人類從何時開始,將「飛向宇宙」的口號變成行動?

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作者:馬丁‧詹金斯(Martin Jenkins

航向太空!

1780 年代,法國發明家在巨大的氣球內灌滿氫氣或熱空氣,使其向上浮力足以將人帶離地面。不久之後,這種裝置已能飛升到數千公尺,並且載人長程旅行。

只是這個時候還沒有人想過,人類可以藉由飛行來探索太空。

這項發明成為人們創作故事的題材,其中最特別的是法國作家儒勒.凡爾納(Jules Verne)在 1865 年出版的暢銷科幻小說《從地球到月球》(De la Terre à la Lune),啟發人類展開太空探索的時代。小說描述在美國佛羅里達州,有一座埋藏在地下的巨大砲臺,將載著三個人的太空艙發射到月球上。

由地面發射的砲彈無法抵達太空,但是凡爾納的想法並沒有錯。

這些概念與後來一位俄國高中數學老師,康斯坦丁.齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky),在 1903 年發表的論文《利用反作用力設施探索宇宙空間》(The Exploration of Outer Space by Means of Rocket Device)有些相同的地方。

在這篇論文中,齊氏所提出的將人送上太空的方法不是透過砲彈,而是另外一種相似的裝置——火箭。

凡爾納的小說啟發了世界各地的科學家,有些國家成立了研究與發展火箭的機構,甚至進行實際的建造與發射實驗。然而在二次大戰期間,火箭並非送人類到太空旅行的交通工具,而是作為長程的攻擊武器。

1950 年代,美國與蘇俄展開了太空競賽。這場競賽由蘇聯奪得首勝。1957 年10 月 4 日在蘇聯秋拉坦(現在的哈薩克)火箭發射基地,一枚改造過的 R-7 火箭從這裡升空。火箭不再攜帶彈頭,而是全世界第一枚人造衛星史波尼克一號(Sputnik 1)。

1969 年 7 月 16 日,三名美國太空人搭乘阿波羅十一號,在歷經四天、航行將近 40 萬公里、繞行月球十三圈之後,登月小艇「老鷹號」從指揮艙「哥倫比亞號」脫離,並且開始下降。兩個半小時後,老鷹號平安降落在月球表面的「寧靜海」(Sea of Tranquillity)。狹小的艙門於降落六個半小時後開啟,阿姆斯壯走下九級階梯,踏上月球表面。

就在這一刻,火箭終於完成它被賦予的最初任務。

將人類送上太空,甚至是更遙遠的月球,是一項空前的成就。然而讓太空人平安回到地球,同樣也是一項艱鉅的任務。

一直以來,太空人都是乘坐一個空間狹小的返航艙,外層裹著隔熱盾以抵抗降落時產生的高熱,並且在離地面數公里處開啟降落傘減速。這些方法都經過多次嘗試與測試,並且成功載著人類往返太空。

但火箭和太空船造價昂貴,卻只能使用一次,實在有點浪費。唯一完整回到地球的只有返航艙(也就是出發時太空人乘坐的指揮艙),但是也無法繼續用在別的任務上。

1969 年,美國太空總署開始建造可重複使用的太空船,並於 1981 年成功發射。美國總共造了五架太空梭,執行了一百三十五次的太空任務。

儘管在太空梭的發射過程當中,還是有許多無法回收利用的部分,是這項發明仍舊是科技發展的重要里程碑。它具備革命性的耐熱防護措施,在重返大氣層後能夠像飛機一樣降落,而且能載運的物資和太空人比以往任何火箭搭載的小艇或太空船更多。

儘管美國太空總署的太空梭皆已退役,但人們依舊沒有放棄開發可重複使用的太空載具,仍有不少私人機構在研究各種新型的太空梭。

未來,這些太空梭將實現人類太空旅行的夢想,甚至載著人類移民月球與火星也說不定。

在外太空的生活

我們一直生活在地球上,所以一直將維持我們生命的許多重要元素視為理所當然。

首先是重力,它使我們有重量,使我們在毫無支撐的情況下會從空中向下墜落。重力使物體有了輕重之分,而提起重物往往要花更多力氣;重力使我們爬樓梯比走在平地上更覺得辛苦。重力雖然看不見也摸不到,卻無時無刻影響我們以及身邊所有的事物。

再來是我們呼吸的空氣。

圍繞著地球表面的大氣層除了供給我們呼吸的空氣,還有一項非常重要的生存條件──大氣壓力(取決於大氣的密度)。如果大氣太稀薄,我們就無法獲得足夠的氧氣來維持身體運作。大氣壓力會隨著海拔增高而減少,當來到海拔 50 公里的高空,大氣壓力只有海平面的千分之一,在這個接近真空的區域幾乎已經沒有任何物質存在。

其實,真空也並非真的空無一物。

在太陽系內充斥著一種稱為「電漿」的高溫粒子,它們來自太陽(太陽風就是流動的電漿),或是來自小行星之間的撞擊,或是從彗星脫離的塵埃碎屑,還有從宇宙遠方穿過太陽系的「宇宙射線」(cosmic rays)。

陽光也是維持地球生命不可或缺的要素。

來自太陽的光線中,除了眼睛可以看到的可見光,還有各種射線與電磁波,例如無線電波與 X 射線。陽光為地球帶來熱能,如果沒有太陽,地球將會變成一片冰天雪地。

要暫時離開大氣層,太空人得克服寒冷、散熱、真空等等的問題,並且想辦法維持呼吸和氣壓。若要在太空中待得更久一點,就會面臨更多的難題,例如飲水、上廁所、用餐和睡覺;待得再久一點,就得持續運動,維持身體機能正常運作,保持環境衛生,並且調適個人情緒與心理狀態。

早期太空人在距離地表數百公里的狹小太空艙中,只停留很短暫的時間。現代的太空人在地球軌道的太空站上,常常一待就是數星期,甚至好幾個月。

他們不時得離開太空載具,進行艙外活動(太空漫步)。他們開始以飄浮取代行走,睡覺的時候,必須把自己包進固定在牆上的睡袋中,以免在太空艙內到處飄浮。他們不能淋浴,因為四處飄浮的水很難清理,而且水和其他來自地球的物資一樣珍貴。

國際太空站的太空人每天都要運動至少兩小時,利用不同的器材來鍛鍊肌肉。但是生活在失重環境下,身體內的液體會往上半身集中,使得臉部浮腫與小腿變細。這些狀況無法透過鍛鍊肌肉或其他方法改善,但大部分的人回到地球後,這些生理上的改變就會逐漸復原。

除了失重帶來的不便,宇宙射線和太陽風也會對人體造成傷害。地球就像一個巨大的磁鐵,其內部磁場會形成一層無形的防護,當太空人離開地表後就無法再受到保護。

為了避免這樣的情況,各國政府會限制太空人在外太空停留的總時數。而這項措施到目前為止成效還不錯,許多太空人回到地球後,都能夠維持健康的生活。但如果人類要在太空中長途旅行,例如未來可能實現的火星探索任務,或甚至移民火星,所要面對的將會是完全不同的挑戰。

 

本文摘自三采出版《太空的故事》

太空有多大,人類的夢想就有多大

數千年前的科學家是如何觀測天上星星的呢?
人類登上月球之後,還想繼續在宇宙中尋找什麼?
在我們有生之年是否有機會造訪火星?

當人們越是探索太空、越是了解宇宙,
就越能明白我們稱之為「家」的這顆藍色星球,
是多麼獨特而珍貴。