本文来自微信公众号：Wait But Why（ID：wbwtimurban），作者：Tim Urban，翻译：老屋厨子，头图来源：IC photo
在SpaceX系列第1部分人类与太空的故事上篇（《SpaceX 如何（以及为啥）殖民火星》）中，我们经历了人类混沌初开对世界的惊奇；感受了“阿波罗登月”计划的波澜壮阔；也了解到在充满激情与勇气的太空竞赛之后，人类在太空探索领域日趋理智和务实，通过近地轨道的各式人造卫星来支持地球工业。
在今天的下篇当中，我们将进一步梳理人类如何通过各种空间探测器、太空望远镜和国际空间站深入太阳系、建造太空实验室、进一步观测和了解广袤神秘的宇宙。
让我们继续“心骛寰宇、神游太虚，即便你说不出一颗星星的名字，你仍然可以歆享这宇宙之美，思索、探寻它的意义。”
第二部分 ：观测与学习
在过去的40多年里，人类与太空进行互动的第二个原因（第一个原因是为了支持地球工业）证明，虽然我们可能已经停止了将人类送往太空，但我们从未失去对了解太空的渴望。随着人类社会的关注对象从太空转移到其他地方，天文学家们一直忙于解读一页又一页古老而神秘的小说——《我们在哪里?》。
天文学家通常用眼睛观察，学习到很多东西。事实上“太空竞赛”的另一个效应就是开发出更好的太空观测技术。
目前，现代天文学家观测太空主要通过两种高科技方式：
1. “观测与学习”之工具1：太阳系探测器
通常说来，科学家们会向某个遥远的行星、月球或小行星发射一个神奇的机器人（探测器），这个机器人在太空中飞行数月或数年，耐住寂寞与无聊，直到它最终到达目的地。
然后，根据计划，它要么飞过某个天体，在途中拍一些照片，围绕这个天体运行以获得更详细的信息；要么它会降落在某个天体上进行全面观测。而它了解到的一切都会传送给我们人类。
直到有一天，当探测器的任务完成后，我们要么摧毁它，让它撞向这个天体；要么让它飞到更深更远的宇宙空间，直至消失。
我经常会把自己作为参照，来对比公众对于探测器的认知程度。正如我之前在这个博客上提到的，我从三岁起就开始正儿八经地研究天文学了——所以如果我不知道这个世界上关于太空，有什么事情发生了，那我想大多数人也不知道。
因此当提到太空探索这个话题时，我就觉得很迷茫。外面有200个这样的探测器环绕着吗？50个？还是9个？他们为什么会在那里？谁派他们来的？他们在做什么？
所有我可能知道的就是，有时网上会忽然冒出个新鲜事，比如探测器发回了让人叹为观止的照片——太牛了！这时我会赶紧打开CNN网站的图集，一张一张开始看，兴奋地疯狂转发给我另外三个“天文迷”朋友，然后花三个小时沉迷点开CNN下面每个标题新闻。
——这，就是我和人类太空探测器之间的关系。
但是在研究这篇文章的过程中，我很快意识到要知道的东西似乎也不是太多，而且也没有很复杂。
我们只需要先科普一下比较有代表性的8个太空探测器：
No.1 新地平线号New Horizons
（冥王星Pluto，NASA）
“新地平线号”于2006年发射升空，开始了为期10年的冥王星之旅（2007年，它飞跃木星的过程中因为引力作用加速很多），最终于2015年7月14日抵达冥王星。探测器并没有降落在冥王星，但它飞得很近，第一次向我们展示了冥王星的真面目：
作者注：
我不确定人们是否意识到，在此之前，我们从未看过冥王星的真面目——它离我们太遥远，因而太小了，即使用最好的望远镜也很难得到一张靠谱的照片。
在这些新图像出现之前，所有看起来不错的冥王星照片实际上都是艺术家的演绎。但2015年7月14日，这一情况彻底发生了改变。图片来源于美国国家航空航天局。
接下来，“新地平线号”继续深入柯伊伯带，传回彗星和矮行星的图像。你可以在这里追踪“新地平线号”的位置。
尴尬的是，“新地平线号”发射时，冥王星还是一颗行星，在冥王星降级为矮行星后的几年里，大家都有些难以直面“新地平线号”团队的发现结果。其实对冥王星降级所带来的伤感，我倒也能感同身受。
当然冥王星可能还是应该感激嘛，它毕竟名不正言不顺地做了76年行星。要知道这期间同为柯伊伯带的矮行星厄里斯同学可是一辈子默默无闻，直到2005年才被发现。
