不速之客太空來

黃德揆

2001年3月23日，北京時間下午13時44分，全世界都在以驚詫、焦慮的心情等待著前蘇聯“和平”號空間站脫離地球衛星軌道，結束其15年輝煌的科學研究生涯，悲壯隕落地面的歷程。高速墜落的這個人造實驗室會不會引起山崩海嘯、會不會砸中人、會不會造成環境污染都是人們擔心的由來。

在此之前，盡管俄羅斯的科學家們進行了最精確地規劃、計算和電腦模擬，認為“和平”號空間站在整個墜毀過程中，引起意外事故的可能性是1／1000，但是“和平”號的墜毀還是引起了日本、南太平洋各島國和環境保護團體的擔憂。原因在于這個長33米、體積約4000立方米、重137噸的龐然大物是以7900米/秒的高速度脫離運行軌道，從300多千米高的太空俯沖下來的，它與地球大氣磨擦產生的高溫達1500℃，所以船體很快會燃燒爆炸成許多碎片撒落在新西蘭與南美洲之間的海域，稍有不測，“和平”號的碎片就有可能撞到其他的地方，引起毀滅性的災難。要知道，“和平”號著地時的碎片可穿透2米厚的混凝土。幸好一切都在俄羅斯科學家預料中，“和平”號空間站在世人矚目中完成了它最后的旅程，黑暗的南太平洋底又一次無奈地成為航天器的墳墓。不過，在地球漫長的進化歷史當中，遭受太空來客襲擊的事件經常發生，地球上的生靈不是每一次都如“和平”號空間站墜毀這么幸運的，悲劇時有發生，而這些都是有證可考的。

屢遭侵犯的地球

1999年7月7日，一顆突然闖進地球引力場的小流星在新西蘭高空爆炸開來，發出了奇異的、令當地居民生畏的藍色輝光，并把大量碎石拋向了地面。新西蘭國家天文臺的負責人菲爾德隨后證實，這顆流星是由金屬和石塊組成的，它的體積和一輛小型汽車相當，幸運的是這顆流星沒有撞到地面上的人，否則新西蘭人就不會像現在這樣輕松地談論此事了。因為在茫茫宇宙中，做沒有休止的馬拉松長跑的小流星、彗星、石頭等小天體，時常改變運行軌道，掉頭沖向地球，很明顯，地球不是每次都能夠非常幸運的避開的。例如在6500萬年以前，一顆直徑約10千米的小行星碰撞了我們地球，造成了恐龍的滅絕和恐龍時代的結束。1908年，發生在俄羅斯西伯利亞的通古斯大爆炸，經過科學家們的認真分析和研究，已經證實是一顆直徑約80米左右的小行星從太空直接沖刺到通古斯卡河谷，大碰撞產生的沖擊波摧毀了2000平方千米以內的所有動植物。天體物理學家考證認為，30億年以來，小行星、彗星等小天體襲擊地球撞成直徑大于0.8千米的隕石坑超過15萬個，直徑大于10千米的隕石坑有3000個，直徑大于30千米的也有200多個。美國洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家在計算機上得出的最新模擬結果顯示，一顆直徑為5千米的隕石沖擊到地面，哪怕是濺落在大西洋中，僅產生的海嘯就足以淹沒美國東北沿海和法國、葡萄牙沿海地區，其能量之大可略見一斑。

