飞往冥王星

来源 :中国新闻周刊 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dfw002
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  “对我们来说,这是今生唯一的机会。”
  2015年7月14日20:52,美国马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室控制中心挤满了人。这是间不算大的办公室,摆满了显示屏,人们或站或坐,都紧张地盯着眼前的仪表显示屏。
  经过9年的等待,这是“新视野号”科研团队最期待的时刻。为确保探测器集中精力工作,控制中心已经有21个小时没有与它联系。此时,新视野号与地球相距50亿公里,即便是光,也要4个半小时才能穿过其间的漫漫星空,探测器是否仍在正常运转,科研团队一无所知。
  “已成功锁定探测器。”项目运营主管(Mission Operation Manager,以下简称MOM)爱丽丝·鲍曼(Alice·Bowman)通过麦克风宣布。桌上的小熊吉祥物,显示了她在这个房间里的“尊贵”地位——这只小熊,是“新视野号”在这间办公室里的替代物,此刻,它正端坐在鲍曼的显示屏旁,头戴一顶聚会礼帽,左手举着一面美国国旗,等待着宣布它使命的成功。
  
  办公室里只听得到沉重的呼吸声,摄像师在各个座位间穿梭,力图记录下每位工作人员严峻的表情。煎熬并没有持续多久,1分钟后,鲍曼宣布:“已成功锁定遥测数据。”
  “唔嗬——”控制中心全体鼓起掌来。在确认无线电频率、导航、推力、电源、温度等参数均正常后,“MOM”缓缓站起身来,郑重地对麦克风另一端的项目首席科学家艾伦·斯特恩(Alan Stern)宣布:“数据接收成功,探测器运转良好。”
  话音刚落,斯特恩高举双臂,从门外冲了进来,他的脸因兴奋涨红了,他一把抓起小熊手中的美国国旗,向众人挥舞着,与每个人热烈地握手、拥抱。
  
  从2006年1月19日,“新视野号”顺利升空,时间已有9年;从2001年11月29日,“新视野号”正式立项,已近15年;但对于这个中等身材、肌肉紧实、有着稚童般纯洁目光的人,以及“新视野号”团队的很多成员来说,这个拼尽全力、在黑暗无尽的星空中一刻不停地飞奔9年、只为与冥王星“对视”一眼的项目,几乎耗去了他们所有的科学生命。

X行星


  一切要追溯到1989年5月5日。
  那是全球各地都发生了扭转未来方向事件的年份,但站在漫长的宇宙演进角度来看,这件事无疑是不能忽略的。
  一个在科罗拉多大学博尔德分校攻读博士学位的青年人,艾伦·斯特恩,遇见了美国国家航空航天局(以下简称NASA)行星探索部主管杰夫·布里格斯。艾伦问道:为什么不建立一个探索冥王星的任务?布里格斯回答:因为从来没有人和我提过这个。这主意听上去很棒,要不我们就试试?
  尽管那时人类发现冥王星已近70年,但科学家们还普遍没有探索冥王星的兴趣。
  1930年,一位名叫克莱德·汤博的24岁小伙子,依靠新型天文观测仪器和远超常人的细心,通过比对不同天区的照片底片,发现了一颗距日极远、光芒黯淡的行星。
  这个发现十分鼓舞人心。人类上一次确定太阳系的最远行星——海王星的时间,是1846年。在这84年间,通过计算天王星和海王星的轨道,许多天文学家推测在海王星之外,还有一颗行星,美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔甚至已为之命名:X行星。遗憾的是,这颗行星始终没有被观测到。
  根据一个英国11岁小女孩的建议,这颗行星被正式命名为“冥王星(Pluto)”。“Pluto”是罗马神话中的冥神,传说他可以使自己隐身,让人难以发现。
  冥王星自此取代了海王星,成为人类认为的太阳系的远端,然而,对于它的好奇心,也因此而停滞了。
  事实上,就在艾伦与NASA行星科学部主管相遇的那一天,美国旅行者2号探测器正在执行其探索外太阳系的任务。当年8月25日,旅行者2号探测器飞越海王星,拍下并传回了第一组清晰的海卫一的照片。但是,由于当时主管项目的科学家们对冥王星不感兴趣,本可以“顺便”拜访下冥王星的旅行者2号没有调转航向,直接奔出了太阳系。
  艾伦很难描述他为什么对冥王星有这样大的兴趣。“我从小就对这些感兴趣。”在NASA于2015年发布的纪录片《冥王星之年》中,他回忆说,“之后便一直沉浸于此。”
  幸运的是,他并不是唯一对冥王星感兴趣的人。在行星科学发展到20世纪90年代,许多太空探索技术已允许人类去造访更遥远的宇宙空间,一批对未知宇宙充满无限好奇的年轻人聚集起来,共同讨论哪里将是太空探索的新边界。
  在旅行者2号项目结束后,答案呼之欲出——冥王星。
  “冥王星就在那里,这就是驱使我的最大动力。”团队元老级成员马克·布伊(Marc Buie)在《冥王星之年》中回忆道:“因为我们对它知道的实在是太少了。”
  艾伦·斯特恩、马克·布伊等年轻人开始自发团结起来,为实现探索冥王星的任务做准备。这个小小的年轻科学团体后来被人们戏称为“地下冥王星党”。也正是以这个小组为核心,孕育出了十多年后的“新视野号”项目。

