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探月有什么用?Comments>>

发表于 2013-12-22 16:00 | Tags 标签:,
探月史上、也是历史上最著名的照片之一:“地球升起”,阿波罗8号乘组于1968年12月24日摄于月球轨道

探月史上、也是历史上最著名的照片之一:“地球升起”,阿波罗8号乘组于1968年12月24日摄于月球轨道

原文发表于 叶儿山博客

随着“嫦娥三号”成功着陆,这么一个问题又被人们热议:“探月有什么用?”

作为一名拿这个领域当饭碗的科研工作者,我一直觉得这是个极好的“开题报告”式的问题,无论是开一篇博士论文的题还是开一场公众报告的题。对于大多数科学家们来说,是社会的支持让他们得以站在人类认知领域的最前沿,因此他们有责任也有义务向公众解释自己研究的意义和价值。我记得第一次和导师见面,他反复提到一句话:“对科学家来说,没有问题是幼稚问题。”我觉得,这一观点,无论是对自己专业内的问题,还是对“旁观者”提出的问题,都是适用的。“探月有什么用?”“登陆火星有什么用?”“观察遥远的星系有什么用?”科学家们向公众展示自己的结果,公众当然完全有权提出这样的问题,而且要求一个可以被他们所理解的答案。

尝试回答这类问题的好文章不少。NASA科学副总监施图灵格曾特别撰文《为什么要探索宇宙》;国际天文联合会的网站也有一篇文章,《天文学为什么重要》,这两篇文章都从方法论上尝试对这一问题进行回答。但有一些挑剔的网友并不买帐,认为罗列“人类精神”和“长线布局”的好处,对至少一部分个体来说,看不见摸不着,难以衡量产出效果。我能理解他们——在科研圈里有一句话:“人们不看你说什么,只看你做什么。”于是我想,这一次,不妨用已经实实在在地落在你我手中的技术,来回答“有什么用”系列问题吧。

我先从我们离不开的电脑和手机说起。大家一定知道,从你我的电脑,到手机,到数字化微波炉,到我们身边稍微复杂一点的任何电子产品,有一样东西无数不在,它叫“集成电路”(严格来说,我们现在使用的应该叫微电路,是由集成电路发展而来的)。集成电路是1958年发明的,但能让它得以迅速普及并进一步改良的,却离不开60年代的一个重大航天工程:阿波罗计划。50年代的计算机均是庞然大物,但宇航员们需要计算机来协助控制飞船。由于飞船载荷的严格限制,机载计算机必须小巧可靠,因此德州仪器公司开发了更轻巧的集成电路供NASA使用。阿波罗飞船上搭载的阿波罗引导计算机(Apollo Guidance Computer, AGC)是第一批采用集成电路的计算机。集成电路的价格在1962年到1968年间下降了25倍,很大程度上就是因为阿波罗计划的大量需求。

说完集成电路,再说说大家离不开的另一样东西:无线网络。无线局域网(WLAN,粗略来说Wi-Fi和它是一回事)的标准是1997年发布的,但其核心技术之一却是由天文学家在1977年提出的。由于电磁波性质的限制,射电望远镜的清晰度要比光学望远镜的差得多。比如,对于同等口径的望远镜,射电望远镜的解析能力要比光学望远镜差百万倍这个量级。尽管射电天文学家们不断制造更大的望远镜,但毕竟口径的提升是受到工程能力和环境的限制的,因此他们不得不寻找其他方法。1977年,以荷兰天文学家哈梅克(J. Hamaker)为首的小组发明了一种方法,可以利用干涉技术优化射电数据。后来,工程师们发现,这一技术可以大大提高无线网络的可靠性和加快传输速度。如今我们所用的无线局域网的标准(IEEE 802.11),其一部分核心专利就是这一原本用于射电天文学的技术。

