我在20世纪60年代初，在太空竞赛期间，美国或苏联科学家们都没有真正知道火星或金星的行星是 - 特别是在航天器导航方面的准确性和精确度。这可能听起来微弱地徘徊。他们当然知道大致像金星这样的目标在宇宙飞船到达后会在哪里。但在这种情况下，“粗略”可能是1万或10万公里的偏移。行星的位置，它们的星历，依赖于它们的轨道在一段时间内以极高的精度校准。但是，唯一正确的方法是直接测量，就像古代的水手需要沿着岛屿或海岸线航行，才能确定它的纬度和经度一样。
1961年初出现了一个臭名昭著的例子。从苏联发射金星1号探测器开始，向金星发射探测器的计划正在进行中。苏联和美国的科学家竞相确定金星的位置，并利用它来完善天文单位——当时的定义是地球中心到太阳中心的平均距离。(从金星反射雷达信号是一种从地球反射雷达信号的方法。)几个月后，苏联自豪地宣布他们改进了金星天文单位的测量方法。但美国人很快就发现，这与他们自己基于雷达的测量结果相差约10万公里，于是兴高采烈地嘲笑苏联人，说他们可能发现了一颗新行星。1
假设我们所谓的现实是固定的，这是令人欣慰的。它很少。
在是什么,回想起来,一些反常的运气(科学家们想避免过早退休),苏联probe-scheduled飞过金星在测距宣布已经遭受了一系列的侮辱,包括失败的热控制和姿态控制失败。虽然它很可能经过了金星附近的某个地方，但我们永远不知道它到底偏离了多少，因为在那一点上，与探测器的所有通信都停止了。
但错位金星可能真的灾难性。Venera 1可能已经错过了这么多，无论如何都没有收购任何有用的数据，或者它可能会在地球中陷入革命的破坏。令人惊讶的是，通过这种创伤课程，科学家们对获得更好的太阳系物体的清醒而出汗了。甚至具有巨大的改善，即使是精确定位宇宙飞船及其行星目标的基本问题也没有消失。从某种意义上说，它变得更加剧烈。
T奥迪，单次杂种的守护者之一是加利福尼亚州喷射推进实验室。它提供了仔细策划和不断更新的数据，我们认为行星，卫星，彗星，流星溪流和小行星是。一种农民的年鉴行星探索。但我们走得更远，我们的目标更具异国情调，挑战越大。
一项雄心勃勃的计划正在起草中，该计划计划将搭载轻型帆、由强大的激光推进的微型“纳米飞行器”一直送到半人马座阿尔法星系。2它距离我们有4光年远，需要至少20年的时间，以光速的20%，也就是大约每小时1.34亿英里的速度运行。在另一个恒星系统的正确时间到达正确的地点，这个问题比到达我们自己遥远的外部世界，比如冥王星，要严重得多。和去冥王星很难足够了。
美国国家航空航天局的新视野号探测器于2006年以破纪录的速度发射升空，在木星的引力帮助下向冥王星发射了9年多，距离近50亿公里。3.利用地球上的望远镜测量和冥王星轨道运动的复杂计算机模型，我们可以确定它在天空中的位置，精确度约为0.00014度。不过，冥王星离我们太远了，这种适度的不确定性转化为约1.3万公里的位置误差，足以严重阻碍近距离飞越。更复杂的是，宇宙飞船在其轨道上经历了难以预测的漂移，这是由于充满钚的发电机产生的不均匀热辐射所产生的超凡力量。
“新视野号”终于在2015年7月实现了这一目标，这让科学家们松了一口气。从发射到抵达，科学家们在生命中等待了相当长的一段时间。经过精心选择的分离距离，它以大约12500公里的速度掠过冥王星。最后，要让“新视野号”在接近正确路径的任何地方掠过冥王星及其附属卫星，需要用探测器自己的相机进行细致的位置测量和航向修正，还要有很大的耐心。
您最终可以使用太阳系稳定，将行星扔到太阳中的未来。
现在将冥王星与名为Proxima称为Proxima的较小的红矮星。它相对于我们的阳光与我们所知道的一秒钟大约32.19公里的速度相比。但是，0.01公里的最小重要人物将在20年超过600万公里的20岁任务中累积的原始不确定性转化为原始的不确定性。那是明星 - 一个明亮，比较容易学习的物体。系统中的行星将是十亿次调光，更难别向销钉。与新的视野一样，星际探针可能会追踪自己的目标。他们必须自主地完成，因为与地球的沟通需要多年来来回反弹。