这就像对太阳系的考古发掘


  
  为获得NASA的认可,从1989年开始,“地下冥王星党”将心血耗费在了两件事情上:意义和成本。
  自1930年被发现以来,冥王星在“九大行星”中一直是一个特殊的存在。它既不像“第一区”的水星、金星、地球和火星那样是岩石星球,也不像“第二区”的木星、土星、天王星和海王星那样是气态巨星,包裹在零下228摄氏度寒冰中的冥王星,与前两者都不相同,它是太阳系的“孤儿”,被甩在太阳系边缘,沉默地运行着。许多人认为,对冥王星的探索无法为人类研究地球提供借鉴价值。   1951年,美国天文学家杰拉德·柯伊伯推测,海王星和冥王星并不是太阳系的边缘,还存在一个由其他天体组成的盘。天文学界之后将这个区域命名为“柯伊伯带”。但直到斯特恩团队开始酝酿探索项目,“柯伊伯带”仍只停留在人们的想象中。
  转机出现在1992年。天文学家首次在柯伊伯带发现了一颗小行星,接着,越来越多的柯伊伯带小行星被发现,至2006年“新视野号”发射升空前,人类在柯伊伯带总共发现了超过1000颗小行星,并预测这一区域的小行星总量可能超过10万颗。
  柯伊伯带的发现修正了人类对太阳系形成的推测。根据电脑模拟,天文学家认为,柯伊伯带应在太阳系诞生之时便已存在,那时它距离太阳更近。海王星的出现,将柯伊伯带抛向了太阳系边缘,同时也将许多太阳系形成之初便存在的物质冰封了起来,它们共同构成了太阳系的“第三区”。而作为已知的柯伊伯带的最大行星,对冥王星的成功探索则意味着可能打开了一扇进入柯伊伯带的大门。
  “太阳系中的这一区域存在诸多谜团。”艾伦·斯特恩曾接受媒体采访中指出:“探索冥王星和柯伊伯带就像是在太阳系新大陆进行的考古发掘工作,可以窥探到太阳系行星形成的最初状态。”
  探索冥王星的科学意义,也随着“地下冥王星党”不间断的科学发现逐渐突显出来。
  在1985到1990年间,正是冥王星与其卫星卡戎交替从对方面前经过的时期,天文学上称为行星互掩现象。利用在这一过程中捕捉到的光影变化,马克·布伊和其他天文学家制作出了第一张冥王星地图。地图显示,在整个太阳系中,只有两个天体的地表对比度最大,冥王星就是其中之一。
  随后,马克·布伊又借助哈勃望远镜,第一次用直接成像法观测到了冥王星地表。“我们非常兴奋,因为我们看见了人类从没见过的天体,没人见过这颗行星的真面目。”布伊在新闻发布会上这样说道。
  2005年,艾伦·斯特恩和另一名团队成员哈尔·韦弗(Hal Weaver)利用哈勃望远镜再次仔细观察了冥王星和其卫星卡戎,在其周围又发现了两颗黯淡的卫星,2012年,其他科学家的发现使得冥王星的卫星数量增加到了5颗。
  探索冥王星的任务逐步被NASA提上议事日程。
  20世纪90年代末,NASA曾制定了一个名为“冥王星-柯伊伯快车”的探测计划,原计划2004年12月18日发射,主要探测冥王星、卡戎及其他柯伊伯带天体。然而,由于研制经费超支,NASA宣布取消该计划。
  消息一公布,众多天文学家强烈抗议,也包括“地下冥王星党”成员。他们四处游说,美国行星学会甚至发起了“拯救冥王星计划”。

