[科普中国]-人类何以认知星辰大海

我们是谁？我们从哪里来？我们要到哪里去？自古以来，人类受好奇心的驱使，让我们在寻求生存、发展文明的阶段，禁不住去仰望星空，禁不住去赞叹宇宙的广袤无垠和神秘莫测。

宇宙大爆炸至今已有137亿年光景，这是人类现知的宇宙年龄。但宇宙究竟存在了多少年？宇宙为何生来就是这幅模样？人类是宇宙中仅有的智慧生命体么？自古以来，对于这些问题，仿佛宗教和哲学走在最前列。人们开始敬畏自然，把人和自然当作是神的创造物，开始认识到每一粒沙土、每一滴雨水、每一朵花草的来之不易，开始小心翼翼地生活。后来，科学在宗教、哲学的“扶持”下慢慢长大，走上历史舞台，人们开始感悟自然，探索自然，人们不满足于地表的一切，开始把目光抛向天空。

从宇宙的演化到人类的进化，是一个极其复杂而又漫长的过程。人类之所以能够在诸多生命体中脱颖而出，是因为人类拥有对于宇宙万物不断探索的勇气和对待自然规律的理性精神；人是有冒险精神的，总想去看看当下未知的世界。科技的发展让我们的认知不同于古人，今天我们能够用望远镜、载人飞船、人造卫星等去探索宇宙奥秘，能够用我们发现的科学知识、科学真理去揭示自然规律，进而为全人类的发展和社会进步服务。

人类探索星辰大海的征途是在历史中前进的，以时间来划分——远古、近代、现代。没有远古时代人类播下的探索种子，就不会有近现代人们创造的辉煌。历史是富有人文情怀的，在人类观天的岁月中，科学与人文紧紧地交织在一起，碰撞出思想的火花，激励着人们不断地向前迈进。

我尽自己所能挖掘出在星辰征途中走在前列的科学家、哲学家的科学思想，描述属于我们这个时代的观天计划。一方面，希望借此缅怀那些为探索宇宙做出贡献的科学先贤；另一方面，浩瀚的星空属于全人类，实践是检验真理的唯一标准，希望借此激励我们这代人能够秉承先人智慧，在征途中走的更远。

毕竟，人类如果失去了满天星斗，那在浩瀚的天际中会变得真正的孤独无助。

远古时期的人类为适应所生存的自然条件，熟知昼夜更替和四季变化，限制于当时的科技发展水平，他们仅能通过双眼和头脑观察了天上星辰的运行规律，由此确定了时间、制定了天文历法。这个过程至少持续了5000年。从那时起，人类便在不断的实践中，日渐揭开宇宙的神秘面纱。

苏美尔人的智慧之源

苏美尔人生活在美索不达米亚平原，他们是古巴比伦文明最早的创立者，距今已有7000年历史。在古巴比伦现存的泥板书中，我们找寻到了苏美尔人的智慧星光。随着文明的进步和农业的发展，作为人们生活所需的时间计量被提上日程，早在公元前3200年前后，苏美尔人就制定了当时世界上最早的天文历法——太阴历，该历法规定1年为12个月，每月30天。同时他们根据太阳在天空的历程划分为黄道十二宫，以白羊、金牛、摩羯等命名。

苏美尔先贤还对当时已知的太阳、月亮和金、木、水、火、土五大行星的视运动进行了系统观测，他们创造出了“星期”这一时间单位，并给一星期的七天按照这七颗星星的名字命名。这一传统一直沿用至今，古人的成就对我们现代的生活影响依然十分深远。

古希腊人的理性之光

古希腊被誉为科学的发源地，希腊人吸取了古埃及、古巴比伦文明的精华，创造了举世夺目的希腊文明，为现代科学的发展和文明的进步奠定了基础。根据史料记载，最早一位科学家——泰勒斯（Θαλής Thalês），被誉为“科学的鼻祖”，来自于古希腊的米利都，亚里士多德（Αριστοτέλης）、柏拉图（Πλάτeων）、毕达哥拉斯（Πυθαγόρας）、欧几里得（Ευκλειδης）、阿基米德（Αρχιμήδης）等一大批哲学家、科学家皆出自古希腊。

