图片来源：詹姆斯·沃恩
CHAPTER3：为什么探索太空
作为一个作家、一个记者，我撰写与太空相关的文章，已经有些年头了。其中一部分是在广播节目、电视节目以及互联网上谈论有关太空的话题。有一个问题反复在我脑海中出现：我们为什么要花那么大力气离开地球？当我们能离开地球之后，为什么又努力想去更远的地方，努力驻留得更久？
关于航天飞行，关于对宇宙的长期探索，你也许有自己的想法，但是很多人和你不一样。向别人解释为什么你觉得航天飞行很重要，也不是件容易的事，那些人可能不太清楚太空计划能有多少收获，也不知道它能给人类带来什么回报。实际上，从20世纪50年代美国国家航空航天局成立开始，关于这个话题的探讨就一直没有停止过，支持开展太空任务的人，一直在努力说服国会和大众为什么太空探索很重要。作为一个参与讨论的普通人，细细打磨自己的想法，在向他人解释的时候，才能更具说服力。
我们常遇到的第一个问题，也可能是最根本的问题：太空探索能给普通人带来什么好处？在我参与的一些广播或电视节目中，在打进电话或发送文字消息的观众中，很多对太空探索很感兴趣，但并不是所有人都觉得太空探索很重要，这没什么不好。大多数参与讨论的人都生活在民主国家，辩论正是民主不可或缺的一部分。
以下是我作为嘉宾参与的来电访谈节目中，一段颇具代表性的对话。
主持人：下一位来电观众来自得梅因。请说吧，杰夫。
杰 夫：你好，我就是想问一下嘉宾，为什么我们要花那么多钱探索太空？美国国家航空航天局花那么多钱在不能给我带来任何回报的项目上，我要考虑一下是不是应该支持这些计划。我的意思是，地球上有很多问题等着我们解决：堵车的时候我寸步难行，我们还没战胜癌症……在探索太空这件事上，普通民众到底能有什么收获？
主持人：好的，杰夫，感谢你的提问。罗德，你听到杰夫的问题了，我想再加一句，我们已经把人类送上月球，地球轨道上已经有空间站，但是切实的收益似乎少之又少。我们为什么还要继续开展太空项目呢？
这位观众提出的是合理质疑，主持人知道他的观众问这个问题的目的。大家都想知道，把那么多税金全都花在航天事业上，而不去解决那些更棘手的问题，到底是为了什么。
我们先纠正几个常见的认知错误。首先，美国政府主持的单一“太空项目”根本不存在。如果把军事活动和天气预报、气候研究等项目都包括在内，美国国家航空航天局的预算只占美国政府在空间领域花的钱的很小一部分。不仅如此，美国国家航空航天局的预算是联邦政府空间资金中最透明的部分，正因为如此，民众质疑美国太空计划价值的时候，才会把焦点放在美国国家航空航天局。民调显示，美国民众严重高估了美国国家航空航天局得到的年度拨款数额。航天局获得的资金只占政府预算的一小部分，才0.5%左右。平均到每个美国人身上，一年只有54美元（阿波罗任务时期最高，以通胀调整后的美元计算，平均每人达到了100美元）。9迪特玛联合公司（Dittmar Associates）是一家位于休斯顿的航空航天咨询和顾问机构，他们在2007年进行的一项研究中，将一般民众对美国国家航空航天局预算的看法做了总结：
“一般美国民众根本不知道美国国家航空航天局花了多少钱。实际上，大部分人对政府部门的预算都没概念。”研究报告中指出：“在大家的猜测中，国家划拨给美国国家航空航天局的款项约占国家总预算的24%（实际上2007年美国国家航空航天局获得的拨款只占总预算的0.58%）。”10
20世纪60年代中期，美国国家航空航天局获得的拨款占比最高，达到了联邦预算的5%，现在只有那时候的1/10。与此同时，美国国家航空航天局开展的项目却比那时候更复杂、更广泛，其中包括天气卫星、地球科学卫星、行星和深空无人探测器、国际空间站的载人项目等。美国国家航空航天局还投资了私人航天企业。因此，可以说美国国家航空航天局用更少的钱，做了更多的事。
按1969年的汇率计算，估计阿波罗项目花费了200亿〜250亿美元（大约相当于现在的1500亿美元）。如果不看联邦总预算，这笔钱听起来确实不是小数目。对于很多人来说，花这么多钱只弄回380千克月球岩石，外加几千张照片，实在太不值了。航天飞机项目耗资2000亿美元，国际空间站是多国联合出资，至今已经花费了1500亿美元，其中美国出了760亿美元。11美国国家航空航天局的登陆火星计划，将来如果实现，总共可能要耗费上万亿美元。12