从单挑,到联盟


  2000年12月20日,NASA宣布将重新论证冥王星计划,不过他们不打算采用原来的探测方案,而是全球公开征集新的探测方案。这也是NASA历史上首次向全球公开征集太空探测方案。
  NASA提出了两项苛刻的要求:一是必须在2015年前抵达冥王星,二是经费必须低于5亿美元。申请提交截止时间是2001年3月19日。这意味着,所有的前期设计工作只有不到3个月时间。
  中国科学院月球与深空探测重点实验室副研究员郑永春向《中国新闻周刊》解释说,这两项规定虽然苛刻,但有其合理性。“冥王星的轨道为椭圆形,绕日运行的周期长达248年。它最近一次抵达近日点是1989年,之后便越来越远,2015年,是最快抵达冥王星的最后时机,一旦错过,这种机会就只有百年之后才有了。”郑永春说,“另外,从NASA官员的角度考虑,为一个太空探测计划等15年,可能也是公众耐心的极限了。”
  “地下冥王星党”自然不能放过这个机会。一支以艾伦·斯特恩为首的西南研究院团队几乎从一开始就积极准备起来。他们的对手有4家科研机构,其中包括著名的喷气推进实验室(JPL),后者已经成功探索过除冥王星和地球以外的所有太阳系7大行星。
  为了既保证项目的科研价值,又不超出预算,团队只计划三项基本任务:分析冥王星和卡戎的地质和形态特征;绘制冥王星和卡戎的地表成分图;弄清冥王星的大气流失速度。此外,他们还计划探测冥王星的高能粒子环境、磁场、电离层、太阳风等方面的数据。
  设计中的探测器包含许多先进技术。以测距技术为例,传统的测距方法是由地面控制中心发射信号,探测器接收信号后再回传至控制中心。但这种方法受距离和环境噪音影响很大。斯特恩团队设计了新的信号接收装置,增配“降噪”功能,即使是远距离,回传的测距信号依然能保持清晰,这对超远距离太空探测意义重大。
  但第一轮设计成本核算下来,远远超过NASA所能承受的经费范围。
  如何缩减成本成了一块心病。缩减科研内容,改进探测器尺寸,最大限度优化各项设备的能力,团队甚至还考虑过,不使用美国运载火箭发射,而租用俄罗斯的运载火箭,但无论怎样努力,仍然无法满足需要。
  就在陷入困顿之际,同样对探索冥王星有浓厚兴趣的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(以下简称APL)找到了斯特恩,希望与他联手,共同争取NASA的资金支持。
  “新视野号”无线电设备首席设计师艾文·林斯科特(Ivan Linscott)是最早一批加入团队的科学家。他告诉《中国新闻周刊》:“当时斯特恩举棋不定,找每个团队成员谈话,征询我们的意见。大家都明白,APL在这个领域有非常先进的技术,只有联手,才可能既保证科研质量又降低成本。我们都表示同意。”
  然而,联盟意向刚一敲定,矛盾也随即产生。
  为了保证拥有足够快的飞行速度,探测器的整体重量不能超过453公斤,宽不得超过2米,为了争夺探测器上有限的空间,两支团队进行了长时间的争论。比如,双方一致同意探测器要进行太阳风的研究,但APL希望延伸他们研制的能量粒子谱仪的长度,以便为其增加相关功能,而西南研究院主张为探测器独立研制测量仪器。好在,在以项目中标、完成探索为主要目的的大背景下,双方最终达成了共识。   APL在太空探索领域的成熟技术,使得项目运行的最终成本被压缩为7亿美元,在NASA的承受范围内。当然,科研内容也有所缩水。林斯科特告诉《中国新闻周刊》:“最初设计的磁感应器被取消了,令人遗憾,但这总比项目取消好多了。”
  就在提交申请的最后时刻,探测器也有了自己的名字——新视野号。据林斯科特透露,这个名字是斯特恩在慢跑中想到的,他这样向大家解释其含义:踏入崭新的世界,领略别样的风景。