受到几何学影响的古希腊天文学，有了引人注目的进展，他们的观测显得更加理性化。其中毕达哥拉斯学派第一次将我们之外的世界称作cosmos，即有秩序的宇宙，这种秩序必须从他们所推崇的数及其关系中寻找，宇宙是和谐的、简约的。由此他们完成了人类科学史上的一次质的飞跃，科学从此由经验上升到理性阶段。

托勒密——这位天文学的集大成者，在他的著作《天文学大成》中，详细论述了被我们熟知的“地心说”宇宙体系：天空是个球，地球也是球形的，地球静止着处于天空中央，而太阳和其他行星在以地球为球心、半径大小不等的各球壳上绕地球旋转。当然我们现在知道这个学说是错误的，但是“地心说”是科学史上第一次对宇宙完整定量的系统描述，其地位是不可动摇的。而正因为后来科技的不断发展，观测手段和仪器的广泛使用，以及人类的深入思考和探索，才使得我们对地心说不断地提出质疑，不断地修正，最终形成一套正确的科学宇宙观。

古中国人的问天之道

屈原《天问》开篇曾提出八个问题：遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢暗，谁能极之？冯翼惟像，何以识之？明明暗暗，惟时何为？阴阳三合，何本何化？圆则九重，孰营度之？惟兹何功，孰初作之？这是屈原对于宇宙起源和天体形成的探讨，这也是我国古代有机自然观的具体表现。除此之外，中国就宇宙结构的认识上，还存在着著名的持续了1300余年的“浑盖之争”。

浑天说和盖天说，在一定程度上颇似西方的地心说和日心说。盖天说认为天在上、地在下，日月星辰在天壳上运动；浑天说则认为天是个圆球，天包着地，天大地小。当然，两者都有自己的软肋，借助随后发展的浑天仪和中国特有的简仪，在天文观测的角度上浑天仪是占据上风的，但是与我们今天的宇宙结构相比，还是差距很大的。值得注意的是，中国古代天文学为政权和农事服务，同时在一定程度上受到了历代帝王和朝廷的制约，极大地限制了中国天文学的发展，这不得不被看作是一个悲剧。

近代以来，人类告别了肉眼观天的时代，进入天文望远镜时代，人类从此拥有了洞察宇宙深处的“千里眼”，天文学的发展从此步入新的台阶。从这时起，光学望远镜、射电望远镜、空间望远镜等依次进入人类视野，越来越多的新发现接踵而至，刷新着人们的视野。

恒星的使者——伽利略

1609年，荷兰眼镜商汉斯·利佩希发明了望远镜，用一块凸透镜和一块凹透镜组合在一起可以“拉近”远处的物体。伽利略得知这个消息后，马上动手制作自己的望远镜。伽利略借助习得的光学知识，使望远镜可以放大30倍，被称为“伽利略望远镜”。异于常人的是，他将望远镜对准了天空，他开创了人类利用望远镜观测星空的先河。

伽利略一生最主要的天文观测当属三个：发现木星的四颗卫星、发现金星像月亮一样存在相位变化、观察到太阳黑子。前两个观测直接证明了哥白尼的日心说体系。所谓日心说，是指太阳是宇宙中心，水、金、地球、火、木和土星依次围绕太阳公转，月球是地球的卫星（尽管这一学说在现代看来仍是错误的，但在那个年代不可不谓之先进了）。现在木星的四个卫星被叫做伽利略卫星，它们的发现让我们认识到如同月球绕地球旋转一样，宇宙中存在着多个绕转中心，只是没有唯一性罢了；而金星相位的变化也正是证明了金星在绕太阳转动，从而使当时盛行数百年的地心说体系土崩瓦解。而关于太阳黑子，当时一些人认为它漂浮在太阳上空；但通过伽利略的观察，正确的结论是太阳黑子附着在太阳表面。值得注意的是伽利略并不是发现了太阳黑子的第一人，目前世界公认的最早的太阳黑子记录是公元前28年我国汉朝人通过肉眼观测的，看来我国古人的观测水平真的是叫人惊叹不已。