但是这些数字必须与联邦扶持的其他科技项目做比较，才有意义。F-35下一代喷气式战斗机项目目前已经花费了4000亿美元，13美国政府要维护国家安全显然无可厚非，在一般民众看来，美国国家航空航天局空间探索计划的预算不能和战斗机相提并论。2019年，美国的国防预算超过7000亿美元。美国国家航空航天局当年的年度预算是190亿美元，这样对比下来，美国国家航空航天局得到的预算实在不算多。
如果你可以接受美国国家航空航天局的190亿美元预算是合理的，接下来要讨论的就是：我们花这么多钱，能得到什么？这个问题的答案不是三言两语能说清楚的，事实上整本书都在回答这个问题，但是简而言之：在载人和机器人航天项目中，我们收获了巨大的科学回报。从这些项目中得到的发现和资料，解答了很多问题，比如：太阳系（以及宇宙）的起源，月球的构成（以及这一发现对未来太空探索的价值），未来天气模式（对农业和人类健康至关重要）。太空项目帮我们解决了很多人类健康问题，从相对紧迫的组织再生（治愈创伤）问题到骨质疏松以及如何在地球和太空中预防这一疾病，再到内耳的功能以及内耳在平衡和运动方面起到的作用，还有免疫系统对压力源的反应。
日本宇航员星出彰彦抽血后的照片，他抽血是为了支持在国际空间站上开展的免疫系统研究。
图片来源：美国国家航空航天局
我们每天使用的GPS系统，也要归功于美国的太空投资。太空相关项目促进了技术的繁荣发展，个人电脑和智能手机得以问世，很大一部分应用要仰仗轨道卫星。从冷战开始，到现在监控全球安全风险，军事卫星对维护和平贡献颇丰。商用卫星——一开始，是私人产业为美国国家航空航天局提供开发或升级服务——提供的影像数据创造了巨大的商业收益。银行依靠卫星传输数据，实现数据跨国乃至全球共享，提升交易速度和交易安全，如果我们不刻意强调，大家会认为现在的交易速度和安全水平是理所当然的。即便我们使用互联网，也需要借助卫星校准时间。在不久的将来，全球互联网接入也将仰仗大型宽带卫星集群。
美国解密的莫斯科军事卫星图像，插入的图片是1970年的克林姆林宫（Kremlin）。
图片来源：美国空军
天气跟踪和建模这个话题，应该展开讲讲。在与商务部的合作中，美国国家航空航天局的卫星提供了轨道观测数据，让我们对气候变化有了更深刻的认识。用卫星追踪天气的变化模式，评估耕种方式和农业创新的效果，结果在这些信息的帮助下，解决了数百万人的饥饿问题。进入太空时代之前，这是难以想象的。淡水在短时间内成了21世纪最有价值的资源，全球范围内的水资源分布情况都能通过卫星进行监测。水产业也是如此，鱼类是一项重要的食物来源，我们可以从太空中跟踪鱼类种群，根据数据建模，找出利用鱼类资源的最佳方法，保证鱼类资源健康存续，实现稳定供应。卫星图像在矿产资源探测领域的应用日渐提升。在交通领域，全球的飞行控制系统都已离不开卫星的辅助。即便是地面交通，比如卡车、货车之类的运输工具也开始从轨道高度进行监控。简而言之，卫星数据的应用，对很多驱动现代文明的产业都有影响，而且大部分情况产生的是积极影响。几乎所有政府部门在履行职责时都离不开卫星。
2008年，在地球轨道拍摄的伊莎贝尔飓风。如今，气象追踪和预测工作大部分依靠空间装置进行。
图片来源：美国国家航空航天局
美国国家航空航天局的开支，以及美国政府在太空项目上的投资，给美国劳动人口带来了直接回报。美国国家航空航天局将大笔经费用到了美国工人和美国企业上，其所占比例是除国防领域最高的。从制造新空间站组件，到美国国家航空航天局及其承包商和合作大学提供的高薪高技术岗位，再到肯尼迪航天中心外街道旁星巴克员工的工资——美国国家航空航天局的花费，直接注入了国民经济。14美国国家航空航天局还会雇用本国航天产业承包商建造航天器，直接与SpaceX之类的新兴高科技公司签订明码标价的合同，展开创新合作。现在我们去国际空间站只能靠俄罗斯，如果这些合作顺利展开，将来就能省去支付给俄罗斯的费用。通过传统契约、新型契约的形式，政府与私营企业展开合作，这些支出为振兴国民经济做出了贡献。
美国国家航空航天局前副局长罗莉·加弗。
