下文節選自7月26日在墨子沙龍“探索與(yu) 征服：從(cong) 地球到深空”活動上的演講。

今年是我國第一顆人造衛星成功發射50周年，在這裏我必須要提到一位非常偉(wei) 大的科學家——趙九章先生。他是我所在的中國科學技術大學地球和空間科學學院（當時為(wei) “應用地球物理係”）的首任係主任，是兩(liang) 彈一星元勳，也是“東(dong) 方紅一號”衛星的總設計師，是中國人造衛星事業(ye) 的倡導者和奠基人。另外，三天前，我國首次深空探測任務“天問一號”成功發射，我國真正的邁出了深空和行星探測的第一步。所以，今天講這個(ge) 話題非常契合時機，我們(men) 也非常高興(xing) ，因為(wei) “天問一號”的13個(ge) 科學載荷之一星載磁強計是我的團隊花了將近5年的時間研製出來的。

我們(men) 的地球
地球是一顆非常普通但又不同尋常的星球。在這個(ge) 星球上，有高山流水、有花，以及其他各種各樣的植物、各種各樣的生命，還有人類的活動。但是從(cong) 宇宙角度來看，在浩瀚的宇宙中，它隻是一粒塵埃。

這張照片是“旅行者號”在1990年2月14日拍攝的。這是一個(ge) 情人節，同學們(men) 肯定都知道，這種日子是一定不會(hui) 忘的，“旅行者號”也不會(hui) 忘，在它要更遠的遨遊太空之時，往它的情人——地球，再看最後一眼。如果說沒有藍色的圓來圈畫，你可能根本找不到地球的位置。在浩瀚的宇宙當中，地球真的隻是一粒塵埃。

自古以來，偉(wei) 大的科學家、哲學家都會(hui) 問一些終極問題：我們(men) 到底從(cong) 哪裏來，又將要到哪裏去？我們(men) 是否孤獨？去年的諾貝爾物理學獎就有一半頒給了環繞類太陽恒星的係外行星的發現。係外行星發現為(wei) 什麽(me) 那麽(me) 重要，是因為(wei) 它從(cong) 科學上證實了，孕育生命的行星在宇宙中並不唯一，不隻有地球，不隻有太陽係，這種行星確實存在於(yu) 另外一個(ge) 恒星係。係外行星發現之前，所有對地外文明的想象，其實都隻是停留在想象當中、停留在哲學層麵，係外行星的發現第一次把它提升到科學層麵。

這個(ge) 話題也成為(wei) 很多電影的主題，例如《火星救援》、《流浪地球》。地球非常獨特，它處在太陽係的宜居帶，而同樣處在宜居帶的還有另外兩(liang) 個(ge) 行星，一個(ge) 是金星，一個(ge) 是火星，但為(wei) 什麽(me) 它們(men) 兩(liang) 個(ge) 和地球不一樣呢?地球未來會(hui) 往哪個(ge) 方向發展？金星上麵有濃密的大氣，非常炙熱，可以說溫室效應非常嚴(yan) 重。火星因為(wei) 質量相對較小，束縛不了那麽(me) 多大氣，大氣逃逸很快，所以現在非常荒蕪。這些是地球的過去，還是會(hui) 成為(wei) 地球的未來？

站在地球的角度上研究地球的過去、現在和未來，其實是比較困難的，因為(wei) 樣本孤立，而且人類整個(ge) 的曆史在地球漫長的46億(yi) 年的演化曆程當中是非常的渺小。如果把整個(ge) 地球的演化當做24小時，人類的曆史不到一分鍾，人類的文明史隻有0.1秒。更何況過去的5億(yi) 年發生了5次生命大滅絕，所以可以說人類文明史非常微不足道。

地球為(wei) 什麽(me) 會(hui) 演化成現在這種宜居的狀態？地球未來會(hui) 走向什麽(me) 方向？我們(men) 要到深空去，去深空來尋找答案，因為(wei) 那裏有更多的樣本可以供我們(men) 研究。我非常喜歡下麵這張照片，它是我原來的一個(ge) 本科生在內(nei) 蒙古的正鑲白旗拍攝的，因為(wei) 沒有燈光的汙染，滿天繁星看的特別清楚。這滿天的繁星其實也是自古以來多少人向往的地方，它推動了我們(men) 科學的進步。

太陽係探測曆史

人類對深空的探測有著60多年的曆史。上圖中，每一圈都代表一次探測，人類去得最多的是月球，其次是火星和金星，還有太陽，以及深空當中的其他行星和天體(ti) 。通過這些大量的探測，人類對太陽係以及行星的形成、演化有了非常深刻的了解。