这年头,数码相机和可拍照手机已经变得十分常见,它们的影像传感器大多使用CCD。CCD即感光耦合元件(Charge-coupled Device),发明于1969年。首先用上CCD的,除了军方以外,还有天文学家,因为CCD的量子效率(即将光子转换为信号的效率)远胜于传统底片,加上CCD可以实时读出图像而无需经过繁琐的化学处理过程,天文学家们在70年代末期就开始将许多望远镜上的照相底片替换为灵敏度更高的CCD。在80年代,来自天文学家的需求一定程度上刺激了工程师们不断设计和制造更大、更灵敏也更稳定的CCD芯片。到了90年代中后期,装备CCD的家用数码相机开始变得流行,如今使用传统底片的相机已经几乎从市场上绝迹。从某种角度来说,天文学家们“不经意间”协助促成了家用数码相机的普及。

在CCD刚刚发明的年代,除了天文学家们还在用现在看起来老掉牙的照相底片外,还有另外一件事情看起来也很“老掉牙”:坐飞机几乎和坐公交一样简单,无需证件,无需安检(只有0.5%的人需要搜查),买票直接上飞机。但在70年代初,随着劫机和恐怖活动的愈加频繁,登机手续开始逐渐变得严格。1972年12月,美国联邦航空管理局要求各航空公司在一个月内实现对乘客行李的全面搜查。这时,派上用场的是刚刚应用不久的X射线光电成像技术,这可以让工作人员实时“透视”乘客的行李,而这一技术最初主要是为了美国第一颗X射线天文卫星——1970年发射的“乌呼鲁”——研发的。更后来,搜寻炸弹和毒品的气相色谱质谱仪也被广泛装备在大、中型民航机场。第一台实际使用的气相色谱质谱仪是1968年制造的,但这类仪器能在如今变得如此便携、高效和可靠,离不开70年代“海盗”系列项目的强力推动——两艘“海盗”号飞船是人类第一批成功软着陆火星表面并开展探测的无人飞船,工程师们制造出了轻巧的气相色谱质谱仪安装在飞船着陆器上,以便科学家们能更深入地研究火星表面的环境,确定其是否具备生命存活的条件。

以上,我只是列举了几个和普通人关系最密切的例子。实际上,类似的例子实在不胜枚举,我还可以继续简单地往下说——比如,天文学家们测定恒星温度的技术,被用来研制非接触式体温测量仪,并在“非典”时期大派用场;用于研制“海盗”号着陆器降落伞的材料,经改良后用于制造性能更好、寿命更长的汽车轮胎;装备在载人飞船返回舱上的隔热材料,被用来改善防火门的性能;用于空间站的某种薄膜,被用于制作防划痕的太阳眼镜,而另一种用于过滤宇航员生活用水的过滤器,则被广泛用于过滤家庭用水;用于分配哈勃太空望远镜观测时间的软件,经改良后用于医院的病历管理;用于在海量天文数据中自动检测星系的算法,现在被用来协助进行某些医学检查。至于在其他专业领域——尤其是医学领域——进一步施展拳脚的技术,则更是多得数不完:太空毯、核磁共振技术、飞机除冰、污染物检测及防控、建筑物探伤、探矿、净室、生物制药、生物及医学影像处理及增强,肿瘤探测和治疗……

前人栽树,后人乘凉。撇开那些深奥的哲学命题不谈,某种意义上来说,如果不是这些前辈们探索中获得的“副产品”,我们或许还要等上几十年或者更长时间才能用上ThinkPad Carbon和iPhone呢。当然或许有人会说,那我们如果当初定向研究集成电路和无线增强技术,那不一样也会得到笔记本电脑和手机么。然而,科学发现从来就不尽然是“种瓜得瓜”的过程,更经常的是“种瓜得豆”。无数的历史故事告诉我们:科学大发现往往不是定向研究能做出来的。对宇宙的探索更是要求前所未有的高精度和高可靠性,需要许多领域、甚至不同国度的科学家和工程师通力协作才能完成。但科学和赌博有点像:风险越大,收获越多。不入虎穴,焉得虎子。《阿甘正传》里有句很经典的台词:“生活就像一盒巧克力,你永远不知道你会拿到哪一颗。”正是这种“漫无目标”但却“寻根究底”的好奇心,让我们在50万年内从点燃第一堆篝火到现在人人能揣着智能手机到处自拍。我们感谢先辈们孜孜不倦的探索;而我们的子孙也终将感谢我们。从这个角度来看,大刘那句话——“航天是生命本能,不需要问有什么用”——是不是就变得可以理解了呢?