艰难起航


  然而,开启崭新世界的旅程远不是通途大道。
  就在NASA的项目申请截止期前一个多月,2001年2月6日,刚刚组建1个月的布什政府公布了新的财政预算案,宣布取消对NASA探索冥王星任务的支持,转而扶持探索木卫二任务。
  尽管处于项目研制的最后阶段,新视野团队成员还是抽出时间,与JPL共同游说国会,动员所有熟识的议员,大力宣传探索冥王星的意义。1周的努力之后,国会通告NASA:必须继续冥王星探索任务。
  2001年4月6日,NASA宣布新视野团队和JPL团队进入最终角逐,将于当年9月18日进行最后论证。又一个意外发生了——9·11恐怖袭击打乱了整个美国的工作节奏,决战日期延至10月19日。
  据事后分析,新视野号探测器并不比JPL探测器更优秀,但新视野号搭载的存储器容量高达48G,是JPL探测器的6倍,更适合长时间太空探索。另一个重要因素是,JPL历史上多次出现过成本超支问题,NASA不太信任JPL在成本控制上的“信誉”。
  2001年11月29日,NASA宣布:“新视野号”探测方案最终胜出。
  谁也没想到的是,仅仅3个月后,2002年1月,布什政府再次宣布取消冥王星探索计划。这一次,新视野团队决定走群众路线。他们建立了一个请愿网站,用英语、法语等8国语言,恳请全球民众“为地球发声”,最终收集到了1万余份来自世界各地的签名。美国国家科学院也不甘示弱,集体决定,将对柯伊伯带的探索列为最优先科研任务。
  经过近1年的反复拉扯,2003年2月,布什政府终于正式批准了对“新视野号”探测项目的支持。而此时,距离探测器发射升空的最佳时间,只有不到3年的时间了。
  为了使探测器能够获得最大飞行速度,发射“新视野号”将采用美国推力最大的巨神运载火箭,它将给予探测器16公里/秒的飞行速度。这是地球太空探测器的最快速度,只需9小时便可抵达月球轨道,而同样的距离阿波罗飞船当年用了3天。
  但为了在2015年抵达冥王星,这一速度仍然不够。从1970年代起,美国的太阳系探测计划还普遍采用向木星“借力”的方法,在穿过木星轨道时,利用木星清空轨道的巨大力量,被其“甩”出去,使探测器获得一个新的加速度。
  为了满足这两个条件,“新视野号”的发射时间需控制在2006年1月11日至27日之间,之后,向木星“借力”的效果将大幅减弱。若在1月29日发射,2016年6月12日才能抵达目的地;若晚于2月2日,便完全无法“借力”,“新视野号”要用12年才能完成漫长的飞行。
  2005年9月,“新视野号”已在美国航天发射中心整装待发,2006年1月11日至2月14日每天的发射时间表都已提前排好,意想不到的变故又发生了。
  在远离太阳的深空,探测器无法依靠太阳能供电,“新视野号”设计搭载一个小型的核反应堆,作为科研设备电源。可在距离发射3个月时,新视野团队突然得到通知,计划使用的核反应原料钚-238储量不足,无法满足项目需要。
  一轮接一轮紧急游说后,NASA最终同意将其他项目的钚-238储备挪用一部分出来,与此同时,APL通过与政府“过硬”的关系,大大缩短了钚-238的使用审批手续。
  发射时间终于确定为美国东部时间2006年1月17日13时24分。但“新视野号”的磨难还没有结束。一次是地面突刮强风,另一次是位于约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的控制中心突然停电,发射被两度推迟,直至1月19日14时,斯特恩和他的团队终于目送巨神火箭将“新视野号”送往外太空,向他挥手告别。
  “如果‘新视野号’是只猫,它可能已经死了。”斯特恩后来回忆时表示,“因为猫也只有九条命。”

