​江曉原:“斯普特尼克時刻”與《外空入門》 | 科學外史

2025年02月18日20:50:35 科學 1447

​江曉原:“斯普特尼克時刻”與《外空入門》 | 科學外史 - 天天要聞

蘇聯於1957年10月4日自拜科努爾航天中心發射升空的斯普特尼克1號,是第一顆進入行星軌道的人造衛星。圖為斯普特尼克1號的1:1等比例模型。

最近在一些美國政客口中,美國的“斯普特尼克(sputnik)時刻”又來臨了。這次是因為一群中國年輕人搞出了deepseek模型,對美國在人工智能領域所追求的霸權形成了挑戰。但在七十多年前真正的“sputnik時刻”——因蘇聯人造衛星“sputnik-1”發射上天而得名,情形究竟是怎樣的,回顧起來還真饒有趣味。

美國的“sputnik時刻”

1957年10月4日,蘇聯成功發射了人類第一顆人造地球衛星(sputnik-1),此事震驚全球。時任美國總統艾森豪威爾,後來在回憶錄中說:“整個自由世界掀起了一股恐懼的浪潮……這表明在一場大規模的科學競爭中,蘇聯已打敗了美國。”而號稱“美國氫彈之父”的愛德華·泰勒則在《洛杉磯時報》上發表文章說:“這是美國遭受的又一次災難性的珍珠港襲擊,它代表了美國軍事科技的全面失敗。”

一顆非常初級的人造衛星,為何會將美國人和西方陣營嚇成這樣,在今天要充分理解其原因,需要涉及一些必要的歷史背景。

當時以美國為首的西方陣營和以蘇聯為首的社會主義陣營之間的“冷戰”已經打了十年(通常以1946年丘吉爾“鐵幕演說”和1947年美國“杜魯門主義”為冷戰開始的標誌)。雖然在這一階段西方陣營整體呈現進攻態勢,但因為蘇聯已經被美國描繪為“自由世界”的兇惡敵人,所以許多美國政客頭腦中的“危機意識”已經極為強烈。

但另一方面,艾森豪威爾總統雖是軍人出身,卻不喜歡戰爭。他信奉一種被稱為“大平衡”的理論:美國應該減少軍費,將重點放在經濟建設和提高人民生活水平上。他曾問道:“難道非要我們大多數人民勒緊褲帶,忍受生活水平的明顯下降,來承擔如此龐大的國防開支嗎?”當時也有不少美國政要和議員贊成艾森豪威爾的想法。這種想法從常識出發來看倒也不失為正道,可惜的是更多的美國政客並不循正道而行。

當時美國民眾有一種普遍的恐懼,覺得蘇聯的人造衛星一直在我們頭上飛來飛去,要是蘇聯人從衛星上向美國投放炸彈怎麼辦?而與此同時,蘇聯人似乎要對美國民眾的這種恐懼火上澆油,在國際期刊《新時代》上公布了人造衛星經過世界六十個重要城市上空的具體時間,這些城市包括“自由世界”的華盛頓、紐約、倫敦、巴黎、東京,此外還有莫斯科、北京和上海。民眾的恐懼對艾森豪威爾政府形成了巨大壓力。

美國白宮的宣傳手冊

當時艾森豪威爾仍想挽救他的“大平衡”理念,1958年3月26日,他讓白宮發布了宣傳手冊《外空入門》(introduction to outer space)。手冊試圖針對民眾的上述恐懼進行“科普”,用物理學證明:從繞地球飛行的人造衛星向地球投放炸彈是不可能的,“物體從衛星中被釋放後根本不會下落,無法射向目標”。

其實,如果還沒忘記高中物理課關於“速度的矢量合成”原理的話,宣傳手冊中的上述結論是顯而易見的。人造衛星既然在環繞地球飛行,那它肯定達到了第一宇宙速度——每秒7.9公里,這個速度能夠讓衛星在飛行中克服地球對它的引力而不致墜落。此時如果從衛星上釋放一顆炸彈,這顆炸彈在理論上也必然擁有和人造衛星相同的速度矢量,因此炸彈也將像人造衛星一樣繞着地球飛行,而不是落到地球表面。

