1、空间科技与人类文明肖佐主持人：追求进步，学术倾听，世纪大讲堂向您问候，征服星天是人类千百年来的一个梦想，这个梦想到上个世纪的五十年代得到了发挥。从此就有一个新的课题进入到了人类社会当中，那就是什么呢？空间科技给人类带来了什么？它的好处是什么？坏处是什么？今天我给大家请来了北京大学地球物理系的大教授肖佐先生。好，有请肖先生上场。好，您请座。好，在正式的学术报告之前，我现在跟您有一个私人的交谈，让大家了解您，一个科学家是什么样子的一个人。肖：好。主持人：我不知道您知道有一个故事叫万虎的故事吗？ 肖：不太知道。主持人：我小时候是一个天文爱好者，小的时候为什么爱天文呢？是因为妈妈跟我讲了一个故事，说月
2、球上有一个环形山叫万虎，也叫万户。肖：月球的传说神话很多的。主持人：我就知道这一个，好象还比您多知道一个。肖：是的。主持人：其实我就知道这一个，他说的什么呢？说在元朝或在明朝的时候有一个叫万户的人，如果是历史学家他会告诉大家这是一个长官的职务，他管一万户，也有人管他叫万虎，老虎的虎，说他为了满足自己一个升天的想法，他弄了 47 个二踢脚绑在自己的椅子上，然后把他当火箭助推，给点着了，可想而知他肯定是被这 47 个二踢脚推上了天空，但他自己在天空的大概两三米的地方炸得粉身碎骨，据说这是人类第一次飞翔。肖：二踢脚的确是我们国家最早的火箭的雏形，应该说是我们国家对探索太空的一个初期的贡献。主持人：我
3、很佩服万虎，然后我就爱上了天文，爱上了天文我就开始关心天文，但是我报考学校的时候没有发现北大有天文系，于是我就报了中文系。肖：当时是有天文的，但是是一个专业。主持人：那您当时是，看您年纪我估计您是五十年代上的大学。肖：我是 1955 年考的北京大学。主持人：1955 年您考大学的时候，您是爱地理、地质，还是爱天文？肖：当时报的是物理系，当时物理系有理论物理、光学、固体物理还有固体地球物理和气象。气象在 59 年第一颗卫星升空以后，气象里面分出了大气物理专业，大气物理专业又进一步成立了空间物理专业。主持人：您当时等于考的是物理系。肖：当时是物理系。主持人：读了其中一个专业的一个方向。肖：对。主持
4、人：我能不能知道当年您的老师是怎么诱导您去上大气物理？v 肖：当年的老师没有诱导，因为北京大学物理系在报名的时候根本没有说它有什么专业，我们 1955 年报名的时候只能报考专业类，所以我们就报考了北京大学的物理专业类，那么接到通知的时候他已经给你分配好了你是物理专业类的哪一个专业，那么我们一开始就是大气物理专业。 主持人：那只是搞大气物理，但是现在咱们要谈的话题是空间科技，空间科技带给人类什么？那您开始对空间科技感兴趣是什么时候？是不是因为 57 年苏联放了卫星了，60 年加加林上校遨游了太空。肖：57 年苏联的卫星第一个上天，肯定在人类历史上是一个比较大的事件，那么梦寐以求的进入太空的实现，
5、对我们也有一些震动。接着在国内有一些老专家，包括当时赵九章学部委员建议之下，北京大学成立了一个空间物理专业。主持人：那个时候您二年级？肖：那个时候，成立空间物理专业的时候我是四年级，59 年。主持人：59 年。好，从那个时候您开始就进入了空间肖：我从那个时候开始一直就在空间物理专业，而且逐渐地高度也越来越高。开始我们是从臭氧一直到高层大气到电离层，现在搞到太阳物理去了。好，咱们这样，因为我们本身也在发展。主持人：您看您是从 59 年进入空间科技，咱们为了好算帐咱们从 60 年开始加加林上校遨游太空那一年，一共是 40 年了。40 年当中我如果让您说这 40 年工作当中您有什么特得意的，只能挑出
6、一件事告诉大家，您会挑哪一件事？ 肖：过去认为电波传播的话在中性大气里面，比如说在对流层里面，这个地方发射，另外一个地方接收，但是这样的电波是走直线的，除了很长波可以绕射以外，一般的电波是走直线的，那么地球对面应该怎么样接收到地球这边的电波，1901 年，马可尼做了一个实验，他认为，当时有很多迹象，比如地磁的活动什么，表明上面可能会有电流，空中会有电流，否则地球的磁场不会有很规则的日变化，就是每天有很规则的变化，他就想到如果上面有电流的话，一定可以反射电磁波，他在欧洲向美国发射电磁波，居然在约定时间里面美国接收到了，那么这也是第一次证明空间并不是绝对的真空，上面是有电离气体。 主持人：我大致听
