我们为什么要进行星际探索

来源：光明日报

【向科学家提问】

就在不久前，中国长征十号乙运载火箭成功首飞，还实现了全球首次网系回收。这次突破，不仅把重复使用火箭的关键技术实实在在地验证了一遍，也为未来大幅降低卫星等航天器的发射成本铺平了道路。

消息传来时，中国科学院院士、国家空间科学中心主任王赤，刚刚结束一场项目论证会。他一直在思考一个根本性问题：“我们为什么要进行星际探索？”当火箭回收技术重新定义了进入太空的成本，这个追问，愈发显得意义非凡。

1 大气层是一道厚重的信息屏障

“探索星际的第一个理由，直接而根本。”王赤的语气很郑重，“因为地球大气层是一道厚重的‘信息屏障’。”

这个开场白让人有点意外。我们一直把大气层视为生命的保护伞，但在王赤的叙述里，它还有另一副面孔。人类赖以生存的大气，在保护我们的同时，也阻挡了来自宇宙的大部分电磁辐射——X射线、伽马射线等高能波段，几乎完全无法穿透大气层到达地面。而关于黑洞吞噬物质时释放的剧烈能量、超新星爆发瞬间的极端物理过程，以及暗物质可能产生的特征信号……这些宇宙中最为壮丽的物理篇章，在地面上永远无法被完整捕捉。

“我们就像住在一间窗帘紧闭的房间里，只能从缝隙中窥见天光，却无从知晓窗外真正的风景。不突破这道屏障，我们与宇宙的对话就永远是单向的、残缺的。”这个比喻简洁却深刻。这意味着，仅靠地面天文观测，不管望远镜口径造得多大，都没法突破物理规律的“天花板”。

空间科学的使命就在于，通过航天器平台突破大气层的阻隔，去接收未经“过滤”的宇宙原始信息，研究从地球磁层顶到日球层边界，直至恒星际空间中的物理、化学及生命现象。这是一门必须打破数理化与天地生传统壁垒的前沿交叉学科。“它要求我们将物理学的基本规律、化学的演化机制、生命科学的存在条件，全部放在宇宙尺度上综合考量。这种考量，本质上是人类认识能力的一次跃升——从分解式地理解世界，到以系统思维把握宇宙。”

停顿片刻，他用强调的语气说出一句话：“不理解宇宙，我们便无法真正理解地球；不超越大气层，我们便无从读懂宇宙的真相。”

这句断言并非修辞上的夸张。空间科学史反复验证着它的分量。

1957年苏联发射第一颗人造卫星，人类进入太空时代。仅仅一年之后，美国探索者一号就有了一个碘伏性的发现：地球周围存在着高能带电粒子区域——范艾伦辐射带。“这个发现彻底打破了‘太空空无一物’的预设。”王赤说，“在此之前，人们想象中太空就是空空荡荡的。但探测器一出大气层就告诉我们，完全不是这么回事。”

此后，帕克从理论上预言了太阳风的存在，并很快被苏联月球一号观测证实。搜狐卫星首次从外到内观测了太阳的日冕、色球及内部结构，人类第一次对一颗恒星进行如此精细的研究。哈勃望远镜更以前所未有的精度，将宇宙年龄锁定在138亿年……王赤如数家珍地梳理完这段历史，话锋转回核心论点：“每一次探测器飞出大气层，都带来对宇宙基本规律的重估。这种认知的回报如此丰厚，这正是我们必须继续前行的第一重理由。”

2 太阳打喷嚏，地球就可能感冒

从一个“屏障”的话题开始，很自然就会引出下一个问题：一旦进入太空，我们面对的是怎样一个环境？它对地球又意味着什么？

“这恰好引出了我们星际探索的第二个理由。人类赖以生存的环境，边界远不止于大气层底部那薄薄一圈。地球并非孤立运行在虚空之中。”王赤勾勒出一幅宏大的图景——

地球被磁层包裹，这是一个由磁场构成的巨大保护性“气泡”。磁层顶，是地球空间的真正边界。在这个巨大的“气泡”之外，是太阳主宰的行星际空间。太阳温度极高，所有中性成分都变成了带电的等离子体，它们挣脱太阳引力后，向四周高速膨胀，形成一个尺度可达100多个日地距离（大约1.5亿公里）的巨大结构，即日球层。日球层的外边界，才是太阳系真正与星际空间交界之处。迄今为止，只有旅行者一号和二号先后穿越这一边界，为人类传回星际空间的第一手数据。

“为什么我们必须去探索这个系统？因为这套由磁场、等离子体、高能粒子构成的复杂系统，并不是与我们无关的遥远风景。通俗来说，太阳打个喷嚏，地球就可能感冒。”王赤说，一次剧烈的日冕物质抛射，足以干扰卫星通信、威胁航天员安全、冲击地面电力系统，甚至影响长期气候变迁。

“这不是科幻电影里的情节，而是真实的科学判断。”王赤介绍，2012年就曾发生一次超级日冕物质抛射，如果它正面击中地球，全球电网可能遭受灾难性破坏。

正是这种紧迫感，催生了中国正在推进的一系列任务：“夸父二号”卫星将通过对太阳极区磁场和速度场的国际首次正面成像观测，揭示太阳磁活动周期和高速太阳风的起源机制，目前关键技术已全部完成地面验证；“子午工程”的31个地面观测台站对中国上空的空间天气进行持续监测，与天基卫星形成立体观测网，在此基础上发起的“国际子午圈大科学计划”，已有51个国际研究机构参与其中。