“卡西尼”号探测器在土星附近拍摄的地球(中右处的蓝色亮点),摄于2013年7月19日

“卡西尼”号探测器在土星附近拍摄的地球(中右处的蓝色亮点),摄于2013年7月19日

致谢

感谢 @广林星云 和 @Steed的围脖 的审读和意见。

参考资料

Fein (2009), From cell phones to computers, technology from NASA's space program continues to touch everyday life.

Gardiner (2013), Off With Your Shoes: A Brief History of Airport Security.

Ginzberg (1976), Economic impact of large public programs: the NASA Experience. Olympus Publishing Company.

Hamaker et al. (1977), Image sharpness, Fourier optics, and redundant-spacing interferometry, J. Opt. Soc. Am. 67, 1122.

NASA (1976). Spinoff. Washington, DC: U.S. Government Printing Office.

NASA (1991). Spinoff. Washington, DC: U.S. Government Printing Office.

NASA (2000). Spinoff. Washington, DC: U.S. Government Printing Office.

National Research Council (2010), New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics. Washington, DC: The National Academies Press.

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67 Responses to “探月有什么用?”

  1. simacai说道:

    原来不是在说探月的目的

  2. 123说道:

    估计也就是拿这个当饭吃的人才会说有用的

  3. GoWest说道:

    所以说文化水平不高智商不够的普通人就不应该有投票权,否则会严重阻碍人类的进步。

    • suyab说道:

      一大波公知马上赶来把你喷死

    • 钢牙兔说道:

      你有权利决定谁是“判断力不够的普通人?”重要的是教育。

      • 不年轻说道:

        人家根本就没说是“判断力不够的普通人”,人家说的是智商低还没文化和科学素养的普通人。你这种胡乱脑补搅混水的人真讨厌。

  4. fumaoz说道:

    重复造轮子有什么用

  5. 破晓的余晖说道:

    这种高科技项目的短期收益是可以快速促进科技发展,长期收益是对我们国家乃至人类未来发展的长期投资,毕竟那些地方是我们人类终归有一天会去的。

  6. Bill Lee说道:

    现在的数码相机和拍照手机都用 CMOS 电路的传感器了吧,CCD 不常见了

  7. 张泽升说道:

    一当执政,没有反对意见,俺们穷人没有发言权,你们想怎么花就怎么花,何必回过头来跟我们说这个有用那个没用?跟在人家屁股后面做些重复别人的无用功,只是因为人家因你不讲规则不跟你玩你才自己玩而已,就这点屁技术几十年前就搞掂了,现在只要肯砸钱谁也能搞掂,有屁了不起的,为了维持统治的军事去登月才是唯一的动力,穷兵黩武!——一个科技迷。。

    • KS说道:

      一点科技常识都不懂还大放厥词,就别侮辱科技迷这三个字了。有钱就行,那怎么没见中东那些富豪们搞出来啊?登月是为了维持统治,统治你需要那么高技术么?太看得起你自己了。

    • Feidudu说道:

      什么叫不讲规则才不跟你玩?

      美利坚的F22、X47B、无人驾驶战斗机、朱姆沃尔特驱逐舰、电磁弹射航母可曾带上欧洲、日本一起玩?好像想买都没机会喔。欧洲、日本难道还不够讲规则,不够听话么?

      您那点智商还惦记着反土共反Ducai?投胎到美利坚也是被人洗脑的货。还是洗洗睡吧。

      ——一个不拿美分,追求民主、自由、人人平等的公共知识分子。。

    • clane说道:

      难道当年老美和苏联的探月目的,不是基于政治目的而是基于很纯粹的探索?

