引 言

亮剑太空

从地球走向太空，是人类文明的一大进步。

　　飞天梦是人类自古以来就有的梦想。希望能像鸟儿一样自由自在地在空中 飞翔，是航空梦；到月亮上去，进而探索莽莽河汉和浩瀚神秘的太空，是航天梦。 这两类梦想吸引着无数英雄竞折腰，甚至为此牺牲，但人类仍然前仆后继，勇 往直前。

　　航空和航天，起源一致但因理论和技术不同而分家，本书描述的是航天而 非航空。

　　中国人自古不缺航天梦，从“嫦娥奔月”的神话想象，到“万户飞天”的 身体力行，历史文化中均有传说和记载，甚至现代航天中必不可缺的火箭技术 也源自我们祖先的伟大发明。

　　20 世纪中叶开始的美苏“冷战”把人类拉进了太空时代。从 1958 年苏联发 射第一颗人造卫星开始，人类探索太空的脚步已经走过了近 60 年的历程。奔赴 太空半个世纪，托起人类千古一梦。其中不仅有科学家求知欲的满足，也伴随 着时代变革的风风雨雨。从美苏两个超级大国在第二次世界大战之后的人才争 夺战开始，航天方面的科学技术发展迅猛，各国纷纷在太空亮剑，掀开了在科学、 技术、军事、政治各领域的全面竞争。这其中有成功的喜悦，也不乏失败的教训。

这个世界各国以千亿万亿资金投入，数万人辛勤劳动以至付出生命代价的

“航天工程”，为人类文明做了些什么？人类对太空的众星系有何更深入的理解？

如今，借助于现代的高科技，我们如何重新解读太阳系和银河系、如何认知太 空中那些遥远而且形形色色的神秘天体？太空的探索与开发又如何改变了人类 的生活和思维方式？此外，在满天繁星及航天探秘的背后，隐藏着哪些基本又 有趣的物理知识？这些是本书作者希望引领读者思考解决的问题。

　　然而，宇宙茫茫，星辰无数。除了亿万的自然天体之外，几十年来，人类 发射至太空的人造天体也已经上万！因此，作者不可能面面俱到，只能带领你 在这个巨大星海旁的沙滩上，拾取几颗美丽的贝壳。通过一些典型事例的介绍， 让读者对基本航天知识以及其中的物理原理有所了解。同时，也通过介绍人类 航天史上一些妙趣横生和震撼人心的故事，使读者认识人类航天的简要历史轮 廓。从古代的飞天传奇，到世界各大国之间的太空争夺战，说明航天工程对人 类文明社会的重要性。

　　也许有人会说，天上的星星固然美丽迷人，但离我们太遥远。登陆月球、 火星，那都是科学家和航天员考虑的事，与我们的日常生活有什么关系呢？这 实际上是对天文学及航天事业的误解，姑且不谈“理想”“梦想”之类的长远而 抽象的话题，太空中发生的很多事情是与人类生存息息相关的。天上的星星并 非遥不可及，它们的运动和变化无时无刻不在影响着我们的生活。

　　在美苏太空竞争的年代，美国总统林登·约翰逊说过：“控制了太空，便有 能力控制天气、干旱和洪水，改变潮汐、提高海平面……这是比终极武器更重 要的东西，这是从太空某处达到完全控制地球的最终目的。”

约翰逊这段话的意思就是说，控制了太空便意味着控制了世界的未来。 谁不愿意控制未来呢？谁也不希望未来被别人控制！这就是为什么世界各

国都想要发展航天事业，都纷纷想加入这个“太空俱乐部”中来分一杯羹。发

展航天事业，将自己的国力展示于他人，也亮剑于太空，这是如今每一个大国

的愿望和共识。 如今的航天领域，已经不仅仅是美俄两国之争。美国对太空的兴趣一如既

往，近几年的探索重心已大大超出月球，而世界上许多国家也都纷纷宣布了自 己的太空探索计划。俄罗斯的航天计划停滞多年后正在艰难重启；日本将与美国 合作载人探月项目；欧洲的航天计划因金融危机搁置，但希望参与俄罗斯的月球 探测项目中；印度一直都关注航天事业的发展，自主研发显示了其大国雄心，探 索太空的步伐也从未停止。

　　中国从来就重视航天事业。从 1970 年发射第一颗人造地球卫星（“东方红 1 号”），在太空响起“东方红”开始，“长征”号运载火箭、神舟载人飞船、北斗 卫星导航系统，还有“天宫”“嫦娥”和“玉兔”，一系列太空探索计划步步紧跟。 航天时代已经到来，太空离我们并不遥远！

　　没有哪一门科学像“航天”这样充满了幻想色彩。除了古代各种文化中 的神话故事外，近现代的许多天文学家也都写过科幻作品。航天科学的先驱者 更是热衷于将他们的航天思想用科幻的形式表达出来，以便容易得到广大民众 的认同。早在 400 多年前，天体力学的祖师爷，大家熟知的开普勒（Kepler，