柯伊伯带Kuiper belt，是位于太阳系的海王星轨道外侧，在黄道面附近的天体密集圆盘状区域，类似于小行星带，但范围大得多，它比小行星带宽20倍且重20至200倍。
冥王星发现于1930年，最初被赋予行星地位，但随着我们发现太阳系外的天体越来越多，大家开始认识到冥王星其实只是处于拥挤的柯伊伯带中最大的一颗星体而已，所以再称之为行星是不合理的。如果冥王星是单独在那儿，那又另当别论。但如果小行星带或柯伊伯带的巨大的矮行星们都不是行星，包括新发现的、几乎和冥王星一样大的邻居“厄里斯Eris”，那么再把冥王星定为行星就没道理了。
所以国际天文学联合会的学究们戏剧性地聚在一起，大家吵吵嚷嚷地，最终给出了对行星的官方定义：
（1）必须围绕太阳转
（2）必须够大，且在自身足够引力作用下呈圆球状
（3）轨道周围没有其他物体。
冥王星在第3条上失败了，因为在它的轨道上还有许多其他物体，它们都是柯伊伯带的一部分。
作者注：
还有一个好玩的事，在天王星（Uranus）被发现并命名之后，化学家很快就用它命名了一种新发现的元素——铀（Uranium）。海王星（Neptune）被命名后，他们对海王星也做了同样的事情（显然就是元素“镎Neptunium”)，而新命名的冥王星（Pluto）则变成了元素钚（Plutonium）的名字。
No.2 好奇号Curiosity
（火星Mars，NASA）
“好奇号”火星探测器可是个著名的漫游者。2012年，一个汽车大小的超萌机器人“好奇号”登陆火星表面。“好奇号”研究着火星上巨大陨石坑内的一堆东西，其主要目的是弄清火星上是否存在过生命。
上两个火星漫游者分别是2004年登陆火星的“机遇号”（Opportunity）和“勇气号”（Spirit），计划执行为期90天的任务。虽然早过了期限日，但这哥俩超长待机，而且“机会号”依然活跃。真是个好孩子！
此外还有一些其他的探测器绕火星运行，但以“好奇号”活动为主。
在我的研究中，我偶然看到了油管上Youtube一个IMAX电影中的这个视频，是关于如何把“勇气号”探测器从地球带到火星表面的，我认为这是有史以来最酷的视频。直到我发现了这个让“好奇号”上火星的视频，简直酷毙了（各位有兴趣的不妨到油管上去搜搜）。
No.3 朱诺号Juno
（木星Jupiter，NASA)
“朱诺号”2011年离开地球，绕了一个大圈后于2013年与地球会合，借助地球重力助推飞往木星，并于2016年7月抵达（在它返回地球借力时捕捉到一个月球环绕地球的很酷的视频）。
到达后“朱诺号”绕木星运行，试图通过拍照并利用传感器弄清楚这些看着水汪汪的云层顶部下面到底是个啥。
最终“朱诺号”会在坠入木星的过程中死去，希望能在燃烧之前快速拍摄并传送一些它在木星大气层内的照片。这样我们就可以据此制作一段虚拟现实视频，让你降到木星表面去看看。
No.4 卡西尼号Cassini
(土星Saturn，NASA/欧洲航天局/意大利航天局共同协作)
“卡西尼号”于1997年发射升空飞往土星，土星是太阳系中唯一一颗穿芭蕾舞裙的行星。卡西尼号2004年抵达土星，成为历史上第一个绕土星运行的探测器，它传回了一些令人叹为观止的照片，比如这张：（照片源自NASA）
这张：
以及这张土星环的特写：
还有这张土星和其身后太阳的酷毙了的照片：
2005年，卡西尼号将其附着着陆器“惠更斯号”（Huygens）降落在土星最大的卫星“土卫六”上。这是一张由“惠更斯号”拍摄的“土卫六”表面的真实照片（可以看到遥远而神秘的土星卫星的真实表面简直令人啧啧称奇！） 。
No.5&6 旅行者1&2号 Voyager 1&2
（木星、土星、天王星、海王星Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune；NASA）
1977年发射的两个旅“行者号”探测器是第一批收集太阳系四颗外部巨行星图像的探测器。“旅行者”2号仍然是唯一一个访问天王星和海王星的探测器，分别拍摄了这两张奇异的照片：