    • Miu说道:

      路得一步一步走,饭得一口一口吃

      登月这种事都没搞定,就想直接登上火星,登上水星?

      另外月球无论在矿产资源方面,还是在军事战略方面都有争夺的价值。但在我们这个神奇的国度,争到了,能给我们这些老百姓带来多少好处,那就另说。

      争取了,可能有好处,不争取……一定没好处。

  8. gk132说道:

    很少在这里见到写得这么差的文章,完全文不对题,作者当年高考语文肯定没及格~~~~

  9. yanrenzhang说道:

    作者的逻辑是如果一项活动会产生有益的附属作用,那就是好的。用这种逻辑我可证明战争很不错,解剖活人也很不错

    • Feidudu说道:

      你的逻辑是没有法律约束、道德底线的事,只要想做就能做?

      • jimmyfluore说道:

        是科技决定道德,而不是道德决定科技。历史上不止一次道德被用来作为愚昧的借口。

    • Leading说道:

      确实战争是科学发展的一大推动力,但既然有别的替代品,还是和气点好。

  10. df说道:

    写得很差,就不要发了啊。

    • Feidudu说道:

      你这种纯灌水的废话都能一遍遍浪费版面,好意思说谁?

  11. 林在眠说道:

    打回重写。人们关心的是,美苏探月的几十年后,中国再来探月有什么用?就从文章列举的方面来讨论。咱们先忽略精神层面上的作用。

  12. 蒋永丰说道:

    很多民用技术也是战争(军事)技术发展出的,那战争也是必要和伟大的

  13. Pasternak说道:

    这篇写的的确够差的,因为这些都不是探月的直接成果,而仅仅是附加成果罢了。正如下面评论所说,以此推论,战争,人体试验也都是有用甚至崇高的了。

    当年美国探月的首要目的只有一个:在太空竞赛中超过苏联。正因如此,美国人才甘心掏出5%的预算来登月。但这个目标达到以后,美国人对次要目的:研究月球地质就没什么兴趣了,于是阿波罗计划草草收场,原计划的3次地质科考全部取消,整个阿波罗计划只有一个地质学家登上了月球,其他全部是飞行员。

  14. Pasternak说道:

    对现在的我们来说,阿波罗计划的首要目标——让美国人首先登上月球——完全是狗屁,没有任何意义;次要目标——月球地质——却非常重要。因为月球是地球的邻居,月球上发生的事,地球也同样会发生。而地球由于地质变迁,三十亿年前的事件早已湮没无踪,只有月球上还保留着。著名的“后期重轰炸”就是从月球陨石坑中发现的。实际上,地球早期的地质年代是以月球地名来命名的,比如冥古宇的酒神代,雨海代。我认为,这是探月给人类带来的最大贡献。

    至于燃料电池之类的东西,即使没有阿波罗计划,难道就造不出来了吗?假如把阿波罗计划的钱直接用来发展这些民用科技,难道不会发展得更好吗?我不认为这些副产品是探月的贡献,因为它们即不是主要目标也不是次要目标。

  15. Pasternak说道:

    至于中国探月,首先,花费似乎不太大;其次,科考似乎占有很重的分量;第三,整个目标和计划很理性,并没有下面这种扭曲时代的胡言乱语:“要在十年内把人送上月球,不是因为这很容易很便宜,而是因为这很难很贵,这才体现出我们美国人的牛逼”

  16. 游子意说道:

    我们的目标是星辰大海,还有没有人记得银河英雄传说中的这句话?
    如果问人类探索宇宙有什么用?我相信层次高一点的人都会承认探索宇宙的意义重大,人类不可能永远生活在地球摇篮里。
    那好既然人类探索宇宙有意义,那在这项人类伟大的探索活动中,伟大的民族和国家不能缺席。这不仅仅是政治意义,也不是那些计算机之类的副产品,只用这些庸俗经济学来衡量宇宙探索,太目光短浅了,当然这些理由也可能可以说服一部分目光就是这么短浅的人。美苏政客当年虽然是为了政治进行太空竞赛,但是那些伟大的先驱者的成果,是全人类共同的财富。哪怕苏联不存在了,但是苏联的太空探索会永载史册。所以,随着中国国力上升,在宇航领域做出符合自己国力的贡献,是合理的。没有崇高理想只看眼前那点事情的国家是不可能成为伟大国家的,而中国和俄、美、欧、印这些国家一样,注定不能是一个二流角色。
    所以,中国应该探索宇宙,这个要一步一步走,所以第一步应该是探月,没有探月的技术,就更不用说探索太阳系其它行星了。
    探月只是个开始,我们的目标是星辰大海!