图片来源：美国国家航空航天局
罗莉·加弗（Lori Garver）在2009〜2013年期间担任美国国家航空航天局副局长，作为一个内部人士，她对美国国家航空航天局的开支有自己的认识。她以民用航空的初期发展为例，进行对比。美国联邦政府在20世纪初期对航空事业投入重金，由此产生的影响非常巨大。
加弗表示：“航空发展改变了整个世界，产业规模已达到1.5万亿美元，每年空运人次高达数十亿。这都是政府对航空领域投资的成果，我希望在航天业也能发生这样的奇迹 。”15
加弗认为，就像民用航空那样，从长期来看，政府对航天事业的明智投资，会带来巨大回报。所谓的明智投资，指的是要在直接投资技术、科研，与投资私营单位之间，找到一种平衡。
在航天领域和技术领域花费的投资，还能带来一项远期收益：训练有素的头脑。无论是载人任务，还是轨道任务，每一项航天任务背后，都有一大群训练有素的人才。有受过高等教育的科学家、工程师，还有以参加政府航天计划为人生目标，不懈努力的技术人员。罗伯特·祖布林（Robert Zubrin）是一位企业家、航空工程师，也是火星探测的狂热拥护者，阿波罗计划的工作人员让他注意到了这个问题。
祖布林写道：如果你找个在肯尼迪航天中心或约翰逊航天中心工作[Johnson Space Center（JSC）]的美国国家航空航天局工作人员询问，大部分人会告诉你他们受到了阿波罗计划、航天飞机计划、无人探测器行星探索计划的鼓舞。“我们现在有很多可用之才，因为阿波罗计划，很多年轻的科学家和工程师进入航天领域。很多人因为登月项目，开始对科学感兴趣。20世纪90年代创造了硅谷神话的40岁的技术极客们是从哪儿冒出来的？20世纪60年代，他们中有许多人在12岁时，是在自家地下室自制火箭燃料的‘疯狂科学家’。他们都是阿波罗的孩子。”16
阿波罗计划激励了很多人，让他们决心投身工程专业，投身科学，也鼓舞了全国，乃至全世界很多非专业人士。有史以来，从来没有一个事件能如此振奋人心。不管是民权活动家，还是反对政府过度开支的批判者，这些坚定的反对者虽然对高昂费用心存质疑，但是对成功登月这件事，还是给予了高度评价。1969年，第一批宇航员登陆月球，此后几年，通过大众媒体获知这一消息的民众，无一不对这一伟大成就心怀敬畏。这样的激励效果，才是航天发展取得的最伟大的成就。
马里兰州的戈达德航天飞行中心（Goddard Space Flight Center），技术人员正在进行与詹姆斯·韦伯太空望远镜（James webb Space Telescope）相关的工作。美国国家航空航天局许多雇员会告诉你，美国在太空竞赛期间取得的成就，在他们心中埋下了热爱科学的种子，鼓舞他们投身航空航天业。
图片来源：美国国家航空航天局
阿波罗的激励效果有多种表现形式。光是听进入过太空的宇航员讲述他们的感受，就很有意义。进入太空的宇航员至今已超过500人，他们见过地球悬浮在太空中的模样，也因此形成了与常人不同的看法，这种超脱的观点被称为“总观效应”。斯坦利·罗森（Stanley Rosen）在1976年认定这种现象确实存在，美国作家弗兰克·怀特（Frank White）在1987年写明观点后，开始被广泛传播。17宇航员们有了这样的认识之后，开始分享他们的感受。从那样的高度，他们认识到：地球是脆弱的，人类的冲突过于幼稚，世界人民应该为了全人类的利益共同努力。
从阿波罗8号上看地球冉冉升起，这幅画面唤起了人们的全球意识，让我们理解了 “总观效应”的含义。
图片来源：美国国家航空航天局
宇航员们向人们解释他们的感受，有时并不容易。其中很多人，一辈子大部分时间都是作为一名试飞员（或飞行员），接受精准化的军事训练，语言表达不是他们的强项。但是他们都会谈论这个话题，尤其是在晚年。埃德加·米切尔（Edgar Mitchell）执行阿波罗14号任务时登陆过月球，回想起1971年，在距离地球380000千米的太空中看到的景象，他忍不住发出了这样的感慨：
“在刹那间，你就有了全球意识，理解了什么叫以人为本，对世界的现状产生强烈的不满，有一股冲动，想做点什么。从月球上看，什么国际政治，都是鸡毛蒜皮。你想揪住一个政治家的后脖子，把他拖到400000千米之外，对他说：‘混蛋，你自己看看！’”18
