探月有什么用？

原文发表在叶儿山的博客上。

随着嫦娥三号的成功着陆，这样一个问题引起了激烈的争论:“月球探测有什么用？”

作为一个把这个领域当成饭碗的科研工作者，我一直觉得这是一个很好的“开放报告”式的问题，无论是博士论文的题目还是公开报告的题目。对大多数科学家来说，是社会支持让他们站在人类认知的前沿，所以他们有责任和义务向公众解释他们研究的意义和价值。我记得第一次见到我的导师。他反复提到一句话:“对科学家来说，没有问题是幼稚的。”在我看来，这种观点既适用于我职业中的问题，也适用于“旁观者”提出的问题。“探索月球有什么用？”“登陆火星有什么用？”“观察遥远的星系有什么用？”科学家向公众展示他们的成果，公众当然有权利提出这样的问题，并要求他们能够理解的答案。

有许多好文章试图回答这样的问题。美国宇航局科学部副主任斯蒂格利茨写了一篇特别的文章，“为什么探索宇宙”；国际天文学联盟在其网站上也有一篇文章，“为什么天文学重要”，这两篇文章都试图从方法论的角度回答这个问题。然而，一些挑剔的网民并不买账，他们认为列出“人文精神”和“长期规划”的好处对至少一些人来说是无形的，难以衡量产出效果。我能理解他们——科学界有句谚语:“人们不看你说什么，他们只看你做什么。”所以我想，这一次，我不妨用实际上已经落入你我手中的技术来回答“有什么用？”

让我从我们不能离开的电脑和手机开始。你一定知道，从你的电脑和我的电脑，到你的手机，到你的数字微波炉，到我们周围稍微复杂一点的任何电子产品，有一样东西是数不胜数的，它叫做“集成电路”(严格地说，我们现在使用的东西应该叫做微电路，它是从集成电路发展而来的)。集成电路发明于1958年，但它可以迅速普及和进一步改进，但它不能与20世纪60年代的一个主要空间项目——阿波罗计划分开。计算机在20世纪50年代是巨大的，但是宇航员需要计算机来帮助控制宇宙飞船。由于航天器负载的严格限制，机载计算机必须紧凑可靠，因此德州仪器公司为美国航天局开发了更轻的集成电路。阿波罗飞船上搭载的阿波罗制导计算机是第一台使用集成电路的计算机。从1962年到1968年，集成电路的价格下降了25倍，主要是由于阿波罗计划的巨大需求。

在谈到集成电路之后，我想谈一谈另一件我们离不开的事情:无线网络。无线局域网标准(无线局域网，大致是无线网络和它是一回事)于1997年发布，但其核心技术之一是由天文学家在1977年提出的。由于电磁波特性的限制，射电望远镜的清晰度比光学望远镜差得多。例如，对于同样口径的望远镜，射电望远镜的分析能力比光学望远镜差一百万倍。尽管射电天文学家继续建造更大的望远镜，但它们的口径受到工程能力和环境的限制，所以他们不得不寻找其他方法。1977年，荷兰天文学家哈梅克领导的团队发明了一种利用干扰技术优化无线电数据的方法。后来，工程师们发现这项技术可以大大提高无线网络的可靠性，加快传输速度。我们今天使用的无线局域网标准(IEEE 802.11)的核心专利之一是这项技术最初用于射电天文学。

如今，数码相机和照相手机变得非常普遍，它们的大多数图像传感器都使用电荷耦合器件。电荷耦合器件是一种光敏耦合器件，发明于1969年。首先，除了军队，还有天文学家使用CCD。由于电荷耦合器件的量子效率(即把光子转换成信号的效率)远远优于传统胶片，而且电荷耦合器件无需复杂的化学处理就能实时读取图像，因此，在20世纪70年代后期，天文学家开始用灵敏度更高的电荷耦合器件取代许多望远镜上的照相胶片。20世纪80年代，天文学家的需求刺激工程师设计和制造更大、更灵敏、更稳定的CCD芯片。到20世纪90年代中后期，装有CCD的家用数码相机开始流行，现在使用传统底片的相机几乎已经从市场上消失了。在某些方面，天文学家“不经意地”促进了家用数码相机的普及。

