得罪整个天文学界又何妨,他为了见冥王星一眼,早已赌上26年职业生涯

作者: 中科院物理所

来源: SME

发布日期: 2017-12-19 11:00:57

天体学家艾伦·斯特恩为了冥王星的探索,不惜得罪整个天文学界,历经26年的职业生涯,推动了“新视野号”探测器的发射,最终成功掠过冥王星,带回珍贵资料。他的执着和热情,使得冥王星的探索成为可能,并揭示了这颗行星的神秘面纱。

如果成立一个太阳系偶像团体,那么九大行星中,冥王星必然是人气最高的一位。虽然2006年,冥王星已被驱逐出了九大行星家族,惨遭“降级”为矮行星。但它的人气却丝毫未减,反而急速飙升。现在离冥王星被踢出“家门”已有11年。但由无数科学家组成的“冥王星护卫队”,仍不放弃为其正名。这其中,最执着的莫过于天体学家艾伦·斯特恩(Alan Stern),没有之一。现在谈起冥王星被“降级”的事,他依然感到无比愤怒。

他将这个决定形容为“愚蠢的”,“这不仅在科学上是错误的,在教育意义上也是错误的”。这些毫不留情面的谴责,可得罪了不少同事与同行。不过,作为一名忠诚的冥王星捍卫者,他仿佛没顾虑那么多。有人说斯特恩太过偏激,但如果了解他为冥王星倾注的一生心血——“新视野号”,便能理解他的执着了。“新视野号”是史上第一个冥王星探测器,以周期长、部门小、经费少且难度系数极高著称。

此外,这次行动可谓一波三折,多次惨被拦腰截断。还是斯特恩带着团队又是游说、又是募捐、又是签名请愿,反正各种花样都使尽,才得以使计划在艰难中开展。排除万难,经过26年的探索与坚持,新视野号才成功掠过冥王星,带回珍贵的资料。这无疑是最艰难却又最热血沸腾的“追星”计划了。

“Pluto”与迪士尼的布鲁托纯属巧合。“Pluto”是罗马神话中的冥神,传说中他可以隐身,使自己难以被发现。

在现实中,冥王星“Pluto”也是这样一个存在。到1930年,克莱德·汤博才靠超越常人的细心,发现了这颗距日极远、光芒暗淡的行星。这距离人类上一次确定太阳系的最远行星——海王星(1846年发现),已有近百年历史了。虽然,冥王星自此取代了海王星,但因位居太阳系边缘,人类对他的好奇仿佛也就此停滞了。它就像九大行星中的“孤儿”,在寒冷、空旷且漆黑的太阳系边缘孤独地运行着。

就连当年的旅行者2号跟冥王星擦肩而过,都懒得回头看它一眼。1989年,旅行者2号在拍了一组海卫一的清晰照片后,本可“顺便”拜访一下冥王星。但由于项目科学家对冥王星完全不感冒,便命令旅行者2号直接朝太阳系奔去了。

然而在冥冥之中,这颗看上去总被忽视的行星,却有着不一般的好运气。1989年,冥王星抵达了近日点,它仿佛就在召唤着人类前往探索。

因为只要在冥王星远离太阳的过程中,利用木星的重力,就能让航天器少花费几年的航行时间。如果错过了这次机会,则需要等下一个两百年(冥王星绕太阳一圈要花费248个地球年)。除此之外,还如有神助般在1992年,天文学家首次在柯伊伯带(Kuiper Belt)发现一颗小行星。早在1951年,美国天文学家杰拉德·柯伊伯就推测,在太阳系的边缘还存在着一个由天体组成的区域。

只是这个区域(柯伊伯带)离地球太远,受到的太阳辐射十分有限,所以这些沉浸在黑暗中的小天体实在很难被观测到。

柯伊伯带像一个巨大的甜甜圈。只是随着科技的发展,在第一颗小行星被发现后,柯伊伯带的其他小行星就如雨后春笋般纷纷冒头。天文学家预计,这一区域的小行星总量可能超过10万颗。如果说,一颗冥王星无法激起科学家们的探索兴致。但探测冥王星外,再附带一下附近神秘的柯伊伯带,效果就完全不一样了。

所以天文学家便开始疾呼,迫不及待地想启动冥王星计划了。当时在攻读博士学位的艾伦·斯特恩就是位行动派,对探索冥王星最为兴致勃勃。虽然没有官方组织在背后支撑,但斯特恩还是与一群年轻人自发组成了一个“冥王星地下党”。当时,这群追星党就常聚在一起探讨冥王星计划。在星体互掩时绘制的第一张冥王星地图,和靠哈勃望远镜第一次观测到冥王星地表,都有他们的功劳。

在20世纪90年代末,NASA探索冥王星的计划“冥王星-柯伊伯快车”就被提上了议程,计划在2004年发射。然而没过多久,NASA就宣布计划取消,原因竟是研制经费超支了。这消息一出,“地下冥王星党”则变身为“冥王星护卫队”,与众多天文学家表示强烈抗议并开始四处游说。当时,美国行星学会甚至还发起了一个“拯救冥王星计划”,最终才使NASA被说服。

但为了缩减经费,NASA只能举行一次方案征集竞赛,要求花费不超过5亿美元,且2015年前飞抵冥王星。这个消息让斯特恩精神为之一振,作为“地下冥王星党”一员,他可不会放过这千载难逢的机会。马不停蹄地,斯特恩就带领着所在的西南研究院团队,开始了申请与筹备工作。只是NASA开出的条件,对斯特恩领导的团队实在苛刻。