9年星途


  然而,8个月后,一个始料未及的科学决定发生了。
  2006年8月24日,国际天文联合会(IAU)为行星重新做出定义,并将冥王星踢出“九大行星”之行,降格为“矮行星”。
  艾伦·斯特恩对此大为不满。2010年2月18日,他接受太空科学网站Earthsky采访时表示,他从小学到的就是太阳系有九大行星,科学家也陆续发现了上千颗和冥王星一样的星球,IAU应该将这些星球都囊括进行星队伍,而不是简单粗暴地减少行星数量。“这些星球有地心、有大气层、有四季变化、有极地冰冠、有卫星,除了质量大小之外,我看不出它们与IAU认可的行星有什么区别。”斯特恩说,“吉娃娃再小也是狗。”
  郑永春向《中国新闻周刊》解释,冥王星是唯一由美国人发现的行星,也是世界天文中心从欧洲转移到美国的标志,因此在美国人心中有特殊的意义。
  团队成员、行星地质学家保罗·申克(Paul Schenk)告诉《中国新闻周刊》,在设计制造飞行器时,充分考虑了远离地球、无法维修等细节,“新视野号”上的所有仪器设备都做了备份,但这种紧急状况只在升空后不久出现过一次。
  “那次是遥测信号丢失,地面控制中心警报响个不停。”申克说,“我们选择先等待系统自我修复,同时探究问题的根源寻找解决办法。”最终,探测器自己解决了问题。
  升空13个月后,“新视野号”顺利抵达木星轨道,并被木星加速“推”向冥王星。之后,为节省能源和运营成本,新视野号进入“休眠”状态,大部分设备自动关闭,只是每周定时向地球控制中心发送一个“平安”信息,并每年在固定时间“苏醒”50天,进行“年检”。
其他文献
“谁不会流泪,就来看看被炸后的德累斯顿。”  从布拉格出发,经过1个多小时的车程,就到达德国东部城市德累斯顿。  德雷斯顿是萨克森州首府,历史上曾长期是萨克森王国的首都,并在一段时期兼任过波兰首都的角色。1870 年,铁血宰相俾斯麦在完成德意志统一大业后,请来大批意大利建筑设计师和工匠,仿照佛罗伦萨和威尼斯的建筑风格,精心打造德累斯顿。易北河边绵沿十多公里,形成了以圣母大教堂、茨温格尔王宫、萨克森
国务院侨务办公室  副主任  3月9日,欧洲央行正式启动新一轮量化宽松计划。与此同时,希腊民粹主义政党上台,引起全球金融市场对欧元的担忧。同期我们看到美元一路高歌、不断走强。不少专家估计美元与欧元同值的时间就在年内。那么,欧美政策叠加对世界经济和金融形势有何影响?  欧洲经济前景并不乐观  2014 年以来,欧央行两次下调基准利率,已进入负利率时代。当前欧洲复苏依然疲软,欧元区通缩风险上升,欧洲央
当地时间7月9日傍晚,金砖国家同欧亚经济联盟、上海合作组织(以下简称“上合组织”)成员国、观察员国及受邀国领导人共同拍摄“全家福”。  在东道主俄罗斯总统普京的示意下,中国国家主席习近平、巴西总统罗塞夫、印度总理莫迪、南非总统祖马等14国领导人共同朝着镜头挥手微笑。  7月8日至10日,金砖国家领导人第七次会晤和上合组织成员国元首理事会第十五次会议在俄罗斯巴什科尔托斯坦共和国的首府乌法举行。地处欧