第一站，我先帶大家去了解我們(men) 的太陽。為(wei) 什麽(me) 要了解太陽？因為(wei) 地球的能量主要來自太陽，太陽控製整個(ge) 太陽係的運行，包括運行在其中的行星的空間環境。作為(wei) 宿主恒星，太陽以多種形式影響著我們(men) 行星，它的電磁輻射環境，它的粒子輻射環境，還有它的大氣逃逸水平，以及束縛這些行星軌道的能力。所以太陽非常非常重要，是需要去了解的。

太陽對人類的影響，深遠而巨大，大家如果對天文感興(xing) 趣，可能都會(hui) 知道恒星都有一些所謂的活動周，例如太陽黑子數每11年一個(ge) 周期，這些變化就會(hui) 影響到整個(ge) 太陽係裏的空間環境。

宇宙線來自遙遠的宇宙，進入太陽係就會(hui) 受到太陽活動的調節，太陽活動比較強的時候，宇宙線輻射就會(hui) 比較低，而太陽活動比較弱的時候，宇宙線通量就會(hui) 高。

我舉(ju) 幾個(ge) 例子，可以看到，太陽絕不僅(jin) 僅(jin) 隻影響我們(men) 周圍的空間環境，它還深刻影響著地球的生態係統，也深刻地影響了人類文明的進程。

對糧食價(jia) 格的影響。2004年，兩(liang) 位科學家在學術期刊Solar Physics上發表了一篇論文，統計了英國倫(lun) 敦中世紀小麥的價(jia) 格，發現一個(ge) 很有意思的規律：小麥每11年要漲價(jia) 一次，而且漲價(jia) 的間隔跟太陽黑子數的最小期吻合的很好，相位也吻合的很好。這就帶來一個(ge) 非常有意思的結論——太陽活動會(hui) 影響市場上小麥的價(jia) 格。這是什麽(me) 原因呢？我們(men) 目前的一個(ge) 解釋是，太陽活動會(hui) 影響行星際環境，從(cong) 而影響宇宙線，從(cong) 而影響我們(men) 地球上雲(yun) 雨天氣等生態係統，從(cong) 而影響糧食產(chan) 量，進而使得價(jia) 格出現波動。糧食價(jia) 格的波動不是一件小事，它會(hui) 影響到老百姓的穩定程度。

對洪水的影響。這個(ge) 例子不是特別嚴(yan) 謹，但是我覺得非常值得關(guan) 注，所以我拿出來在這裏稍微展示一下。如果大家去看長江流域或者中國境內(nei) 的大水，兩(liang) 三年就會(hui) 有一次，或大或小。如果說這樣統計，你找不出任何規律，你就去查找長江全流域的特大洪水。最近100年裏，全流域的特大洪澇災害，公認的有這幾次：1931年、1954年、1998年。把它疊在太陽黑子圖上，太巧，都在太陽活動極小附近。

其中有一個(ge) 太陽活動極小在1976年，那年沒有特大洪水，我特別在1976年前後去查找，發現有一個(ge) 駐馬店大水災，當時有一個(ge) 水庫垮壩了，這也是世界上最大的一次水庫垮壩慘案，在百度上都能找到。如果把這個(ge) 補上，再加上今年，你可以看到，每兩(liang) 個(ge) 太陽周出現一次全流域的特大洪澇災害。這背後表明了一個(ge) 什麽(me) 規律？地球的生態係統是不是也受到太陽活動的影響？而且不是說太陽活動爆發很厲害會(hui) 對地球有影響，它不爆發對地球也有影響。如果說這真的是一個(ge) 規律，下一步的問題就是我們(men) 怎麽(me) 能夠幹預，我們(men) 能夠做一些什麽(me) 事情來減少帶給我們(men) 的危害。這是非常值得去探討和進行研究的。

對生命的影響。地球之所以特別，是因為(wei) 地球上有生命，酶是生命中不可缺少的一種物質。下圖右下插圖中，底下一行是幾個(ge) 酶的所謂的活化中心，你可以看到它的結構，這些結構我們(men) 在自然界裏可以找到一些對應的礦物。像氫化酶的活化中心對應的礦物就是鎳鐵礦。結構非常像，但是這裏的問題是：這些自然界的礦物質結構畢竟還不是生命物質，那它是怎麽(me) 轉化過去的？轉化需要能量，而這些能量來自哪裏？其中一個(ge) 學說是來自宇宙線，宇宙線不停的轟擊，會(hui) 使得這些結構發生一些變化，從(cong) 而在早期的時候形成了支持生命的一些元素。而宇宙線的變化也受到太陽活動的影響。