它是否可以看出微小的航天器可以承载必要的计算工具包或感官和转向能力来实现这一点。明亮的恒星本身可能是利用我们自己的太阳形成导航灯塔的最佳标记。微型激光二极管的微小脉冲可以为机动提供推力，也许关键是派出数百，甚至数千个纳入者，每个纳入者都有谦虚的AI和彼此学习的能力，并通过空间和时间达到目标。巨大的冗余和许多牺牲。但是当你试图抓住一颗飞行的子弹 - 无论是明星还是星球 - 与另一个飞行的子弹有什么问题，事情会出错。
我不难以认识到跨越数千或数百万公里的地位的不确定性可能对探险者有问题。试图将我们的范围扩展到熟悉的可以，清楚地，对我们的图解物理现实的能力提供一些不足的要求。但这些例子也会导致我们对世界观的概念进行更深刻的真相，以及我们如何与其进行编纂和互动。
奇怪的是，围绕轨道运行的恒星和行星有一些基本的物理特性，它们取决于非常非常小的位置不确定性，可以相当确切地决定整个系统的生存。这一现象的根源在于引力物体之间的动力学混乱现象，天体运动的不稳定性和不可预测性虽然令人困惑，但在数学图表上却可以显示出来。虽然自19世纪80年代以来，混沌就被人们所认识，但直到20世纪80年代，研究人员才开发出专门建造的计算机，来精确模拟太阳系行星的引力驱动运动。模拟揭示了我们生活的空间有多混乱。
事实证明，如果你追踪太阳系中物质在数千万到数十亿年的时间里的运动，像水星这样的行星的位置在毫米级上的变化就会产生完全不同的结果。你的未来可能是相对平静的轨道，也可能是太阳系内部不稳定的轨道，将行星抛向太阳或逃逸到星际空间的轨道上，甚至将各个世界置于相互碰撞的轨道上。4
如此微小的变化会导致如此截然不同的结果，这让大多数希望世界上有一些可预测性的人感到不适。这说明了我们作为一个物种所面临的一些问题。假设我们所谓的现实是固定的，或者至少是可预测的，在变化中，这是令人欣慰的。它很少。
在把机器送到其他世界，甚至是其他恒星的过程中，我们别无选择，只能完全承认我们的不准确和不准确，完全地、残酷地诚实对待我们对外面世界的有限把握。甚至自然法则都是基于完全不完善的测量而得出的推论，无论是行星轨道和重力，还是逻辑和代数中的符号操作——后者是通过人类的头脑和这些头脑产生的机器来“测量”的。令人惊讶的是，这些定律让我们能够很好地建模和预测物理世界的各个方面，数千年来，这种能力一直让我们放心，并帮助我们。我们已经设法扭转了这个问题，现在我们可以预测自然界将会发生的各种混乱，从不稳定的天气情况和不稳定的股票市场当然是行星。
这就是为什么诚实面对局限性是一件美好的事情。它使我们能够找到跨越空间、时间和理解边界的方法。20世纪60年代的火箭科学家们抓住了金星和其他星球的位置，他们在某些方面是先驱者，甚至他们自己都没有意识到这一点。他们不只是越过虚空，试图找出难以置信的滑溜溜的东西。它们让我们看到了我们称之为现实本身的基本本质。
Caleb Scharf是纽约哥伦比亚大学天体学院的天体物理学家，以及yhousenyc.org的创始人，该研究所研究人类和机器意识。他的最新书是迷人的宇宙：通过宇宙秤的史诗之旅，从几乎所有东西都到几乎没有任何东西。在推特上关注他@caleb_scharf。
脚注
1.从Ulivi，P.＆Harland绘制的描述太阳系的机器人探索:第一部分:1957-1982年的黄金时代Springer-Praxis，纽约，纽约(2007)。
2.在“摄星”计划中，向半人马座阿尔法星发射微型飞船的大胆计划。麻省理工学院技术评论（2019）。
3.史上最快的宇宙飞船?《生活》，Unbounded blogs.scientificamerican.com(2013)。
4.李志刚，李志刚。关于太阳系的动力学稳定性。天体物理学杂志683，1207-1216（2008）。
主导图像:在这幅艺术家的渲染图中，新视野号飞船正以每小时31000英里的速度在太空中飞驰，准备为飞越冥王星收集数据。来源:NASA / APL / SwRI