“这意味着，中国正从空间数据的贡献者，转变为国际空间科学协作的组织者。”王赤语气自豪，“日地全景”已被列入国家空间科学五大科学主题之一，“这不是好奇心驱使的附加题，而是人类文明实现长久存续的必答题。”

3 那些最大的问题，目前还答不上来

在研判世界空间科学前沿的基础上，中国科学界凝练出一套核心方向，王赤将其概括为“一黑两暗三起源五表征”。其中，“一黑”指黑洞，研究极端引力条件下物质的运动规律；“两暗”指暗物质与暗能量，它们占据了约95%的宇宙总质能，但人类对其本质还没有真正的认知；“三起源”即宇宙起源、太阳系天体起源和生命起源，这是人类知识体系中最深刻的基础命题；“五表征”则覆盖从近地空间到系外世界的多层次探测。

“这些听起来很宏大，但绝非空洞的标签。每一个方向都经过严谨论证，每一个都对应着亟待突破的重大科学命题。”王赤说，“之所以要去探索，恰恰是因为面对这些根本问题，我们还拿不出令人信服的答案。”

在王赤看来，寻找宜居世界与地外生命的踪迹，是兼具科学价值与文明震撼性的核心目标，“中国计划在日地拉格朗日L2点部署巡天望远镜，对系外行星进行大规模系统普查，目标是发现与地球环境特征相似的候选行星。目前已突破一项任务关键技术，达到国际领先，有望率先发现‘第二个地球’。”

月球探测同样在稳步推进。嫦娥六号实现人类首次月背采样返回，震动国际科学界；嫦娥七号即将奔赴月球南极，核心任务是探测该区域是否存在水冰，“这既关乎月球演化史的科学判定，也关乎未来深空活动能否获得原位资源。”

更值得赞叹的是“鸿蒙计划”，它将利用月球背面天然的高洁净电磁环境，构建绕月空间大口径阵列射电望远镜，去捕捉宇宙“黑暗时代”——第一批恒星点亮之前的漫长岁月的微弱信号。“这段历史的电磁遗迹极其微弱，地球上的射电干扰使其几乎无法被探测。而月背是太阳系中最‘安静’的电磁环境之一。”王赤透露，该任务已突破三项极限技术中的一项，达到国际先进水平。

从“悟空”号搜寻暗物质，到“墨子”号验证量子通信，再到“慧眼”号观测黑洞与中子星，“天关”号监测暂现天体……这些人造的“星星”织就了一张多波段、多信使的宇宙探测网络。“网络越密，我们越清楚地看到自身的无知。正是这种无知，构成了继续开展星际探索的最深刻理由。”王赤说。

这些部署看似分散，实则指向同一个方向。王赤将它们串联起来：“在理解宇宙演化全链条的基础上，确定人类文明在这一宏大图景中的位置。从近地空间环境到太阳系形成演化，再到系外宜居世界，这是一个环环相扣的认知链条。”

4 探索本身就是文明进阶的标志

宏大目标需要匹配坚实的体系能力，这也是王赤近年来思考最深的问题之一。

“星际探索与传统航空航天事业之间，存在着本质区别。传统航天重在解决如何进入空间，而星际探索必须同步回答如何理解空间、如何利用空间，实现科学、技术与应用的一体化融合。”王赤指出，进入空间只是手段，理解空间是过程，利用空间是能力的螺旋上升。如果仅仅满足于将人送入太空，而不追问进入之后能发现什么、如何把发现转化为新的能力，那么探索便只能停留在表面的技术演示，而非真正的文明推进。

“每一次从‘进入’到‘理解’再到‘利用’的循环，都在从根本上重新定义人类的能力边界。探索本身就是文明进阶的标志。”王赤指出，为了实现这一目标，需要系统性重塑科研组织方式，“必须打破学科之间、研究机构之间的壁垒，围绕国家重大科学任务重新配置力量。”

针对当前科研体系中最突出的短板，王赤凝练出五大实施路径：任务驱动、学科交叉、厚基强基、前沿引领、国际视野。他特别强调了评价机制转向的问题：“必须从以论文发表为标尺，转变为以解决国家重大任务中实际科学问题与技术难题的贡献为核心依据。”这一转变的实质，是让价值判断回归科学实践本身，“只有制度创新跟上了探索步伐，探索才能持续，而不会沦为一次性的技术狂欢。”

如今，我国在空间科学领域已确立了清晰的“三步走”目标：2027年空间科学研究水平整体跃升；2035年重点方向跻身国际前列；2050年重要领域国际领先，成为世界空间科学强国。从正在实施的“太空探源”攻坚专项——未来五年发射四个旗舰型空间科学卫星，到论证中的天问三号、天问四号，再到载人月球探测的长远规划，每项部署都是这一战略路径的扎实脚步。

不久前，中欧合作的SMILE卫星成功发射。“这也是探索的理由。宇宙不属于任何一个国家，宇宙的事业属于全人类。”王赤说，“仰望星空是人之为人的本能，理解宇宙是文明之为文明的标志。科研中最珍贵的发现，往往闪现在漫长甚至孤独的探索之后。科学真理，永远眷顾那些耐得住寂寞的灵魂。”