如同哥伦布发现了新大陆一样，伽利略发现了新宇宙。至此，望远镜成为了人类天文观测的重要工具，就像我们的眼睛连空气中一粒细小的尘埃都不放过一样，它不断找寻着茫茫黑暗中那颗最明亮的孤星。

一代天骄——哈勃空间望远镜

1900年4月24日，随着“发现号”航天飞机的升天，一架口径2.4米的望远镜被送入太空近地轨道，这就是哈勃空间望远镜。27年来，哈勃望远镜拖着它那日渐衰老的身躯、用它锐利的眼睛为我们揭示了一幅幅拍案叫绝的宇宙奇景，让我们看到了宇宙深处的天体细节，提高了人类对宇宙的认知。

自空间时代到来后，天文学家就梦想着把望远镜搬到太空去观察宇宙。为什么？浓密的大气层始终限制了天文学家观测的视野，大气阻挡了某些波段的电磁辐射，使观测的分辨率和灵敏度大大降低。而在太空中就不存在这样的情况，哈勃望远镜可以观测到134亿光年以外的星光，这已经很接近目前137亿光年的可观测宇宙范围了；同时它还能够观测到最暗的29等星，相当于太阳亮度的一百万亿亿分之一，是地球上最先进光学望远镜的100倍。

我们知道，来自太阳系外的星光到达地球通常需要很长时间，少则数年，多则百亿年。我们看到的一切事物都是过去的某个历史情景，恒星的诞生及演化亦是如此。巨蛇座鹰状星云M16——创世之柱，距离地球7000光年，这张照片显示的是就是它的柱状分子氢气和灰尘结构，整个支柱长达数光年，支柱内部包裹着年轻的、炽热的恒星团。遗憾的是，如同鸡蛋中的蛋白包裹蛋黄一样，当新的恒星诞生时，整个星云会面临坍缩，最终不复存在。也许万年后我们失去了一幅扣人心弦的图景，但随之而来的会是一个鲜活的生命、一颗耀眼的新星。

时代的召唤——FAST计划

2017年9月25日，中国“天眼”落成启用整整一周年。“天眼”是什么？中国自主建造的500米口径射电望远镜（简称FAST），在未来可预见的二十年内，它将一直是世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜，灵敏度要比德国玻恩100米口径可跟踪抛物面射电望远镜和美国阿雷西博350米单口径射电望远镜提高约10倍。FAST系统通过1万多根钢索组成的复杂的索网结构，灵活地控制着由4450块独立反射板所组成的反射面，再由六根钢索拖动重达30吨的馈源舱抵达焦点位置，对准天体目标，开机便可追踪百亿年前的宇宙深空信号。

遗憾的是，就在这样一项造福全人类的伟大工程即将一周年庆时，他的设计者——“天眼之父”南仁东先生，为中国、为世界打开了一座天眼，却永远闭上了自己的双眼。有些人，一生只做一件事，却足以大到直抵苍穹。南老就是这样的人，22年如一日的坚守，他为FAST而生，我们还了他的愿望，他却永远离开了我们。更令人痛心的是，有多少人知道FAST？又有多少人知道南老？这些天，网上铺天盖地的竟是娱乐圈的家长里短、爆料互撕，而对南老的逝世却几乎无人问津，这难道不值得我们反思么？

“美丽的宇宙太空以他的神秘和绚丽，召唤我们踏过平庸，进入他无垠的广袤。”宇宙到底有多大？我想我们未必会知晓答案，但我们会在找寻答案的征途中砥砺前行。

现代以来，科学技术得到迅猛发展，物理学、生物学、化学等领域的革命性创新无不推动着天文学的发展，人类不再局限于在地球上探索星空，而把脚步直接延伸到太空。冲破云霄，我们真正见证了神秘广袤的地外世界，我们看到的宇宙，无疑比任何先辈都要清晰，令人感到震撼。