因龙兴寺造像,青州博物馆成为国家一级博物馆中唯一的县级馆。这些曾湮没千年、来自时光深处的造像,以其特有的“青州微笑”,感染着每一个有缘谋面的人  站在山东青州博物馆北楼二层的佛教石刻展厅中,我对着东魏贴金彩绘石质菩萨立像凝视许久。  她有着1.64米的标准身高,体态秀颀,面庞圆朗,鼻梁高挺,眉目清秀。她头戴宝冠,身着盛装,双肩垂下的披帛上雕刻了极为精细的璎珞,“百褶裙”的裙摆如丝绸一样轻盈。她的双
6月7日,德国Kruen,G7峰会即将召开,与会领导人在Elmau城堡前合影。图/CFP  “开除”俄罗斯之后,富国俱乐部仍要照常活动。今年的G7峰会在德国巴伐利亚州的埃尔毛宫举行。这里以前是王宫,现在是一座五星级酒店,在晴朗的天气下,参会的大国领袖能饱览壮观的阿尔卑斯山全景。也许是酒店太高大上了,这次峰会从一开始就被德国电视一台形容为“可耻而昂贵”的。  根据早先公布的议程,此次G7峰会将聚焦西
7月1日,沪汉蓉高铁正式开通。  媒体在报道这条途经上海、南京、合肥、武汉、重庆、成都等多个大城市的高铁线路时,提到最多的不是东端的大都会上海,也不是西端的重镇重庆和成都,而是中间的武汉。武汉,被认为是这条高铁贯通后最大的赢家。  随着沪汉蓉高铁的通车,以武汉为中心形成了“十字架”形的高铁网络。现在,从武汉出发,1小时可到达湖北各主要城市,2小时可到达郑州、合肥、长沙等中部城市,4-7小时可到达北
7月22日,《糖尿病护理》杂志在线发表一项研究表明,2002?2011年,与非糖尿病人群相比,糖尿病患者的健康消费显著增加两倍多,主要是住院和药品方面的支出。糖尿病患者未校正的直接医疗消费为218.6亿美元/年,校正后增长的医疗消费约为46亿美元/年。
他是太平洋的掌门人,他丝毫不避讳自己包工头的出身。就像在他包揽的“推平兰州700座山头”的工地上一样,严介和本人就像一辆推土机:简单,强硬,毫不留情,横冲直撞,不停地发声,不懂得绕道……  不过他充分享受着外界对他的评价,不管好的还是坏的。他喜欢说:“我们可以一丝不挂地谈,在阳光下谈,什么问题都可以谈,不管你喜不喜欢我。”  事实证明,他所谈的,总是远比人们问的要多得多。  “创新就是违规,创造就
现在的凤凰,哪还有沈从文小说的影子喽,沱江边吊脚楼的卡拉ok唱个通宵,如果翠翠魂兮归来,一定会被“鬼哭狼嚎”吓得不敢认家门  资深媒体人,著有《快刀文章可下酒》  房子对于人的意义,是不言而喻的。历史学家认为,远古采集狩猎生活居无定所,很难储存食物,直到人类学会建房子,过上农耕定居生活,才开始有食物结余,私有财产出现进而刺激了文明大发展。而文化学者说得更玄乎——子宫,古代叫胞宫,即“孕育孩子的房子
2014年最后一天辞旧迎新之际,在上海外滩发生的群体性踩踏悲剧令举世震惊。上海的城市管理,尤其是应急体系在中国大陆地区算得上最好的,为何还发生如此悲剧?  关于这场踩踏事件的原因和责任尽管众说纷纭,但通过调查,可得出初步的结论:上海有相对较为完善的应急管理体系,也有相对较为完善的应急管理执行体系,但却缺乏科学决策程序,同时长官意志较强,导致了对非官方活动的失控。  众所周知,上海曾成功举办了201