这番感慨虽然不够文雅，但是很有说服力。
在和另一位宇航员的对话中，我获得了另外一种观点。富兰克林·张－迪亚兹（Franklin Chang-Díaz）是一位航天飞机时代的混血宇航员，他的人生经历和约翰·斯坦贝克（John Steinbeck）笔下的人物一样：一个勤勤恳恳的外来移民，为了融入新社会，克服重重挑战，最终走上了人生巅峰。他的“人生巅峰”，是从成为美国国家航空航天局的宇航员那一刻开始的。
阿波罗14号任务宇航员埃德加·米切尔。
图片来源：美国国家航空航天局
富兰克林·张－迪亚兹，执行过七次航天飞机任务。现在正带领一家公司，为深空探测项目建造高级推进系统。
图片来源：美国国家航空航天局
“我的童年时代和青春期是在哥斯达黎加和委内瑞拉度过的，探索太空是我毕生的梦想，一开始只是想象，后来成了现实。我18岁那年，独自一人来到美国，口袋里只有50美元。我在美国国家航空航天局工作了25年，我的世界观、我的生活信条全都改变了，现在我比之前更加坚信，人类未来生存下去的关键，在太空。我认为太空也不应该是民主权利的法外之地，所有国家都应该拥有探索太空的机会。”19
回到我们前面提到的广播连线，我似乎理解了杰夫的担忧，我们谈论了几个和航天相关的其他问题。“为什么要探索太空”，这个问题还可以继续讨论几个小时。还有其他更宽泛的问题要思考，比如人类的本质，地球在宇宙中的位置，太空探索如何改变我们的认知。
雅各布·范·泽尔（Jakob van Zyl）是美国国家航空航天局喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）太阳系探索项目的负责人。他对太空探索的看法，与很多从事这项工作的人差不多。他在喷气推进实验室，从事的是向太阳系最远处发送探测器的相关工作，范·泽尔考虑这个问题的时候，认为太空探索和我们的起源有关。他觉得，是写入DNA的天性，在驱动人类探索宇宙。他把这种探索视作一种时光机器。“探索太阳系，最终会回到过去。外太阳系天体，与远古时期孕育我们的星云，成分最为接近。如果你真想追根溯源，必须不畏遥远，前去探索。从科学的角度来讲，寻找原始物质才是真正的原因……一切由它开始，万物由它构成。”20
除了工程师、宇航员、科学家群体，还有很多持类似观点的圈外人。霍华德·布鲁姆（Howard Bloom）之前是一位非常成功的摇滚乐推广人。20世纪80年代，对于唱片业来说，他的公关公司是最强劲的势力之一，斯提克斯乐队（Styx）、王子（Prince）、迈克尔·杰克逊（Michael Jackson）都是他的客户。他现在是一位积极的太空倡导者，同时还是高产作家。他那如诗般的思想，代表了很多太空倡导团体的想法。
“太空项目最主要的燃料不是液氧、氢或航空煤油——是人类的精神。点燃人类的精神，我们就能突破眼前的边界。一旦我们跨过边界，展现在我们眼前的，一定是我们想象不到的新事物。”21
人类的精神，是探索欲的主要驱动力。除去实际原因，太空探索也与好奇有关。人类想要了解未知事物，人类的骄傲、人类的成就、人类的自强不息，都在推动人类不断探索。
关于太空探索，还有一个终极理由。这个理由非常实际，虽然很多非常有头脑的人一直为此争论不休，但是这个理由经受住了考验：人类生存。
越来越多的科学家、哲学家，以及拥有亿万财富的企业家，在过去十年间陆续接受了使命的召唤。埃隆·马斯克认为，人类有理由去开发利用另一个星球，为人类留一条后路，比如把火星改造成“后备”基地。如果有朝一日人类无法继续在地球上居住，有我们当初亲手打造的第二家园，人类便可以对抗灾难。马斯克在2016年说过：“我们有两条路可选：一是我们永远不离开地球，直到终极灭绝事件发生，人类彻底毁灭……另一条路是，人类进化成可以步入太空的多行星物种。”22他认为火星是最适合移居的星球，希望有朝一日能将人类送上火星，而且他确实在为此而努力。
美国国家航空航天局前局长迈克·格里芬（Mike Griffin），目前是主管科研和工程技术的国防部副部长，他的远期构想和马斯克差不多：“如果人类希望延续数百年、数千年，甚至数百万年，那么向其他行星移民势在必行。”23