“旅行者”号最酷的地方是，尽管它们最初的任务已经结束很久了，但它们仍在向外加速。它们现在都离我们远得不可思议，而且速度超快。“旅行者”1号的速度还更快些，达到38000英里/小时（61000公里/小时）——以这个速度横渡大西洋它只要5分钟——同时它也是离地球最远的人造物体，目前距离我们131天文单位（Astronomical Unit）；还是第一个离开太阳系的人造物体。按照这个速度，“旅行者”1号将在大约7.3万年后到达距离我们最近的恒星比邻星（Proxima Centauri）。
“旅行者号”另一个很酷的事情是，在发射之前，由卡尔·萨根领导的一个NASA的委员会给每个“旅行者”加载了一个时间胶囊，包含来自地球的各种符号、声音和图像信息（例如符号说明如何打开查看音视频），这样，有一天探测器就能告诉外星人我们是谁。
当然也许这是瞎费工夫，但谁知道呢。
作者注 ：“天文单位”——从地球到太阳的距离大约是9300万英里（1.5亿公里）。
译注：到今年旅行者1号与地球的距离大约为228亿公里，也就是152天文单位。
No.7 罗塞塔号Rosetta
（彗星comet，欧洲航天局）
“罗塞塔号”于2004年发射，2014年8月抵达彗星67P，并在几个月后成功将小型着陆器“菲莱”（Philae）降落在彗星上，引起广泛关注。彗星67P被证明只是一块大石头（2.7英里/4.3公里长），但罗塞塔号拍摄的图像很酷:
No.8 黎明号Dawn
（灶神星Vesta和谷神星Ceres，NASA)
估计“黎明号”不敢相信它上得了榜。
我把它包括在内的原因是我不确定人们是否意识到在小行星带中存在几乎行星一般巨大的天体。
小行星带是位于火星和木星的轨道之间一个由数百万颗小行星组成的巨大的环（注意不要与包围外太阳系的大得多的“柯伊伯带”混淆），其中直径至少为1公里的小行星超过75万颗。在小行星带的众多小行星中，“谷神星”（Ceres）是一颗直径为月球27%的矮行星，占小行星带总质量的三分之一；“灶神星”（Vesta）是小行星带中仅次于“谷神星”的第二大天体，也是夜空中小行星带上最亮的天体。
我之前并不知道“谷神星”和“灶神星”是什么东西，最终2007年发射的“黎明号”在2011年绕“灶神星”轨道运行了9个月后前往“谷神星”，并于2015年3月抵达（使其成为第一个绕两个不同天体运行的探测器）。
此外还有其他一些探测器。比如“信使号（Messenger）”，它绕水星轨道运行了7年，直到2015年4月以撞击水星的方式结束其探测使命；日本“拂晓号（Akatsuki）”探测器原定于2010年开始绕金星运行，但未能成功，2015年再次尝试；有一些探测器平稳地绕月飞行，包括中国的“嫦娥三号”，它还在月球放下了自1976年以来的首个月球着陆器；还有一些探测器对太阳进行测量。
大家可以找到一个详尽的清单，包含过去和现在的所有探测器，以及《国家地理》制作的一个超棒的可视化探测器集合图：
作者注：为了感受“谷神星”和“灶神星”的大小，维基百科可以查看到它们靠近我们月球时的样子。
2. “观测与学习”之工具2：望远镜
早在17世纪早期望远镜就已经存在了。在接下来的400多年里，望远镜变得越来越强大，成为人类用来翻看《我们在哪里?》这部巨著的主要工具。
但是，地面望远镜总会达到一个极限，那时不管它们有多先进，都无法看清深空中它们想看的东西。你知道吗，当你透过一杯水看一束光，那束光完全是弯曲的——这就像星星闪烁时我们试图看清它一样，只不过我们不是透过水，而是透过地球的大气层观察它们。
其实大气并不会像水一样将光线扭曲得厉害，但在我们的天空中，星星和星系散发的是细如针孔的光线，所以任何一点模糊都是个大问题——就像从泳池的水下向上看，然后试图研究一群在空中飞翔的鸟儿一样。
20世纪60年代，人类获得了将望远镜送入太空的能力。在太空中，人类历史上首次看到了清晰的恒星景象。1990年，NASA发射了第一个真正开挂的太空望远镜——哈勃太空望远镜（Hubble）。
作者注：