1571—1630）就写过一本既像科幻又像科学专著的作品（以《梦》为题发表）， 描述他想象中的星际之旅。

　　航天相关的科幻作品与天文、物理方面的科学论文如同纠缠在一起的两条 环绕线，在互相促进和影响下前进。从开普勒之后，特别是哥白尼的日心说站 稳地位、牛顿又建立了经典力学之后，西方有关航天的科幻小说可以列出一大 串。1657 年，法国作家贝尔热拉出版的科幻小说《月球之旅》中，已经颇为 超前地讨论了 7 种登月的方法，前 6 种都失败了，只有第 7 种“爆竹产生的焰

火”成功了。贝尔热拉并非科学家，却偶然地预言到了牛顿直到半个世纪之后

才总结出的作用与反作用原理。在阿西尔·埃罗于 1865 年出版的《金星之旅》 中，主人公也发明了一种利用水的反作用力将飞船推入太空的动力装置。作者 在书中还用手枪的后坐力来生动地说明了反作用力的由来。从原理上来说，现 代的火箭和书里的“水箭”并没有本质区别，只不过是喷射的物质不同罢了。 当年文学作品的想象力大大地超越了科学技术能达到的现实，更为可贵可赞的 是十七八世纪的科幻作家们在其作品中表现出的那种认真思考科学原理的求实 精神。

　　如今，在现代新一轮的太空航天竞赛中，如何才能发挥中国现有的优势， 尽快缩小与先进国家的差距，走出自己独特的航天技术之路呢？这其中除了专 业人士的努力之外，广大民众的理解和支持也必不可少。因此，向公众科普航 天知识，让老百姓更多地熟悉太空、了解航天，是科学工作者的任务，也是本 书作者的初衷。

　　航天学是一门有趣的学科，但实际的工程发射过程却充满了危险和挑战， 特别是载人航天。太空毕竟是一个与人类的地球家园迥异的环境，我们要适应 太空、克服人体的各种不良反应等，对此，科学家们做了许多研究。此外，载 人航天器的发射和返回过程危险性很大，航天史上有过几次大事故，作者也会 加以介绍，使人们能以此为鉴。

　　迄今，因为航天器的速度所限，现代的航天技术主要只是探索太阳及太阳 系中的八大行星。因此，作者仅对太阳系几个主要行星及它们的几个典型有趣 的卫星的物理规律和特点做了基本介绍，带领读者星海拾趣。人类最感兴趣且 派去探测器的有哪些星球？为什么对它们特别看待？哪几个星球与地球的环境 最为类似？在这些天体上是否探测到任何生命存在的迹象？如果地球突然发生

大灾难，人类有移民其他星球的可能性吗？

　　此外，如今飞得最远的“旅行者”号探测器被认为刚刚抵达太阳系的边界。 但通过望远镜，人类却已经观察到了广博得多得多的宇宙。作者也将对哈勃空 间望远镜及韦伯空间望远镜略作介绍。

　　为了增加可读性，作者以“二战”后美苏的太空竞争为线索，插入一些当 事人和研究者的逸闻趣事，再将航天方面的科学技术发展穿插其中，读故事、 长知识，让读者在轻松阅读故事的过程中学习航天知识。

　　十分有趣的是，除了人类社会中的各个大国在进行太空争夺战之外，宇宙 中的各个天体虽然本是没有意识的非生命之物，它们之间却似乎也在进行着争 斗。从物理学的视角看，宇宙间存在 4 种基本相互作用，其中强相互作用和弱 相互作用只在微观的尺度范围内起作用，它们可以影响每个星体内部结构中的 物理过程，但与天体之间的运动关系不明显。其他两种力：引力和电磁力，都 是长程力，对天体的相互运动起着重要的作用。宇宙中大大小小、形形色色的 天体运用它们各自的引力和电磁力，像是在互相抢地盘、占山头，大星吞小星、 小星撞大星，用物理规律展开一场无言的战争。对此，作者描述了宇宙中一幅 十分有趣的物理图景。

　　该书的读者可定位于各个领域的大学本科生、研究生，对天文学、航天、 物理学等感兴趣的初、高中学生等。然而，航天技术及其探索目标——“太空” 之谜，对各个阶层和领域的读者，都具有极大的诱惑力。本书中没有数学公式， 因而适合所有爱好科学的广大读者阅读，包括各个年龄层次的文科读者。

　　本书作者既是物理学者，又是科普作家，物理概念清晰，文字功底深厚， 表述深入浅出，比喻恰到好处。作者善于使用通俗的解释、流畅的语言、直观 的图像来解释深奥难懂的物理内容。

阅读本书，能使读者从如下几个方面获益：

　　通过介绍航天中的典型事例，满足各个年龄阶层人们对太空的好奇心，增 长见识，启发人们对地球、太阳系和人类未来的思考，吸引年轻人踏进科学技术、 天体物理、航天工程的大门。

　　用通俗易懂的比喻，图文并茂的解释，幽默风趣的语言，引导读者学习、 思考和探索星体背后的物理现象，了解天体运行、恒星演化、宇宙变迁的基本 物理规律。让读者体会大自然造物之巧，感受科学理论之美。