沒有抵達終點的沖刺

現在科學家們開始關注一個有趣的現象，這就是在向著地球俯沖過來的太空來客。這些太空來客在未抵達地面終點之前發生了爆炸，像1999年7月發生在新西蘭上空的小流星一樣，從而使我們這顆孕育有生命的地球，避免了一次次從天而降的大小災難。太空來客在地球大氣層爆炸的天象，最早是一群分布在地球同步軌道上的間諜衛星偶然拍攝記錄到的。這些間諜衛星在3.6萬千米高空，在監視其他國家的軍事秘密時意外記錄到一些發強光的不明飛行物，科學家們經過分析確認它們不是人造衛星爆炸，而是一些尚未沖刺到地面的太空來客在大氣層燃燒爆炸的實況?？茖W家們的計算表明，在多數情況下這些太空來客爆炸產生的能量與幾枚戰術原子彈相當。從1975年～1992年，美國的間諜衛星共拍攝到136次流星在大氣層中爆炸的天象。科學家們的研究告訴我們，我們這個充滿生機的星球周圍，有一層稠密的大氣層屏障，所以高速撞來的太空來客，無論它是像“和平”號空間站那樣的人造航天器，還是像流星、彗星那樣的天外來客，都會遭遇到大氣層強有力的阻撓，都會因與空氣猛烈磨擦而產生極高的溫度，科學家們做過這樣的計算，以30千米/秒速度闖進大氣層的流星，因為與大氣摩擦產生熱能，足以使流星溫度升高到4000℃，以接近8千米/秒速度進入大氣層的“和平”號空間站，也會升溫到1500℃。再說因劇烈摩擦造成的振動，均是使太空來客在沖刺到地面終點前爆炸成碎片的催化劑。說到這里，我們能不為時刻保護著地球生靈的大氣層感到慶幸嗎？地球周圍稠密的大氣不僅直接參與了孕育地球生命的過程，還在時時捍衛著我們地球上的一切生命。

天體物理學家們的研究揭示，除了少數人造天體外，每天幾乎還有2000多個大大小小的石塊正對著地球沖過來，幸虧有大氣層屏障，使它們中大多數都在距離地面80千米～120千米處燃燒爆炸，能沖刺到地面終點的僅有千余顆，而且它們也被地球大氣磨礪得小多了，危險性自然也大大降低。

沖出地球

當人類剛剛步入20世紀時，空間科學的先驅、俄國科學家齊奧爾科夫斯基已經預言：“人類首先是小心翼翼的穿越大氣層，接著去征服太陽系?！弊?0世紀50年代以來，第一顆人造地球衛星進入了地球軌道；接下來人類又飛出地球，將人類腳印永久地留在月球表面；在隨后的日子里，我們又將攜帶有地球人祝福的名片送向遙遠的太空。在21世紀曙光照亮地球之時，由多個國家合作研制的太空國際空間站開始緊鑼密鼓地進行安裝、調試，事實證明，刻意飛出地球的人類，開發和探索太空的決心是不可動搖的。

人類要掙脫地球引力場束縛，飛出地球的關鍵問題是物體運動速度要快，要比地球上大多數物體做機械運動的速度都要快得多!為了比較清楚地說明該問題，我們看看世界上頂尖運動員在短跑中的速度是多少：10米/秒。這個速度快不過非洲獵豹，后者的速度為30米/秒，12級臺風的速度是32米/秒，聲音的傳播速度是340米/秒，現代超音速飛機的速度為5倍音速，不久前剛剛墜毀的前蘇聯“和平”號空間站，接到地面指令后，是以7935米/秒的速度脫離衛星軌道的，所以“和平”號的碎片到達地面時，可以擊穿2米厚的鋼筋混凝土。除“和平”號空間站外，以上述速度運動的任何物體，均不能穿越大氣層，當然也就不能飛出地球了，最終都將會被地球引力拉回地面。因為要想掙脫地球引力束縛，直奔太空的速度不能小于7900米/秒，科學家們把這個速度叫第一宇宙速度；要想和地球平起平坐，成為和地球一樣繞太陽運轉的人造行星，其運動速度則不能小于11200米/秒，科學家稱它為第二宇宙速度；人造飛船要想飛出太陽系，必須達到16700米/秒，這是第三宇宙速度。迄今為止，人造航天器要想達到這些速度都是依靠液體燃料火箭燃燒時產生的巨大推力實現的。當今世界上各大航天中心，都是利用運載火箭將人造衛星、太空飛船送入地球同步軌道或太陽系其他空間的。像國際衛星發射市場上的歐洲阿麗亞娜火箭、美國大力神火箭、俄羅斯質子火箭及我國的長征系列火箭，都是有競爭力的運載工具。當然火箭的速度與光速相比仍然差之甚遠，光的傳播速度為300000千米／秒，光1秒鐘可繞地球7.5圈，8分鐘就可從太陽抵達地球。相對論發現者愛因斯坦曾經預言：光速是不可能達到的，也就是說，任何機械運動的物體的速度均慢于光速。