令人抓狂的是，经过近20年争取哈勃预算并建造这个望远镜，并且终于通过一个高风险高难度的航天飞机发射任务将望远镜送入轨道之后，NASA才收到来自哈勃望远镜的第一组照片，只不过这才发现照片都是糊的。结果竟然是镜面曲率差了1/2200毫米。这是一个几乎难以察觉的误差，但由于望远镜需要观测的距离太遥远，这一点点误差足以毁掉一切。
于是直到将近四年后，另一艘航天飞机才得以返回望远镜对它进行修复。修复工作首先得完美地在地球上实现，然后宇航员也必须完美地在太空中执行完成——镜子的形状如此精确，以至于假使宇航员在修复过程中偶然擦着一下，也会毁了它。幸运的是，一切进展顺利。于是从1994年起，哈勃望远镜的工作堪称完美。
13吨重、校车长度的“哈勃太空望远镜”的7.9英尺（2.4米）镜头足以精确地将激光束射向200英里以外的地方，它强大到能让在你从波士顿的家里看到东京的一对萤火虫（如果地球是平的话）。
在距离地球340英里的轨道上，没有大气和光污染，哈勃处在NASA所说的“山巅之极”。所有这些都让哈勃获得了前所未有的宇宙视野，让它得以在过去30年里向我们发送最震撼人心的照片。
看到这些我简直不敢相信它们都是真的。比如这个史诗般的星系：
或者这两个正在缓慢合并的星系：
或是这个巨大得令人难以置信的“创世之柱”（左侧“手指”如此之大，从上到下相隔4光年；也就是说如果你从指节开始乘飞机向上，要花450万年才能到达指尖）：
还有哈勃望远镜将镜头对准一个很小的、看起来空荡荡的正方形深空区域的时候（图中月球旁边显示了这个正方形的大小)：
这是哈勃看到的数以千计的星系：
哈勃和其他太空望远镜呈现给我们人类进一步揭示这个世界的全新信息，它关于我们在哪里和我们如何来到这里；它拓展了我们的知识边界，从暗能量到宇宙的起源、年龄和大小，以及可能存在生命的类地行星的数量等。
作者注：
哈勃估计在2020年左右退役。自2009年以来，不再有人在太空修复它的系统故障，所以它的退役不可避免——它的轨道将缓慢衰减，直到2030-2040年之间，预计它最终将在地球的大气层中烧毁。这有点让人伤感——最初的计划是让一架航天飞机把它找回来并安全带回地球，让它成为史密森学会的名人。但是航天飞机计划结束了，现在哈勃望远镜将以可怕的方式死去。
不过从好的方面来看，哈勃有一个令人兴奋的继任者——詹姆斯·韦伯太空望远镜——原计划于2018年进入轨道，它可以探测到比最好的哈勃所探测到的还要微弱10到100倍的天体。
由此看来，过去的40多年里，这两个目标——支持地球工业和持续的学习与发现——一直是我们与太空关系的延伸。
由于这两个目标都是由机器太空旅行者出色完成，所以这些年“人类与太空的故事”都与太空飞行器有关，而人类的作用则体现在地球或非常靠近地球的地方，我们才是实际控制者。
回溯以往，自1972年“阿波罗17号”返回地球以来，人类进入太空的唯一原因是，有时太空机器还不够先进，无法完成某项任务，所以我们需要派个人上去完成。目前大约有550人曾进入过太空，其中超过400人是在后太空竞赛时代去的。
所以阿波罗计划之后，人类进入太空的主要原因就是为了实用——科学家和技术人员进入太空都是为了完成某项工作。这就是为什么在过去40多年里，每次载人航天任务都是在环绕地球周围的薄层空间，即近地轨道（LEO）进行。
3. 国际空间站（ISS）
今天，几乎所有载人航天任务的目的都是为了运送宇航员往返国际空间站（ISS）。
国际空间站是16个国家的国际合作项目，始于1998年，历时10年建成。空间站绕地球运行的轨道位于近地轨道的最低地带，高度在205~255英里之间（330~410公里）。这大约是横跨冰岛的距离——当空间站接近地面时，晚上你甚至可以轻易用肉眼看到它——有一段很酷的视频展示了如果月球和国际空间站在同一轨道高度运行会是什么景象。其实空间站比人们想象的要大，它有320辆汽车那么重，跨度相当于一个美式橄榄球场。
作者注：
其实我烦死了这个公里英里的换算。但是我没的选，因为58%的WBW读者来自美国，他们搞不明白公里测量的概念，而另外42%来自地球上其他不用英里测量的国家。
那么，国际空间站里的人都弄啥呢?