另外宇宙線還給了生命右手螺旋的DNA。我們(men) 身體(ti) 內(nei) 的遺傳(chuan) 物質DNA還有RNA，絕大部分都是右手螺旋。為(wei) 什麽(me) 會(hui) 是右手螺旋，這也是生命起源裏麵一個(ge) 非常有意思的話題。兩(liang) 周前，我碰巧看到一篇文章，講述為(wei) 什麽(me) DNA是右手螺旋：在早期時候，左手和右手的都有，但是由於(yu) 宇宙線跟地球大氣作用，產(chan) 生π子，π子再衰變產(chan) 生μ子，而這些μ子是有著右手自旋的屬性，而右手自旋的屬性，容易跟右手的DNA作用。我們(men) 知道，生命的進化需要變異，所以作用多了容易變異，就容易進化。這也就形成了我們(men) 現在這種右手螺旋為(wei) 主的生命體(ti) 係。可以看到，我們(men) 現在的這些生命，包括人類的活動，其實在背後都受到了大自然的幹預。

下一站：行星、小行星
在太陽係46億(yi) 年的演化曆程中，演化出了八大行星。地球是其中非常特殊的一顆，但事實上其他行星也都非常特別。以火星和木星之間的小行星帶為(wei) 界，小行星帶以內(nei) ，我們(men) 叫類地行星，小行星帶以外，從(cong) 木星開始是類木行星。這兩(liang) 類行星不太一樣。

這些行星為(wei) 什麽(me) 會(hui) 演化成不一樣，而我們(men) 人類進行太陽係探測，核心目標是什麽(me) ？其實這裏有一個(ge) 詞——水，我們(men) 要找水。

大家有沒有從(cong) 這個(ge) 角度看過地球？這是我們(men) 的地球。地球表麵70%以上被海洋所覆蓋，水是生命的基礎，而有液態水的行星，除了地球之外我們(men) 還沒發現其他的。

水還有什麽(me) 重要的作用呢？它對我們(men) 整個(ge) 地球上板塊運動是一種潤滑劑。在地球過去漫長的曆史當中，大陸分分合合。正是這些板塊運動，使得地球上有著物質和能量的循環，如大氣循環、碳氮氧各種元素的循環，還有生命的循環。一個(ge) 造山運動或者一個(ge) 板塊俯衝(chong) ，就會(hui) 把地麵上的生物帶到地麵底下，然後若幹年之後就成為(wei) 我們(men) 現有的能源：煤、石油。一個(ge) 宜居的行星之所以宜居，有很多的條件，其中一個(ge) 條件就是這個(ge) 行星要足夠穩定，不能總是火山爆發、地震，但是也不能死氣沉沉，板塊運動是一個(ge) 非常重要的機製。

探測水是一個(ge) 非常核心的目標。經過60多年的探索，我們(men) 對太陽係有了長足的認識。一句順口溜概括就是“類地愛氧，類木愛氫”。把這兩(liang) 個(ge) 結合起來，可以說太陽係從(cong) 來沒缺過“水”，氫、氧合起來就是水，但事實上有液態水的，目前為(wei) 止發現的隻有地球。火星上我們(men) 發現有很多河道一樣的痕跡，但在古代是不是真的存在水，這還是學術界非常有爭(zheng) 議的一個(ge) 話題。

除了行星，太陽係還有很多的衛星，木星是一顆非常大的行星，它自己攜帶了90多顆衛星，其中四顆伽利略衛星是最主要的，所以木星自成一個(ge) 體(ti) 係。木星的衛星，我們(men) 發現很有可能存在液態水。如果我們(men) 看哈勃望遠鏡所拍的木衛二照片，經常能看到有大的噴泉，當然這個(ge) 噴泉也可能是其他液體(ti) ，不一定是水。另外小行星探測器“黎明號”去了太陽係的兩(liang) 個(ge) 小行星——灶神星和穀神星，發現穀神星有1/4的質量來自水，要比之前的認識多得多。所以可以說在太陽係裏確實並不缺水。

