走进深空9787572245824

吴季，中国科学院国家空间科学中心研究员，中国空间科学学会理事长，国际宇航科学院院士，IEEE会士，第十三届全国政协委员。

祖籍重庆潼南，1958年出生于北京，北京邮电大学本科、研究生毕业，丹麦技术大学博士毕业，曾在欧洲空间局技术研究中心、美国麻省理工学院等研究机构与著名学府留学和访问交流。

1994年回国加入中国科学院国家空间科学中心，曾任“地球空间双星探测计划”应用系统总设计师，中俄联合火星探测计划“萤火一号”首席科学家，中国科学院空间科学先导专项（一期）负责人等。

科学篇

第一章 太阳系

起源与演化

地球和月球

水星

金星

火星

小行星带

木星

土星

天王星与海王星

小天体

太阳风

第二章 太阳系的边界

旅行者号的困惑

太阳风的终止激波

柯伊伯小行星带

奥尔特星云

星际来客

第三章 目的地

月球

火星

伽利略卫星

小天体

土卫二

土卫六

第四章 探测的方法

遥感

就位

技术篇

第五章 飞离地球

火箭之父

速度和加速度

离开地球之难

行星际变轨

第六章 距离与时间

距离

时间

通信

中继

第七章 行星际飞行

轨道交会

引力捕获

引力弹弓

引力平衡点

发射窗口与持续加速

第八章 资源利用

可用资源

太空采矿的梦想

就地资源利用

燃料的生产与空间加注

大型空间结构的建造

未来篇

第九章 各方责任

政府责任

公众责任

科学共同体的责任

社会资本的责任

第十章 太空旅游

目的和意义

市场需求

服务市场的能力

旅游目的地的发展

第十一章 太空移民

轨道太空城

月球移民

火星移民

第十二章 人类的未来

近地轨道

月球是下一站

持续加速航行

空空经济与可持续发展

法律与政治

参考文献

后记

第一章 太阳系

太阳是银河系中最常见的一种恒星，我们称之为主序恒星。太阳从诞生到现在已经燃烧了大约46亿年，这是根据地球的年龄来估算的。因为地球的年龄约为46亿年，而在此时间内，太阳从未停止过给地球送来光与热。与太阳大小相当的恒星的寿命大多在100亿年左右，因此，太阳现在正处在中年期，而宇宙却已存在137亿年了。我们不由得好奇，在这137亿年的时间里，太阳是如何诞生的？形成太阳初始物质的那些星际尘埃来自哪颗超新星的爆炸或是其他什么？抑或太阳就是第一代恒星，它的基本物质就来自原始宇宙大爆炸时留下的尘埃？那么，在太阳系的小天体中，是否存在这些原始的、来自太阳系诞生之前的物质呢？

我们已知地球是太阳系中唯一承载生命的行星。但是，对一些落在地球上的陨石的分析表明，在地球以外也有生命存在的可能性。那么地球是太阳系中唯一存在生命的星球吗？如果能在地球以外找到生命的迹象，哪怕是曾经存在过生命的迹象，也会对我们思考地球生命以及人类的过去和未来，带来新的观点。由此可见，在太阳系中寻找地外生命也是一项非常重要的任务。

以上两个方面的问题都是关于“我们从哪儿来”的，而关于“我们到哪儿去”，也就是地球和人类的未来是怎样的，这类问题也需要在太阳系中寻找答案。 太阳系中有一些行星和地球非常相似，比如金星和火星。如果考虑到地球的磁场是具有南极和北极的偶极场类型，水星和木星与地球也非常相似。因此，研究太阳系中其他行星与地球的共性和不同之处，或许能成为我们思考地球的过去和未来的途径。

此外，我们的地球并不是处在绝对真空的太阳系中。太阳既是我们生存的能量之源，也会对人类和所有生命的生存带来威胁，这些威胁源自太阳喷发出来的大量高能粒子。由于太阳风也不是稳定和不变的，一旦太阳出现大的爆发，就会给行星际空间带来剧烈的影响。太阳喷发出来的高能粒子，在行星际空间传播、扩散。一旦到达地球，就会对地球磁场、大气层和电离层，以及地球轨道上运行的卫星带来灾害性的影响，严重时还会影响地面技术设施。即使这些高能粒子不到达地球，在行星际空间遇到深空探测器或到达火星时，也会摧毁人类的深空探测器或地外天体上的人类活动基地。但是，人类到现在为止仍没有完全搞清楚太阳是如何产生这些爆发的，无法对此做出准确的预报。也许有朝一日我们离开地球，到行星际空间去观测太阳，甚至对太阳进行尽可能抵近的探测，可以得到这些问题的答案。

可见，如果我们想要了解和回答“我们从哪儿来”和“我们到哪儿去”这两个最为基本的科学问题乃至哲学问题，就必须离开地球，进入太阳系深空开展探测和研究。

起源与演化

太阳系的起源是一个漫长的过程，少则几十万年，多则数亿年。根据恒星演化理论，恒星起源于大量的恒星际尘埃。这些尘埃在围绕银河系中心旋转的过程中，通过相互间引力的作用，不断地碰撞凝聚。

当凝聚到一起的物质达到一定的密度时，内部的压力和温度将诱发核聚变，使大量的氢（最为简单的元素）合成为氦，并释放出巨大的能量。这样的核反应从内到外不断地发生着，使天体持续向外发出光和热，以及几乎全部电磁波段的辐射。这个天体就是我们现在看到的太阳。

部分没有进到太阳内部的物质，逐渐形成一个跟随太阳一起旋转的巨大的行星盘，也就是我们常说的黄道面，即地球绕太阳公转轨道所在的平面。这些物质因为旋转产生的离心力与太阳对其的引力相互平衡，没有进到太阳内部。它们相互剧烈碰撞，逐渐形成了现在的八大行星。但是仍然有一些没有参与碰撞的小天体悬浮在这个行星盘中，特别是在火星和木星之间，有一个天体数量超过百万的小行星带。小行星的尺度从几米到数千米不等。

然而，这些小天体并不一定都是来自原始星云的物质，比如有些就是在大碰撞期间，从较大的行星中分裂出来的碎片。那么，有多少来自太阳系形成之初的原始星云，有多少是大碰撞之后的残留碎片呢？对这个问题，人类尚未得出准确的答案。它们从成分上来说，是否有显著的不同呢？至少，我们知道经过碰撞分裂出来的碎片，特别是从较大的行星中分裂出来的，应该是经过了高温和高压的。而来自原始星云的物质也许是上一代恒星坍缩后，形成的超新星爆发后的物质，也同样会经历高温和高压。这就是为什么绝大部分由于相互碰撞改变了轨道而掉落到地球上的陨石，都具有球状颗粒的特征。这些球状陨石是如何形成的？如果需要极高的温度才能形成这些球状结构，那么也许只有在上一代恒星爆发时才能有这样的高温。目前科学家们对球状陨石的来源还存在争论。我们需要探索更多的小天体，包括小行星和彗星，才能对太阳系的起源及其演化做出更符合实际的判断。