已故知名物理学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）也认同这一观点，只是言论更悲观些：“我们的生存空间越来越狭窄，只能去其他星球。我们得去探索其他星系。分散到其他星球，也许是拯救人类的唯一途径。我确信，人类需要离开地球。” 24按照霍金的估计，以现在的人口增长和资源消耗速度，再过100年，地球就不再适宜居住了，或者说，人类不离开地球，就无法保证生活质量了。
关于人类扩张这个问题，罗伯特·祖布林（Robert Zubrin）用数字做了总结：“地球资源快被我们耗尽了。现在全球人口总量大约是75亿，到2050年预计能达到100亿。人类对自然资源的消耗将日益加剧。金属矿藏、化石燃料，甚至淡水资源，都将枯竭。与此同时，地球环境和大气环境都承受着巨大的压力。不管你对气候变化问题持什么立场，人类活动产生的碳排放量和温室气体排放量已经数以百万吨计，将来一定会对全球温度造成影响，而且很可能已经造成了影响。全球温度变化对农业、林木生长、渔业都会产生巨大影响。总之，持续的人口增长，和由此产生的需求、副产品和垃圾废物的增长，会让地球面临巨大的挑战。”25
亚马逊（Amazon）和蓝色起源（Blue Origin）的创始人杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos），对于人类移居其他星球这件事，并不那么热衷。他认为地球永远是最适合人类居住的星球。但是对于如何利用地球，他有自己的设想。贝佐斯在2016年发表过这样的看法：“所有重工业将被转移，地球只用来居住和承载轻工业。”262018年，贝佐斯在美国国家空间协会（National Space Society，简称NSS）的国际空间发展会议（International Space Development Conference）上表示：“这不是一个可选项，而是一个必选项，我们必须这么做。我们必须加强沟通，让大家理解‘开发太空’的重要性，因为这项任务如此巨大。我们需要得到全世界的支持……开发太空，不是为了好玩，是人类必须要做的事。”
在贝佐斯的构想中，重工业转移出去之后，地球将焕发新生机，变成一个原始公园。人类利用太阳系的资源，在和平、繁荣的地球上居住生活。
弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是另一位支持人类扩张的物理学家，他在2001年就描述了类似的愿景。“扩展生命版图，帮生命离开地球，让宇宙变得像地球一样多姿多彩，是我们的工作……没有生命的世界也可以用‘美’来形容，但是充满生命的世界，会孕育出更多美好。”27
马克·霍普金斯（Mark Hopkins）是哈佛大学和加州理工学院的经济学家，也是美国国家空间协会会长。他设想过，如果人类勇敢迎接挑战，开始向太空扩张，未来几十年将如何发展。我们就此展开的讨论，可以作为这一章的结语。他关注的焦点是支撑人类文明的资源。
“开发太空定居点是人类将来能够幸存的关键。为了全人类的福祉，人类将移居太空中的定居点，利用我们在太空中找到的丰富资源，在那里生活、工作。太阳系中的绝大部分资源，不在地球，而在太空中。物质和能源都是如此……太阳释放的能量，是现在被人类利用的能量的十万亿倍。只要我们能把一小部分带回地球，就能满足人类的全部能源需求，而且是取之不尽的洁净能源。有了这些能源，社会经济体量会大幅增长。如今，地球有一半人口的收入不及美国平均水平的1/25，还有20亿人没有用上电。如果能利用太空资源，全球范围内所有人的生活水平都能远超过现今美国人的平均水平，而且还能通过对环境无害的方式实现。人类社会繁荣发展，未来充满希望，并非妄想，只要我们能好好利用太空。”28
关于“为什么探索太空很重要”这个问题，我们从受人尊重的当代思想家那里听取过很多意见。他们给出的原因五花八门，比如技术发展能改善我们的日常生活，促进经济发展，或者为了满足人类想要探索的基本欲望。有些人甚至把人类离开地球的行为，视作一种用来对抗地球上灾难性的物种毁灭事件的保护手段。
有了这些认识，让我们来看看人类探索太空的历史，再来了解一下现状。