当我开始写这个帖子时，我发现我并不真正知道国际空间站是干什么的，也不知道里面那些人在那儿做什么。每次我看到空间站里的那些视频，无非都是一些成年人在漂来漂去，还耍得挺欢。
碰巧，我曾参加过一场在波士顿举行的国际空间站大会。这次会议由“太空科学促进中心”（CASIS）主办，该中心负责管理国际空间站的美国部分。以下是我在会上学到的:
国际空间站是一个科学实验室。它有点像其他实验室，当然除了它众不同的拿手把戏是在太空中翱翔，所以它是一个你可以在零重力下进行测试的实验室（实际上它也不是绝对零重力——而是微重力——我将在后面的帖子中解释)。
大多数空间站实验的共同点是因为重力不同，但除此之外，他们涉及的实验范围很广泛——从了解骨质疏松症宇航员的骨骼萎缩（因为他们不需要对抗重力），到测试设备在太空的运转情况，到分析液体在不受任何外力影响的情况下如何运动和相互作用，再到利用重力变化诱使细菌揭示哪些基因使它们对某些药物免疫等等。
国际空间站的宇航员每周有一个紧张可控的日程安排。在任何时候，他们要么睡（8.5小时），要么吃（早餐/晚餐1.5小时，午餐1小时），要么撸铁（每天强制2.5小时），或在做实验（每天9小时）——我曾拍过一张照片是国际空间站里三名宇航员当时的时间表。对了，周末可以放假，这听起来当然再好不过了——你可以把所有时间都花在漂浮和望向窗外的太空。
我并不是唯一一个渴望去国际空间站上玩一趟的人——事实上，NASA需要通过一个竞争激烈的过程来挑选合格人员。数千人的申请中，100人被选中参加最后一轮面试和体检，最终只有1~2人通过。在极少数情况下，私人企业或个人可以在空间站购买个点位，为期几天，但成本约为6000万美元。
如果你想更好地感受国际空间站上的生活，“油管”上（youtube）有一段由漂浮宇航员拍摄的空间站之旅的视频。
作者注：
当时时刻表里的三人是两个俄国人,一个美国人。这位美国人叫斯科特·凯利，是宇航员马克·凯利的双胞胎兄弟，马克是国会女议员加布里埃尔·吉福兹的丈夫。这是当时太空中仅有的三人——你可以从网上看到任何给定时间内“在太空中”的总人数。
到目前为止，已经有216人在国际空间站上到此一游，他们分别来自15个国家：
4. 物体如何进入太空？
前文我们已经讨论过太空中都有些啥，但这些东西是如何进入太空的呢？
你有没有问过自己，像GPS这样的卫星是怎么到那儿的？
答案是有9个国家有能力将物体送入空间轨道：俄罗斯、美国、法国、日本、中国、印度、以色列、伊朗，嗯，朝鲜，还有一个非国家实体，欧洲航天局（ESA）。如果一颗卫星能进入太空，那是因为有人付钱给这十个主体中的某个，用一枚又大又贵的火箭把它送上去（或者是某个国家把一颗卫星送上太空供自己使用）。
至于将人类送入太空，历史上只有三个国家做到过——俄罗斯、美国和中国（中国是太空工业领域快速发展的新秀）。20世纪60年代以来，俄罗斯使用“联盟号”火箭将人类送入太空，美国在1972年完成阿波罗计划后，于1981年通过航天飞机计划重新获得将人类送入轨道的能力：
在接下来的30年里，美国向近地轨道发射了135次航天飞机，成功133次。那两个例外是美国历史上令人非常痛苦的部分——1986年的“挑战者号”和2003年的“哥伦比亚号”。