7、懂了。为了听得更明白，请您现在就开始讲解空间科技给人类带来了什么，我们洗耳恭听。肖：好，谢谢。各位下午好，非常高兴有这样一个机会和大家一起来探讨一下关于人类的空间活动问题。空间活动应当是集中体现现代高科技技术领域里面最前沿的引人注目的领域之一，那么大家对它感兴趣，关心也是很自然的，刚才主持人也谈到，即将过去的这个世纪，有人把它叫做空间时代的开始，的确是这样的，因为我们人类第一次脱离地球，第一次实现了太空行走，第一次登月，而且我们第一次把飞行器送到了木星、火星和太阳的两个极区这样的遥远的地方，那么表示空间时代的确是开始了。那我们究竟这个空间活动可以给人类带来一些什么，从基础上面来说，大家都是搞基
8、础研究的，人类的求知欲，不断地要了解自然，了解我们的环境，这个本身促使我们不断地去对空间进行新的探索，我想这是基本的一面，但是从应用的方面来说，空间也的确可以给我们人类带来很多巨大的利益。因此今天我就想围绕这个问题谈一谈，为了了解空间到底能给我们人类带来一些什么，我想我们首先应该了解一下空间环境，从第一个方面我想先从一般性的空间的特点来让大家了解一下，或者我们一起交流一下，空间能够带给我们一些什么东西。空间有些什么特点，我们国家著名的航天专家王希季院士他是去年 22 位“ 两弹一星”的功勋奖章的获得者，他总结第一个空间有极大的高度，有极其宽阔的视野。那么第二呢，空间的环境非常清洁几乎接近了高真
9、空。第三，我们要进入空间，就必须脱离地球的引力，因此在空间是没有重力的失重环境，或者我们说是微重力的环境。有的同学包括我第一次听到以后觉得奇怪，很大的高度也变成资源了，非常洁净的环境也是资源，可是我们听一听下面的分析，我觉得我很同意这样的观点，这些的确是资源，因为它们带给我们很多有用的东西。比如说很大的高度，很大的高度给我们带来这样一个极其方便的条件，就是我们在大的高度上来研究我们自己的家园，那么对地观测可以比任何环境都要优越。一个人生活在地球上，看不到地球的全貌，这也就是为什么我们人类（文明）已经有七千多年的历史，可是我们知道地球是圆的只不过才有三四百年的历史。因为我们始终站在地球的表面上，
10、不知道地球是圆的。如果几百年以前人类就已经到了月亮上的话，地球是圆的根本不需要你去研究，那么一看就（知道）是圆的。所以很大的高度的确是带给我们很多很有利的条件，我们现在绝大部分的技术应用卫星，事实上就是利用这样一个特点。比如我们举几个例子，第一个是通讯卫星，第二个是气象卫星，第三个是资源卫星和各种各样的遥感卫星，我们简单的来解释一下，刚才已经说过了无线电波像光波一样是直线传播的，特别是电视和多路的载波电话，它的频率很高，频率很高的东西它更加是直线传播，北京电视塔差不多有四百米的高度，可是它这个电波从上面下来到了和地球圆弧相切的距离也只有一百多公里，所以如果就靠天线的高度的话，那么比昌平或者比密
11、云更远的地方，根本就收不到北京的电视。因此早就想过我们的塔应该越建越高，所以大家从材料的角度想一想，如果一个塔的顶要覆盖三分之一个地球，我们建三个塔就可以进行全球转播的话，这个塔的高度应该是三万六千公里左右，没有一种材料能够经得起这样的高度，而且大家可以算一下，这样一个高度按照巴黎的埃菲尔铁塔的体积来算的话，这样一个高度的铁塔它的底座的面积要比地球的面积还要大，那你没有办法在地球上建这样一座铁塔，可是我们充分的利用空间这个广度，那么我们只要在同步的高度上三万六千五百公里的高度上我们放三颗同步的卫星，它（绕地球）旋转的速度和地球自转的速度一样，所以在地面上看起来它永远在同一个地方，那么大家把所有
