用,如果再有一个陀螺仪出现故障,哈勃的飞行姿势便无法控制了。

拯救哈勃的太空行动势在必行。

1993年12月2日下午4点27分“奋进”号航天飞机从肯尼迪航天中心发射升空。机上搭载了7名宇航员和一些必要的设备上天,对哈勃望远镜进行维修。

“奋进”号升空的第三天,便用机械手将哈勃回收开放式的货舱中。然后,宇航员们分组进行太空行走。第一项工作是更换陀螺仪。尽管在地面时,便预想了可能出现的种种问题,但人的预想能力终究有限,人们没有想到金属热胀冷缩的特性,使得收藏陀螺仪的舱门无法关闭。最终费尽九牛二虎之力,在即将宣布放弃之时,才将舱门关上。

第二项工作是更换太阳能电池板。

第三天,宇航员为哈勃望远镜更换广角行星照相机,以及一套能修正主镜面球面像差的COSTAR装置。有—科学家比喻说,这好比为哈勃散光的眼睛加上一副隐形眼镜。1993年12月10日,维修工作完成,哈勃太空望远镜被释放出航天飞机,回到了自己的轨道。

太空总署的发言人宣布:“维修小组终于完成了病人的眼部手术,但大约还要等六到八周,才能将眼部的绷带拆下来检査视力。”但等待太久的天文学家们再也不愿意忍受漫长的等待,12月31日,哈勃被启动,镜头对准了位于室女座的M100的涡漩星系。这是一个距离地球数千万光年的星系,通过哈勃这只眼睛看去,其清晰程度隔我们好像只有30光年。这一次,哈勃终于使太空总署的发言人感到骄傲拆除绷带的时间比预定的还早。我们的病人已经能够以惊人的清晰度看见物体。哈勃在戴上隐形眼镜之后,不但恢复到设计水平,甚至比原来设计的更棒。”

人类借由光线来辨识宇宙中的天体。

光线一年前进95兆公里,这便是一个光年。光年即是空间的距离,也是时间的距离。距离我们最近恒星是43光年。距离我们最近的仙女座星系发出来的光要过220万年才能到达地球。也就是说我们看到这个星系的时候,其实是看到这个星系220万年前的模样。宇宙如此深广,使我们得以看到过去的时间。

正是广大空间中体现出来的这种时间特性,使我们看得越远,便越有可能看到宇宙的边缘,看到宇宙的起源。

据说,天文学家哈勃在观察星空財常常说:“真想拍摄到与银河系一样的星系那是20世纪初叶,而在20世纪最后的10年里,以他的名字命名的太空望远镜,终于达成了他的梦想。

1995年12月,将焦距对准北斗七星附近一块极为狭窄的领域,并连续进行了10天的观察与拍摄,通常,相似的观测不超过一天。其目的,就是想要尽可能看到宇宙最深远的景象。在这次拍下的最深宇宙图像照片中,呈现出1500到2000个左右的星系。根据这个观测结果来推算,宇宙比此前所预计的要扩大5倍之多。

哈勃还为天文学家们提供了另一个机会,即通过对不同演化期的星的观测,看到太阳及其行星的过去与将来。哈勃望远镜在这些年里,已经拍摄下了许多星体从诞生到死亡的图片,这些图片连接起来,就成了星星整个一生的历史。于是,我们也就看见了太阳系一生的历史。

1997年以来,哈勃相继又有三个陀螺仪发生故障,据说故障原因可能是因为线路腐蚀生镑。1999年11月13日,它的第四个陀螺仪又出现问题,望远镜上的电脑马上发现了故障,并指令望远镜的孔径门立即关闭,停止工作。

12月19日,美国“发现”号航天飞机升空,其主要使命便是修理这个多病的千里眼。宇航员通过太空行走不仅为望远镜更换了六个新的陀螺仪,而且安装了新的神经系统——一台486电脑。与原来的386相比,哈勃神经中心的速度提高了20倍,记忆能力也增强了6倍,可以提高哈勃望远镜跟踪活动目标的能力和瞄准能力。也许读者会问,为什么不加装一台功能更强的电脑呢,答案非常简单,哈勃上的太阳能电池板供电有限,不能支持功能更为强大的电脑。

宇航员们还为哈勃太空望远镜安装了三个导航传感器,这种像冰箱一样大的装置能够帮助望远镜瞄准遥远的天体或星系。他们还为哈勃安装一个新的无线电收发报机、数据记录器和一个用来保护其免受太阳辐射损伤的钢铁外罩。