如果要鑽牛角尖,假定讓炸彈在從衛星上釋放的瞬間獲得一個反向的速度矢量,只要這個速度矢量和衛星本身的速度矢量疊加後小於第一宇宙速度,那麼炸彈將以一個小於每秒7.9公里的速度環繞地球飛行,但是此時它會在地心引力作用下,開始逐漸喪失高度,這個過程具有加速度,會越來越快,最終落到地球表面。

但是,炸彈逐漸喪失高度的過程極為複雜,和許多因素有關。比如非常明顯的因素就有兩個:一是炸彈自身的形狀,二是地球大氣的流動。即使以今天的人類科技水準,對後者仍然完全無法控制,也難以實現精確預報。所以這顆想象中的炸彈最終會落到哪裡,是完全無法預料和操控的。

這種情況,和從飛機上向地面投放炸彈完全不同。因為轟炸機或戰鬥機的飛行速度都遠小於第一宇宙速度,而它們的飛行高度也都遠低於人造衛星,所以它們投放炸彈的彈着點是基本可控的——炸彈將在地心引力作用下以弧線軌跡落下,這個過程非常短,過程中大氣流動的影響也變得很小。

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1958年,美國白宮發布的宣傳手冊《外空入門》。

至於發射導彈的假想,《外空入門》中也談到了。考慮到幾星期前,蘇聯剛剛宣布試驗成功了人類歷史上第一枚洲際彈道導彈——這也是美國人對蘇聯人造衛星恐懼的原因之一,手冊編輯者顯然認為,也有必要解除公眾在這方面的恐懼。手冊中斷言:“宇宙戰爭……在現實中是非常遙遠的,也是沒有任何意義的。”

從技術上說,在航空器上發射導彈,需要的設備比投放炸彈複雜得多,這樣的發射裝置,在當時每一公斤重量都異常金貴的人造衛星上是難以想象的(sputnik-1全重只有83.6公斤)。事實上,人類迄今從未實驗過從衛星上發射導彈,在迄今為止所想象的各種戰爭場景中,也無此必要。

儘管艾森豪威爾還為《外空入門》寫了序,他還對《紐約時報》表示:“蘇聯人造衛星本身絲毫沒有加重我的疑慮與擔心,也不是公眾產生某種狂熱的理由。”但是上面的這點高中物理知識,政客和普通民眾通常都早就忘記了,所以他們的恐懼也沒有被手冊所打消。稍後新總統肯尼迪上台,冷戰進一步展開,肯尼迪堅持認為“安全只存在於更多的核彈頭和更多的遠程彈道導彈中”,這個想法至今仍被許多美國政客奉為圭臬。

美國戰機擊落高空氣球

時間來到2023年,冷戰已結束三十多年了,但美國政客和被他們煽起的民眾恐懼依然會出現,只是這次恐懼對象從蘇聯換成了中國。

2023年2月,美國軍方在蒙大拿州上空發現了一個疑似中國的高空氣球,並對氣球跟蹤了數天。美國軍方最初表示該氣球不會對美國國家安全造成威脅。中國外交部明確表示,該氣球是民用氣象設備,因不可抗力(就是大氣流動)誤入美國領空。事實上,各國用作氣象設備的氣球常有此種情況,通常不會被視為傳統意義上的“領空入侵”。

但此時美國反華政客妖魔化中國的輿論已經甚囂塵上,一些美國政客認為氣球可能被用來收集情報,在媒體上煽動起新一輪恐懼和焦慮。其實在今天世界上,誰家上空沒幾顆衛星飛來飛去?要搞情報還用得着氣球這樣原始的工具?但最終拜登政府迫於輿論壓力,竟下令出動戰機,將氣球擊落。美軍勞師動眾,由f-22a戰機在一批其他戰機的協助下,在南卡羅來納州海岸附近上空,先後發射了三枚導彈,才將這個毫無自我防衛能力的氣球擊落,殘骸落入海中。

美國人找到了氣球殘骸,並展開調查,但未在其中發現任何情報設備——軍方最初的判斷是正確的。中國政府強調氣球為民用設備,誤入美國領空純屬意外,對美方擊落氣球表示不滿,認為完全是“過度反應”。

事件雖未產生嚴重後果,但美國媒體上的妖魔化宣傳,很容易讓人聯想到當年蘇聯人造衛星引發的“sputnik時刻”。冷戰思維總是讓美國人風聲鶴唳,草木皆兵,高中物理課也不能幫助政客們回歸常識和理性。

江曉原

責編 劉小磊

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