12、的电视、电波所有的信号都放到它上面去，它再转发下来那么用电视接收天线就什么地方都可以接收，现在欧洲的足球赛在北京随时都可以看到，那么实际上是卫星转播在起作用，凤凰卫视台它是向全球广播的，如果没有了这个通讯卫星也不可能实现。所以大家知道这个高度、广度有多大的作用。气象卫星地面我们不论布置多么密的气象观测网，要把这些网搜集起来（的）资料，汇总到一个地方去，是要相当花时间的，但是我们在六百到九百公里绕着地球南北极旋转的太阳同步轨道上放一个气象卫星的话，那么几十万平方公里面积里面的云的演化和图形，在随着地球的自转一两小时里面全可以拍下来，那么天气演化的过程我们就可以看得非常清楚。资源卫星也是这样子的，
13、我们需要知道地面的矿藏什么的，如果航测的话，飞机一飞它这个航测的照片的宽度只有几百米，那么飞过去是一条线，但是卫星可以实现一片的，因为地球本身在自转，卫星在旋转，一般的一百零四分钟就可以扫过地球一次，在这样的情况下，我们地面的各种照片以及通过不同波段，比如从红外毫米波一直到更长波一些东西，不同的物质它辐射出来谱不一样，那我们就可以判断地面的森林怎么分布的，地下的矿藏是怎么分布的，以及海洋的颜色，海温的变化我们都可以通过各种各样的，专门探测地球资源的我们叫做地球资源卫星，还有一些其它目的的我们统称为遥感卫星，遥感如果从遥远地方，来感知下面是什么东西，这个我们当然要使用到各种光学和电磁的不同波段，
14、现在越来越发展，像海事救援卫星，以及其它的一些专用的卫星，都是充分利用广大高度和极大的视野。第二个就是非常清洁的空间，非常清洁的空间向我们提供了一个向相反方向研究这个深空和天体的极好的机会，不管我们用无线电波段还是光学波段，我们避不开大气的干扰，天文台可以建到高山上去，灰尘少一些，可是云仍然要挡住它，水汽要挡住它，水汽把红外（辐射）吸收得差不多了。所以我们天文的发展就受到了限制，但是我们现在可以发展大气外天文学，我们把天文望远镜放到卫星上去，放到大气外面，大家知道著名的哈勃望远镜就是这个目的，那我们国内现在也有专家建议，我们要建立一个太阳观测卫星，去在天上看太阳的磁场，比地面要看得清楚，顺便告
15、诉大家去年太阳活动极大，我们经常预报太阳要有什么爆发，要有什么爆发，怎么能够监测到太阳的爆发并且及时地作出预报呢？在太阳和地球的中间有一个点，这个点附近太阳引力和地球的引力是平衡的，我们把它叫做拉格朗日点把卫星通过几次变轨，放到拉格朗日点，它可以绕小圆圈既不绕着地球转，也不绕着太阳转，老在那个地方呆着，这边对着太阳，这边对着地球，太阳上的所有爆发的 X 射线以及高能粒子流过来，它监测到马上就发送到地面来，这个拉格朗日点离地面还有 200 多个地球半径，所以我们足足有一小时到一小时半时间可以警告那些飞机以及各种各样的航天发射什么什么现象要发生了，这个也是利用了空间的非常的清洁，清洁跟微重力环境结
16、合起来，我们还有更好的用处。比如我们下面说一说微重力环境可以干什么，我们生活在一个有地球引力和重力的环境里面，我们几乎不能想象微重力下面的物理规律和有重力下面是完全不一样的。比如举一个例子，在地面我们有时候希望炼一些非常高纯度的合金，怎么样来炼呢？就想不出办法来，因为地面要炼合金，你总得拿一个容器，比如说我们拿一个坩埚，这个是石英做的，它很耐高温，但是钢水熔化的时候 1400 多度，即使耐高温，石英坩埚里面的杂质它会分解出来，总是要渗透到钢水里面去，所以很纯的合金在地面上就想不出办法来，但是如果我们能够在失重的条件下的话，你不需要任何容器，因为失重的条件下，大家知道任何东西是随遇而安的你放到哪
17、里就是哪里，那我们只要把一团金属悬在空中，周围用电磁的方法或者其它方面加热，它熔化了还在那里，那么你就可以往里面合适的添加一些你所需要的合金，这个纯度可以由你来控制。微重力下的生命科学，整个也是不一样的，我们的人习惯于重力的情况下，我们的心脏压血的时候往上压力大一些，往下压力小一些，在宇宙飞船里面就不一样，所以待了几个月的宇航员或者航天员回来的时候他一开始下飞机走不动了，因为他整个血液循环在失重的条件下也是不一样的，那么当然现在有人提出来微重力农业，这个有争论，但是至少也说明微重力条件下，因为微重力条件下，种子的向地性以及发芽的时候向光性，向光当然跟微重力没有关系，但是你都可以人工地去调制它，