    • 长庚说道:

      满篇评论乱七八糟,还是这个说得好。

    • 萍聚水云间说道:

      说得很对!其实这篇文章写得本来不错的,可惜看到大多数评论我瞬间就心凉了,世界上怎么就有这么多脑袋短路的人呢?!!还好还是有看得下去的评论的。

      • 加菲猫说道:

        就是啊,天文学作为人类最前沿的科技,它为人类作出贡献实在太多了,只是产出成果很多时候是无形的而受到无知者的攻击,傻子都知道聪明人动口(天文学),笨人动手(经济学);指挥着人类一直前进的永远是这些高精尖的科技,哪怕再穷,也不能失去探索精神,人类的命运总是与天文学这种顶尖技术有着千丝万缕的关系,可以直接说,没有了天文学,人类讲永远生活在愚昧之中而覆灭。

  17. deerbbi说道:

    超赞。但是目前中国的高端航天科技在生活中的转化率着实没有其他国家高。非常赞阿!!你开导了正在读工科又不知道有什么用的我。。。

  18. asdfgbh说道:

    写滴太好了

    • lll说道:

      没有谁对谁错,换句话说,科技还是为了民生,但是长远来看,落后的成本很大这个是真的,还是经济效益呀,但是初期很多事情是看不出效益的,就像手工业被取代,很多人失业,但是不发展只有落后这个没啥说的,科技发展了,提高福利这不会有问题的,民生问题会随之解决,不会冲突,关键是公开透明呀,这个还是靠科技,科技是进步这问题没错

  19. zsweezy说道:

    现在都是用CMOS传感器,较早的数码相机才使用CCD

  20. raketsu说道:

    虽然我也支持探月,但是我觉得这篇文章说服力严重不足。
    在这里列举了探索宇宙工程中一系列科技进步又转化为民用的例子。可是战争也能促进相关科技快速进步啊,难道说我们应该支持战争吗?

    • 隐矢宇说道:

      必要的话,还是应该战争的。其实战争有其必要性,虽然没人希望战争降临到自己的头上,但不可否认战争无论是在利益、文化、认知、科技、哲学还是在医疗、经济、公众生活、法律等等方面都有着巨大的影响和作用。所以我们一方面应该祈祷不要发动战争,另一方面也要时刻准备着战争随时降临到我们头上的可能。战争是把双刃剑,在披荆斩棘的同时,也在毁灭着过去的时空。

      又或:
        我们的脚步不愿被抑制的不断前行,而矛盾如恒河之沙在时空中不断的翻滚前进————此起彼伏。

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  23. 克赛说道:

    无用之用,方为大用。

  24. pm说道:

    三篇文章的角度都差不多

  25. unreal说道:

    可以再写一篇【发动战争有什么用?】
    让我们一起发动战争吧

    • zhou说道:

      人家说探月,你要去打仗;人家说赚钱,你是不是要抢银行?

  26. www.0752it.net惠州网站建设说道:

    你无法预料以后的生活是怎么样的~止步不前的科技迟早会死在历史长河中!你省下了那几千亿,却丢掉了以后的所有东西,考虑未来是必须的!

  27. zhou说道:

    人家说探月,你要去打仗;人家说赚钱,你是不是要抢银行?