在太陽係的探測裏麵，最熱的還是火星，可以說水和生命一直是火星探測永恒的主題。從(cong) 上世紀60年代開始，到目前為(wei) 止，火星探測總共發射有44加2次：44次是前麵已經發射的，已經到了火星那邊，還有2次就是我們(men) 過去兩(liang) 個(ge) 禮拜剛發射的，一個(ge) 是阿聯酋的，還有一個(ge) 是中國的“天問一號”。

在過去已經到達火星的44次探測當中，成功的是23次，可以看到，深空探測、行星探測是非常困難的，風險極大，成功率隻有52.3%。中國的“天問一號”還在路上，目前為(wei) 止都是很順利的。

在這個(ge) 月月底，美國還有火星探測器要發射。為(wei) 什麽(me) 我們(men) 紮堆要去火星，而且紮堆在這個(ge) 月，是因為(wei) 去火星26個(ge) 月一次機會(hui) ，這是軌道的要求，這時去最省燃料。

很多學者都認為(wei) ，火星過去是一個(ge) 宜居的星球，那它現在為(wei) 什麽(me) 不宜居了呢？可能是由於(yu) 各種原因使大氣逃逸而變荒蕪了，下一個(ge) 問題就是，我們(men) 有沒有辦法能夠讓火星變回宜居狀態？就有科學家提出，火星和地球的一個(ge) 差別就是它沒有內(nei) 稟的磁場。地球有內(nei) 稟磁場，所以能夠屏蔽太陽風，把很多高能粒子擋在外麵，降低地球大氣的逃逸。火星沒有內(nei) 稟磁場，那我們(men) 能不能人造火星磁層來改造火星的大氣呢？差不多5年前，一位科學家提出改造火星大氣計劃：在火星和太陽的第一拉格朗日點上放一個(ge) 永磁鐵，永磁鐵的強度按照他的估計可能也不用太大，1到2個(ge) T,也就是1萬(wan) 到2萬(wan) 高斯。現在按照我們(men) 實驗室等離子體(ti) 物理技術，瞬時這麽(me) 高的磁場是可以產(chan) 生的，在不遠的將來，持續的這麽(me) 大的磁場也是可以預見的。在這種情況下，火星本身的大氣逃逸狀態就會(hui) 改變，可能過個(ge) 若幹年，或許能夠慢慢的恢複出火星原有的宜居的環境。這是一個(ge) 大膽的設想。

星際空間
我們(men) 再下一站就是星際空間，人類的腳步從(cong) 來沒有停止過。現在在星際空間的飛船隻有兩(liang) 個(ge) ，一個(ge) 是“旅行者一號”，還有一個(ge) “旅行者二號”。它原來是太陽係的行星探測飛船，在2005年前後進入了星際空間，成為(wei) 人類第一個(ge) 進入星際空間、觸摸星際介質的飛船。“旅行者號”當時還攜帶了一個(ge) 使命，號稱是穿梭宇宙時空的膠囊，也就是說，如果由於(yu) 某種原因，地球乃至整個(ge) 太陽係都被毀滅了，宇宙當中還有什麽(me) 東(dong) 西能夠證明人類曾經存在並如此輝煌過，那就是“旅行者號”。它上麵帶了一張金唱片，是由特殊材料製成的，可以保存十億(yi) 年。如果一不小心被另外一個(ge) 文明撿到，就知道在宇宙當中還有這麽(me) 一個(ge) 文明存在。

人類的足跡一直從(cong) 地球向遠處擴展。從(cong) 陸地，到占領海洋，然後占領天空，後來也占領了我們(men) 的近地空間，下一個(ge) 疆域一定是太陽係的深空和行星。人類走出非洲大草原，走向整個(ge) 藍色星球，花了200多萬(wan) 年的時間；從(cong) 發明望遠鏡，仰望星空，到第一次進入太空，花了350年的時間；從(cong) 進入到深空，再到進到星際空間、觸摸星際介質，僅(jin) 花了50年的時間。大家可以看到人類的步伐是越來越快，人類的步伐快到以至於(yu) 我們(men) 無法想象、也無法預期。

汪毓明：中國科學技術大學地球和空間科學學院執行院長、中科院比較行星學卓越創新中心主任、中科院B類先導專(zhuan) 項“類地行星的形成演化及其宜居性”首席科學家。主要從(cong) 事日冕與(yu) 行星際介質動力學和行星空間環境方麵的研究，同時帶領團隊開展空間粒子和磁場探測技術的研發，服務國家深空探測計劃。其牽頭完成的“日冕物質拋射的傳(chuan) 播演化和地磁效應”研究成果獲2018年度教育部自然科學一等獎。

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