18、所以在这样的情况下种子会怎么样，这也是一个研究的课题，那就是说我们举这样几个例子，说明太空这样一些环境的特点本身的确是资源，我们可以充分地利用它来为人类服务。 那么下面最后谈一点真正跟资源有关系的问题，行星和月球很诱人的一点就是上面有些资源，当然现在我们把它叫做内类行星，绝大部分资源地面上都有了，月球上有一种资源地球上就没有那么丰富，那么就是氦的同位素，叫做氦三，月球上的氦三有好几千吨，这样的氦有什么用处呢？氦三是一种氦的同位素，一般氦的分子量是二，氦三是一种同位素，大家知道我们要从原子里面提取能量的话，有两种方式，一种叫做裂变，拿重的原子比如说铀 235，用中子来轰击它，一个原子分裂成为两个
19、原子的时候，按照爱因斯坦的质能转换规律，它这个质量是少了的，少的一部分质量变成能量了，这就是早期的原子弹，如果原子弹产生的热量够大的话，另外一个极端就是很轻的原子核，你把两个轻的原子核，比如说氢的同位素叫氘或者氚，或者是氦的同位素氦三，你把这样两个氦在高温、高压下给它压在一起的话它聚成为一个新的重一点的新的原子，而聚合起来重的原子质量也少了一点，也转换成能量，这个能量要比裂变的能量要大的多的多。那么如果我们人类能够控制核聚变的话，那我们能源根本就不要发愁，海水里面有的是氢，而现在月亮上面的氦三是一种最好的核聚变的材料，那么足够地球上全人类取用能源，取用许多年，所以在这个意义上来说，空间的真正的
20、，我们传统意义上的物质资源也还是很丰富的。再花五分钟左右的时间我们谈一谈空间环境灾害性的一面，就是说我们认为太阳只是对外有光辐射，从红外谱段到紫外，实际上不是的，太阳辐射的谱段，从长波的无线电波一直到最短波长的伽玛射线以及宇宙线粒子太阳上都可以辐射出来，只不过是谱的分配不一样，另外就是太阳还不断地往外抛射东西，太阳的能量真正是太阳内部在高温高压下产生的核聚变，这个核聚变产生的巨大的热的压力把太阳的外层大气不断地往行星际空间推出去，这个推出去不是简单的推，在物理上有很多加速的机制，推到行星际空间以后，带电粒子正的离子和负的离子它的运动速度不一样的话，就会产生电流，这种电流会产生磁场，磁场又改变电
21、流，这个物理规律可以写出来，这个离子产生的电流改变磁场，磁场又影响离子的电流，你写成数学方程的话你发现很奇怪，就好象当初带电粒子里面有磁场，带电粒子怎么走，磁场跟着它怎么走，发明者把这个叫做磁场的冻结，太阳上这个带电粒子出来的时候冻结的太阳的磁场一到了以高速度到了地球的磁场表面的时候，这个带电粒子以及它的磁场和地球的磁场以及地球外层的电离大气相互作用，因此地球的大气不是这么均匀的扩展出去越来越稀薄，而是向着太阳的一面被太阳风或者叫做太阳带电粒子的磁场把它压缩得很扁，背着太阳的一面被太阳风拖得很长，那么地球的大气跟彗星是一样的，实际上有一些等离字体彗星也是同样的原理，那在这样的情况下太阳又不是均
22、匀地往这个行星去辐射东西，它这个带电粒子有时候在均匀的背景上有一股一股的扰动，这种扰动大家把它叫做太阳风暴，用太阳风暴到达地球磁场的时候，就可以使地球的磁场突然变化，学磁学的人都知道地球的基本磁场差不多是三万四千到三万六千的伽玛，太阳风和地球相互作用强烈的时候可以产生好几千伽玛的变化，这个我们把它叫做空间天气，那么空间的天气是太阳上的磁场和带电粒子和地球的磁场和带电粒子相互作用产生的这种变化，这种变化是什么东西在变化，既没有降水也没有温度的突变，这种变化是地球磁场和电流的扰动，但是问题就在于我们有很多现代化的科学核工业设备是经不起这个磁场的突然扰动的，比如我们大规模的输电网路，输电网路都是导电的很大的环，这么大面积的导电环里面如果磁通量在那里变化的话，那么它感生的电流强度电动势是相当高的，那么有一个大家可能想不到就是我们的计算机技术硬件技术已经越来越发达了，我们在指甲盖这么大一个面积里面可以集成好几兆字节的容量，但是这个里面实际上就相当于集成了很多很多二极管，那么每个二极管非常非常的微小，所以只要一个带电的高能粒子一下子沉降到你那个芯片里面的某一个二极管上，你那个本来是负电，它一个正电过来把你翻成正的了，这个叫做单粒子翻转事件，整个计算机就瘫痪了，所以这样一些空间灾害我们是应该对我们空间感兴趣的来说，我们要有办法探测它、去防止它。我想是不是先谈这么一点，大家如果