  28. qinghao说道:

    不管你怎么说,
    但还有很多地区的人民饭都没有吃好的情况下搞这事儿,
    再多的理由也说不过。

    我是不是可以说又一篇证据证明松鼠会确实被收编了。

  29. 隐矢宇说道:

    月球是我的,都是我的。你们不许动我的月球,再动我的月球我就让你们继续在天圆地方里画圈圈。

  30. 老傅说道:

    文不对题啊!如果标题换成《空间技术对民生的作用》,就对路了。这篇文章标题放在网页的首要位置,内容却是风马牛不相及。其实刺激科技发展的,应该是战争吧!

  31. haozi说道:

    为什么要登上月球?在五百面前我们中国人还问过另外一个问题,为什么要航海?探索宇宙是人类下一个目标,如果我们现在不努力,当美国人在火星上建殖民地,开放太阳系的资源的时候,当我们头顶上都是外国人的飞船的时候想不想知道子孙后代怎么评价我们?月球是离我们最近的星球,探索宇宙当然要从月球开始,至于美国人什么时候登上的和我们没关系,没有一个国家会和别人分享这样的技术,我们现在是在把以前的欠账给补上。今后在不远的将来,三体小说里面的太空电梯,核聚变飞船肯定会出现,再几百年后空间跳跃也可能出现,所以每次听到有人说搞航天劳民伤财,有什么用等等都会觉得这人傻逼,书都读到狗身上了。

  32. 哦哦哦说道:

    更多是自我证明~
    你看我也登上了月球,我和你的距离缩短了~

    你能登月球,我也能我并不比你差~

  33. 隐矢宇说道:

    楼主写的都是细小的方面,要我说、、探月应该是其他研究分支的一部分,譬如太空地质学、宇宙气象采样、宇宙演变采样、太空殖民先期探索等等,以便在未来服务于宇宙殖民与生产、宇宙变化与灾难预判等等。

  34. sdfrsgb说道:

    说来说去就是说探索宇宙的过程中促进了科技的发展,改变了我们的生活。还是没说“探月”本身,直接的目的!

  35. hzh说道:

    谁都知道探月有什么用,同时谁也都知道大家疑问的在于:重复的探月计划对“人类”有什么用。其实答案谁都知道,但谁也不愿意说出来,因为谁都想站在高尚的位置上。

    • 哦哦哦iii说道:

      那么大航海时代,每个国家都在探索海洋,有什么意义?给一个国家探好了不就行了。航海横跨大西洋,飞艇横跨大西洋,飞机横跨大西洋有什么意义,能横跨不就行了。

  36. fenghaolw说道:

    别的地方不评价,

    “无线局域网的标准(IEEE 802.11),其一部分核心专利就是这一原本用于射电天文学的技术。”

    这句话未免也太牵强了。且不说引用的那篇1977年的文章至今引用次数不过四十多次,怎么也不算什么重大成果。作为一个每天和802.11标准打交道的人,我仔细读了引用的那篇1977年的文章,也没看出来Wifi哪一部分专利和他有关。唯一能沾边的就是波束成形(Beamforming)技术,但是将其发展归功于探月只能说屁股决定脑袋。

    核磁共振也是,只不过是NASA资助的项目而已。很多沾边的东西其实都是学术界拉funding硬凑上去的,如果非把这些当成登月带来的好处,就未免太那啥了。

  37. wobishisb说道:

    探月有用,但中国探月有什么用?

  38. cwek说道:

    永远都是“无心插柳柳成荫”吧

  39. keke说道:

    本文作者忽略了z了其实工众支持登月最大的原因是出自于一种情感需求

  40. f10555说道:

    问题的关键,在于同样轰轰烈烈大放异彩的苏联宇航竞赛,带给苏联人民什么?为什么有价值的案例都是老美的?在真金白银投入之前,其实这个问题更值得探讨。

  41. fei说道:

    344214022 我刚创的一个群 只要你满足下面3个条件中的一个我就欢迎你的加入:1对这个社会有自己的想法;2、热爱学习;3、INTP人格的 也欢迎ENTP、ISTP、ESTJ、INFJ的人

  42. 白鸽说道:

    事事有联系,处处有关联。看来很多都是无意间发明出来的产物。。。

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