未來的人造太空飛船要實現星際旅行，飛出太陽系乃至銀河系，需要解決的還是速度問題。速度提高了，困難就減少了?，F在的航天器，到達距離地球較近的火星，仍需要11個月的時間，單向行程為7億多千米。以這樣速度航行的宇宙飛船，要飛抵1億光年距離的行星，需要12000年的時間，這需要數百代人像參加接力賽一樣，一棒接一棒地去完成。在廣袤宇宙，1億光年的距離實在算不了什么！2000年底，天文學家在檢查哈勃望遠鏡送回的照片時，又發現兩顆新行星，它們離地球的距離都在300光年左右。要是人類發明了光子火箭，使太空飛船和光比翼雙飛該有多好！經過科學家們的仔細計算，認為光子火箭從理論上講是行得通的，定量計算也表明，太空飛船在宇宙中不斷以重力來加速，也就是以近似10m/s2的加速度緩慢加速，1年之后就可以達到光的速度。

乘坐這樣的飛船飛到銀河系中心，約6萬光年距離，再返回地球也只要40年時光。如果宇航員真的遇到這樣的問題，當他走下飛船時，使他感到如丈二和尚摸不著頭腦的問題是：地球時間不是過去了40年，而仍然是6萬年！這就是相對論所預言的運動時間縮短效應，速度越臨近光速，該效應越明顯!以光速飛行，在實際上卻行不通，首先是太空道路的路況不明，宇宙中的恒星、行星我們可以不去考慮，因為星星在空間的分布密度太小，不大可能對高速飛行的飛船造成傷害。太空飛船不論向哪個方向飛行，也都不大可能與星星碰撞。然而宇宙空間還有大大小小的石塊、小流星、宇宙灰塵，對以光速飛行的太空飛船來說，它們都有可能成為攔路虎，太空船一旦發現它們，想避讓已來不及，惟一結果就是同歸于盡。

即使上述情況沒有發生，以光速飛行的太空船也無安全可言。雖說宇宙空間真空度很高，但仍然存在單個分子、原子?？茖W家的粗略計算顯示，在1立方米宇宙空間中，至少有一個氫原子，它將使一艘以光速飛行的太空船在1秒鐘內遭受到100億億個氫原子的“狂轟濫炸”，使太空船上的每一件物品都著火燃燒，因此人類根本不可能實現以光或很接近光的速度飛行。不僅如此，以1／10光速飛行都難以實現，太空船用這樣的速度飛行，風險仍然太大。它要是遇到一粒砂子，就相當于引爆了一個1噸TNT的炸藥包，導致同歸于盡?？梢娝俣忍煲彩切胁煌ǖ?。

美國科學家斯蒂文·斯爾斯頓是科羅多拉州鮑爾技術公司的專業技術顧問，長期從事航空航天科學的研究，他提出未來的太空飛船以1／500光速飛行，即以600千米/秒的高速度飛行比較符合實際。太空飛船以這樣的速度飛行，無論是從燃料消耗，還是從太空“路面”的承受條件看都行得通。以這個速度航行的太空船，到達哈勃望遠鏡新發現的離地球約300光年的“近鄰”，需要15萬年時間和4000代人進行前赴后繼的航行，才可實施完成這樣浩大的系統工程。而且這樣的太空船至少有100萬名乘客，太空艙內要設有人造重力和體育文娛活動場所。事實上，這樣的太空船就是一個“現代大觀園”，科學家估計研制如此高速度的航天器，需要耗資20萬億美元，耗時5個世紀。

雖說制造這樣的太空船可能還很遙遠，但仍然是人類一個美好的、可能實現的夢!

成冠倫圖