韦伯望远镜证明探索宇宙无需宇航员——《华尔街日报》
Martin Rees and Donald Goldsmith
美国国家航空航天局(NASA)发布的詹姆斯·韦伯太空望远镜震撼影像,标志着天基天文观测新时代的开启。作为哈勃望远镜的继任者,韦伯的集光能力提升七倍,以前所未有的方式为我们揭开宇宙奥秘,将提供关于遥远星球、星系形成及宇宙边缘的新知识。但韦伯望远镜同时印证了一个关键事实:在深化人类对宇宙认知方面,机器人探索者比宇航员更具优势。
观察新望远镜的太空定位便知分晓。哈勃望远镜因仅能由载人航天飞机发射,不得不悬停在地球上空335英里处,因此受到地表反光和地球本体的双重干扰——犹如将夏威夷巨型凯克望远镜置于纽约市霓虹中,而非太平洋幽暗山巅。而韦伯阵列则运行在距地球约百万英里的深邃暗区"L2拉格朗日点",这归功于无人火箭的发射设计,使其仅需地面指令调控即可自主运行(5月虽有异常太空尘埃击伤其18面镜片之一,但迄今未影响整体运作)。
尽管人类情感天然倾向载人探索,但机器人能以更安全、更高效且成本低廉的方式探索太阳系近邻天体。即便超级富豪执意派遣宇航员登陆月球乃至火星,无人阻拦且志愿者云集(包括那些为降低成本愿永驻火星的勇者),我们虽钦佩其壮举,却难免担忧地球微生物会干扰火星生命探测。
但就政府政策和公共支出而言,我们认为,在未来20年甚至更长时间内,我们应该依赖配备最先进人工智能的高性能航天器,它们接收地球发出的总体指令,但主要依靠自主操控。当然,机器人探索同样需要资金支持。不过,让我们做个对比:美国国家航空航天局(NASA)历时24年耗资97亿美元打造了韦伯望远镜,而该机构计划到2025年前为载人火箭项目"阿尔忒弥斯"投入930亿美元——届时NASA期望实现首位女性和有色人种登月。
后续五年间,“阿尔忒弥斯"系统(包含乘员舱、环月航天器及月面着陆器)预计将产生更庞大开支,NASA计划在此期间建立永久性月球基地,既供宇航员驻留,又可作为火星任务的发射平台。去年11月,NASA总监察长保罗·马丁估算,仅前四次阿尔忒弥斯发射每次就需40亿美元成本,这个数字"让我们感到难以持续”。而韦伯望远镜的年运营成本预计约为1.75亿美元。
从运载火箭上拍摄的韦伯望远镜,背景为地球。图片来源:阿丽亚娜航天公司/NASA今年三月,NASA探索系统开发副局长吉姆·弗里向国会小组委员会阐述了该机构的终极目标:“将两名宇航员送上火星,开展30天表面任务并安全返回”。他补充道,在阿尔忒弥斯探月任务期间,“我们所有工作都应服务于这个目标”。为论证该计划的合理性,弗里先生提出"重大而持久的地缘政治优势"——通过维持月球存在"充分撬动商业创新,完善流程技术,使载人火星任务成为可能"。
但人类已经通过超过50个无人航天器远程探索火星,每个航天器在无需任何宇航员所需的水、食物、氧气及生命支持系统的情况下运行了数月之久。其中部分任务取得了成功,另一些则以失败告终——虽然令天文学家失望,但并未造成类似宇航员遇难的灾难性后果,如美国两次航天飞机事故中牺牲的14条生命。
如今中国的天问一号火星任务包含一个拍摄火星全貌高清图像的轨道器,以及驻扎在乌托邦平原区域的火星车。美国宇航局的"毅力号"火星车及其伴随直升机已完成勘测任务,正对一条古老火星河流的三角洲地带展开详细考察,该区域是寻找远古生命迹象的理想地点。
与早期需要地球遥控绕过每块岩石的"勇气号"和"好奇号"不同,“毅力号"能自主规划行进路径,仅需接收目标区域的总体指令。在探索过程中,它采集的岩芯样本将由未来任务带回地球,在最精密的实验室进行分析。随着机器人技术持续进步,未来的火星车将具备更强能力。而人类的身体机能却不会进化。
“毅力号"和"好奇号"的研发、发射及运营成本各约25亿美元。而类似阿波罗计划的载人火星任务预估成本起步2500亿美元,最高可达1万亿美元。差异源于载人任务需要可往返的航天器,以及维持人类生存超过一年的生命保障系统:包括持续供氧设备、食物储备与加工装置、温控系统、废物处理与发电设备、防致命辐射的持续防护措施,还有健身器材、航天服及医疗设备。相比之下,无人航天器完全不需要这些系统,能耗也低得多。
对此分析,如今常见的回应强调人类评估局势的速度和效率远超任何机器人。确实,50年前阿波罗宇航员仅在月球表面停留80小时,就在六处登陆点附近采集了2000多份月壤样本。而即便采用最新技术,“毅力号"火星车仍需数月才能完成采样任务——尽管它仅需探测十几个地质气象历史各异的站点。但火星车可以无限期工作,载人任务每延长一周却需耗费大量补给和能源。
核心问题在于我们究竟需要宇航员登陆外星,还是仅仅渴望他们这样做。随着人工智能技术进步,机器人的优势将愈发显著。然而人类对同类的共情本能,总在煽动"必须送人上火星"的宣言。反方观点则认为:探索精神固然可贵,但幸运的是,我们已不必亲力亲为。
若文明延续,人类终将抵达火星——总有人追逐冒险,也有人梦想"地球化"改造这颗险恶星球。但谁又能断言,届时载人航天的魅力不会如后来的登月任务般消退?
就当下而言,理性与科学需求表明:我们应继续提升机器人技术,派遣这些使者探索太阳系。坚持载人航天者虽可诉诸情感,但正如韦伯望远镜影像引发的公众惊叹所示,机器人探索者同样具有强大说服力。
韦伯望远镜近红外相机拍摄的船底座星云“宇宙悬崖”区域图片来源:美国宇航局英国皇家天文学家里斯博士与加州伯克利分校天文学家戈德史密斯博士合著了《宇航员的终结:为何机器人是未来》一书,由哈佛大学出版社出版。
刊载于2022年7月23日印刷版,标题为《探索宇宙,我们不再需要宇航员》