在电荷耦合器件刚刚发明的时代，除了天文学家仍然使用看起来很旧的照相底片之外，还有另一件看起来很“旧”的事情:飞行几乎和乘公共汽车一样简单，没有证件，没有安全检查(只有0.5%的人需要搜索)，直接买票登机。然而，在20世纪70年代初，随着劫机和恐怖活动的日益频繁，登船程序开始变得越来越严格。1972年12月，美国联邦航空管理局要求航空公司在一个月内对乘客的行李进行全面检查。此时，新应用的x光光电成像技术正在使用中，它允许工作人员实时“看穿”乘客的行李。这项技术最初主要是为1970年发射的美国第一颗X射线天文卫星乌呼鲁开发的。后来，用于搜索炸弹和毒品的气相色谱质谱仪也广泛装备在大中型民用航空机场。实际使用的第一台气相色谱质谱计是在1968年制造的，但这种仪器如今变得如此便携、高效和可靠，这与20世纪70年代“海盗”系列项目的强大动力分不开——两艘“海盗”号航天器是第一艘成功软着陆火星表面并进行探索的无人航天器。工程师们制造了一种安装在宇宙飞船着陆器上的轻型气相色谱质谱仪，这样科学家们可以更深入地研究火星表面的环境，并确定它是否具备生存的条件。

上面，我刚刚列举了几个与普通人关系最密切的例子。事实上，有很多类似的例子，我可以继续简单地说——例如，天文学家用来测量恒星温度的技术已经被用来开发非接触式温度测量仪器，这在非典时期非常有用。用于开发维京着陆器降落伞的材料已经得到改进，以制造性能更好、寿命更长的汽车轮胎。载人飞船返回舱上安装的隔热材料用于提高防火门的性能。空间站中使用的一些薄膜被用来制作防刮伤太阳镜，而另一种用于过滤宇航员生活用水的过滤器被广泛用于过滤生活用水。用于分配哈勃太空望远镜观测时间的软件已得到改进，用于医院病历管理。用于在大量天文数据中自动探测星系的算法现在正被用于辅助一些医学检查。至于在其他专业领域进一步发展技能的技术，尤其是医学，还有无数:太空毯、核磁共振技术、飞机除冰、污染物检测和预防、建筑缺陷检测、探矿、洁净室、生物制药、生物和医学图像处理和增强、肿瘤检测和治疗...

前几代人种树，后几代人享受凉爽的空气。除了那些深刻的哲学命题，从某种意义上说，如果不是因为这些前辈的探索所获得的“副产品”，我们可能要等几十年甚至更久才能使用ThinkPad Carbon和iPhone。当然，有些人可能会说，如果我们有针对性地研究集成电路和无线增强技术，我们就会赢得笔记本电脑和手机。然而，科学发现从来都不是一个“种瓜得瓜”的过程，更常见的是“种瓜得豆”。无数历史故事告诉我们，科学发现往往不是通过定向研究取得的。宇宙的探索需要前所未有的高精度和可靠性，需要许多领域甚至不同国家的科学家和工程师的共同努力。但是科学有点像赌博:风险越大，收益越多。没有尝试，没有收获。《阿甘正传》中有一句经典台词:“生活就像一盒巧克力，你永远不知道你会得到哪一块。”正是这种“漫无目的”但“好奇”的好奇心，让我们能够在点燃第一堆篝火后的50万年内，用智能手机到处自拍。我们感谢我们的祖先不懈的探索。我们的子孙最终会感谢我们的。从这个角度来看，刘的一句话"空间是一种生命的本能，不用问有什么用"-可以理解吗？