航天飞机项目于2011年结束。今天，只有两个国家能把人送入轨道——俄罗斯和中国。美国自己已没有这个能力。这个曾经在全世界的瞩目下成功地把人类送上月球的国家，现在必须看俄罗斯的眼色，用俄罗斯的火箭把自己的宇航员送上太空。
那么，我们该如何看待“人类与太空的故事”呢？这个故事确实有点奇怪。因为在1970年，故事是这样的：
所以大家理所当然地认为这个故事的发展方向应该是这样的：
但到了2015年，事实却是这样的：
——就像这样的话，我一定会对我们现在所做的事情惊掉下巴。
但不幸的是，我们有个辉煌的60年代。
所以，恰恰相反，“人类对宇宙的兴奋感”现在看来就像这样：
所以，一场迷人的魔术表演遵循一个简单的规则——随着表演的进行，它越发让人感觉惊叹。如果你不能持续给那些逐渐生出倦怠的观众以惊喜，他们很快就会排斥你。
在某些领域，“人类与太空”的魔术表演让人持续感到惊喜。例如，在我们寻求知识和理解的过程中，人类不断超越自我，每过十年对宇宙的了解都显著增加。自阿波罗计划以来，人类的探索精神一直存在，在太空领域蓬勃发展。
尽管我们会着迷于新的发现——我们强烈渴望知道隐藏在《我们在哪里?》这部巨著中所有的秘密——但真正意义上，“冒险”远比“发现”更能让人肾上腺素激增，充斥兴奋与灵感。
探测器和望远镜可能会让我们惊奇不已，激发我们的好奇心，但没有什么能比“看着我们这个物种走向人类从未去过的地方”更满足我们的本能。
在这个舞台上，过去四十多年让我们感到空虚。在看过人类登月之后，再看往返于国际空间站的载人任务，正如罗斯·安德森（Ross Andersen）所说，“就像看到哥伦布航行去西班牙伊比沙岛（Ibiza）那般感觉。”
这就是为什么，在当今世界，“人类与太空的故事”已经淡出了我们视线，不再是我们最关注的内容。这个本该让我们所有人膜拜的话题，反而变成了一个无聊的插曲。
如果去问10个受过良好教育的人关于太阳系探测器、国际空间站、NASA或SpaceX的话题，大多数人都说不出太多东西。有些人甚至不知道（登月之后）还有人类去过太空。
人们不知道是因为他们不在乎。由于太空探索这个领域的发展方式，这个关于“人类与太空的故事”让人唏嘘失望。看看现在我们周围的这个世界，我们几乎可以凭直觉预测，太空故事的未来篇章会以今天这样的节奏缓慢向前推进：
很多人并不认为这是一件坏事。“我们地球上有这么多问题，为什么还要花那么多钱把人送到遥远的太空？”他们问。
马萨诸塞州国会议员巴尼•弗兰克（Barney Frank）曾在美国预算决策过程中扮演关键角色长达30年，他称雄心勃勃的载人太空旅行“充其量是美国不应沉溺其中的一种奢侈”，“完全是在浪费金钱”，“纯粹是一种浪费”。
实际上自太空竞赛结束后，NASA的预算大幅削减，这表明弗兰克并不是唯一持这种观点的美国政治家。
按照我们第一反应，弗兰克是完全理性的——毕竟，面对诸如医疗保健、国家安全、教育和贫困这样的问题，难道我们真的应该为“冒险预算”腾出资金吗？在这种情况下，上面这张关于人类和太空未来的预测似乎更有可能按照目前的路线继续下去。
所以，在过去的这几个月里，我一直不停地阅读、探讨和思考这个故事的未来走向——那么现在，我对未来的假设已经发生了巨大变化。
终于，惊喜即将到来。
本文来自微信公众号：Wait But Why（ID：wbwtimurban），作者：Tim Urban，翻译：老屋厨子