美苏两国间的较量

了解历史的人都会知道冷战时期的美苏两国，在军事、航天、经济等各方面都展开了激烈的竞争，双方均不甘示弱。1957年10月4日，苏联将第一颗人造地球卫星“旅行者一号”送上太空。四年后，宇航员尤里·加加林乘坐“东方一号”宇宙飞船进入太空，环地球轨道飞行了100分钟，成为进入太空的第一人。同年美国宣布实施“阿波罗计划”，这个以古希腊神话中光明之神命名的工程自一出生便预示着它不寻常的历程。

与其说阿波罗计划是两国竞争的产物，倒不如说它是科技发展的必然结果。20世纪三大自然科学发现——相对论、量子力学、DNA双螺旋结构，导致了三大工程技术——曼哈顿工程、阿波罗计划、人类基因组计划的出现。阿波罗计划得以实施恰恰是因为相对论在航天领域中的关键作用。1969年，人类第一次踏上我们的近邻——月球，阿姆斯特朗代表全人类在月球表面印下了象征人类探索太空永不停息的脚印，实现了数千年来人类迈出地球、走向太空的伟大奇迹。当我们打开微信界面时，想象一下，我们就是站在月球上的那个人，看到对面那颗蔚蓝色星球，我们不再孤独，我们值得庆幸。

中国载人航天工程的奋进

“我们曾错过海洋，但不能错过宇宙。”西昌卫星发射中心副总工程师毛万标如是说。

2017年4月20日，天舟一号货运飞船在文昌发射中心成功发射升空，于27日与天宫二号实现交会对接，并首次完成推进剂在轨补加实验。这次任务标志着我国载人航天工程的“三步走”战略的第二步已圆满完成，中国即将步入“空间站时代”。

从千年前嫦娥奔月神话到2013年嫦娥三号在月球表面的成功软着陆，从明朝的万户飞天到2003年“神舟5号”第一次载人航天的完成，从1960年我国第一颗试验型液体燃料探空火箭的升空到现今长征五号大型运载火箭（俗称“胖五”）的首飞，从1970年“东方红一号”第一颗人造卫星的发射到现今空间实验室的建成，跨越千年，中国在探索星辰大海的征途中从未放弃自己的梦想。

地外文明的探索

我相信在远古时期人们仰望星空时，就曾想过：地球之外还有生命存在么？上世纪60年代，美国天文学家德雷克提出著名的“德雷克方程”，用以推测银河系内可能存在的地外文明星球数量。结果表明，仅银河系内的地外文明保守估计就有10万颗。但现实是，看似热闹非凡的宇宙文明却是死一样的沉寂。虽然UFO目击事件漫天飞舞，但人类至今没有一项证据直接有力的证明我们与外星文明有过近距离的接触。

1977年8月、9月间，美国先后发射了“旅行者2号”和“旅行者1号”，旨在飞出太阳系进行地外文明探索，并对沿途太阳系内木星、土星、天王星和海王星做近距离的观测。两艘探测器均搭载55种语言、115张图片、27首世界名曲以及一块高纯度的铀238，探测器捕获者可根据铀元素衰变推算出探测器发射日期。2012年，旅行者1号率先进入星际空间，至今仍未有任何外星生命信号传回地球。

也许没有消息就是最好的消息。我们何必执着于一定要找到外星伙伴，难道就是为了证明我们在宇宙中并不孤独么？或许，寻找地外文明，也只是我们更好的认知宇宙的手段之一，最后都会归根于发展自己。

我们的征途是星辰大海，我们的归途亦是星辰大海。

历史并未结束，还在前进。当我们对宇宙的探索越深入，我们了解的事实会越多，我们要面对的谜团和问题也会越多。当人类目前还没有办法挣脱太阳系的束缚时，我们根本无法解释宇宙因何存在，宇宙如何存在。我们见识到了宇宙的深邃，才会禁不住感叹人类的渺小，才会明白当今科学的不足和局限。

我们虽然在征途中走了很远，但是我们还是要回到我们生存的地方。虽然我们今天依然存在诸多限制，但是我们要相信，科技会不断进步，也许百年、千年后我们的子孙还会继续沿着我们的道路探索未知，那时的他们已有足够的能力来刷新我们的世界观。我们仍需记住：人类生于宇宙，最终都将回归宇宙。