设计方案是一再改进简化,甚至连租用最便宜的俄罗斯运载火箭都考虑在内,仍远超出NASA给出的经费范围。

当时,他的对手就是4家著名的科研机构。其中喷飞推进实验室(JPL)可谓最大的劲敌,曾成功探索过除冥王星外的太阳系七大行星,深受官方信任。就在斯特恩陷入困境之际,约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)就找到了斯特恩。

此团队本也是斯特恩的竞争对手,但却同样陷入困顿,现希望与他联手,结盟打败JPL拿下冥王星计划。两个团队的合并必然迸发出了前所未有的花火,最终成本被压缩到可以接受的7亿美元。作为项目的领导人,斯特恩也给他们的探测器取了一个充满寓意的名字——新视野号(New Horizons)。然而,就在斯特恩团队胜利在握时,NASA却也无能为力了。

因为当时布什推出了新的财政预算案,宣布取消冥王星计划,转向扶持木卫二任务。当时,为了探索神秘的冥王星,无论是JPL还是新视野团队,都暂时不计前嫌地共同游说熟识的议员。这才使国会最后通知NASA,必须继续冥王星探索计划。

经过一番角逐,NASA终于在2001年11月29日宣布:新视野团队打败劲敌JPL团队。新视野团队这个花钱最少、仪器最精简的方案成功拔得冥王星计划头筹。

然而,胜出却仅意味着挑战刚刚开始。因为谁也想不到,仅过了3个月,布什政府就再次出尔反尔地取消了冥王星探索计划。但这能难倒斯特恩吗?虽然他“反对把冥王星计划和推销相提并论”,但他确实从小就是位推销高手,极其善于表达。这一次,斯特恩为了冥王星决定走群众路线,向世人“推销”这次计划。他们建立了一个请愿网站,用8种国际流行语言,恳求全球人民“为地球发声”,“为冥王星发声”。

在斯特恩的游说下,该网站最终收集了1万多个签名。连美国国家科学院都特地出手,将探索冥王星及其所在柯伊伯带列为最优先探索任务之一。

经过一年多的拉扯,政府才在2003年2月正式敲定新视野号的探索项目。此时,距离探测器发射升空的最佳时间,只剩不到3年时间了。比起旅行者号的12年,新视野号的这点时间根本不够用。看着斯特恩拼尽了全力拿下的项目,很多人还反而还嘲笑道:“这不可能完成”。

注:“新视野号”的发射时间需控制在2006年1月11到27日。因为从上个世纪70年代起,美国太阳系的探索计划就普遍采用木星“借力”的方法。在穿越木星轨道时,利用木星清空轨道的巨大力量,让探测器等被其“甩”出去获得新的加速度。在27日以后,“借力效果”将大幅减弱。如1月29日发射,就要比计划晚近一年到达目的地;如晚于2月2日,则完全无法“借力”木星,要足足12年才能抵达冥王星。

话没说完,2004年底钚-238的储量不足,就差点使整个计划流产。因为要远离太阳,探测器无法依靠太阳能供电,需搭建一个小型核反应堆。还是在斯特恩一轮又一轮的紧急游说下,才从其他项目中非正式挪用到了钚-238。除此之外,多灾多难的新视野号就算是到了万众瞩目的最后发射,也没少发生状况。第一次是地面突刮强风,第二次是控制中心断电,使发射两度推迟。

直到第三次发射,斯特恩和无数冥王星粉丝才顺利与新视野号挥手告别。后来斯特恩回忆时都感叹道:“如果新视野号是只猫,那它可能已经死了——因为就算是猫也只有9条命而已”。

飞行了整整9年,“新视野号”一步步地靠近冥王星。2015年7月13日,探测器终于发回了那张让全世界为之沸腾的经典照片。原来一向被认为寒冷、孤僻的冥王星,其实是一个“手捧爱心”的萌物。不过,考虑到成本问题,“新视野号”对冥王星匆匆一望后便继续向更深的柯伊伯带前进。预计在2019年1月,新视野号将飞掠2014 MU69(比冥王星还要暗淡十万倍),创造人类探测器拜访过最远距离天体的新纪录。

从1990年到2015年,斯特恩将生命中最黄金的25年,都献给了冥王星。为了冥王星,他几乎付出了职业生涯的全部。不过新视野号这一路过来的曲折和磨难,在斯特恩眼里都不算什么。因为最让他恼火和史料未及的,还在后面。新视野号刚飞离地球不久,2006年8月24日国际天文联合会(IAU)就通过投票方式,将冥王星踢出“九大行星”。它从此变成了编号为134340的“矮行星”,地位一落千丈。

而且根据IAU的定义,“矮行星”并不能算是行星。当时斯特恩就将这个决定形容为“极度愚蠢的”、“错误的”、“可笑的”和“胡说八道的”。他反问道:“如果矮行星不能算行星,那么吉娃娃就不算是狗了?”更讽刺的,还是斯特恩早在上个世纪90年代就使用了“矮行星”这一词。他完全想不到,这竟成了“敌人”打压冥王星的论据。从2006年底起,斯特恩就为冥王星的地位四处奔走,可谓操碎了心。

他曾多次组织科学家们上诉和提案,要求IAU修改行星的定义,最近一次还是在今年的2月份。而且这些年来,他对冥王星一心一意和死磕到底追求,已经得罪了不少同行。说艾伦·斯特恩是地球上最爱冥王星的人,是丝毫不夸张的。他这一生对冥王星的痴狂,也使身边的人都称呼他为冥王星先生(Mr.Pluto)。是他的不放弃,才让我们领略到这更广阔而又具有人情味的美丽。

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