飛往冥王星

李騰

2015年7月14日20點52分，美國馬里蘭州勞雷爾市的約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的控制中心擠滿了人。這間不算大的辦公室，擺滿了顯示屏，人們或站或坐，都緊張地盯著眼前的儀表顯示屏。

經(jīng)過9年的等待，這是“新視野號”科研團隊最期待的時刻。為確保探測器集中精力工作，控制中心已經(jīng)有21個小時沒有與它聯(lián)系。此時，“新視野號”與地球相距50億公里，即便是光，也要4個半小時才能穿過其間的茫茫星空。探測器是否仍在正常運轉，科研團隊對此一無所知。

“已成功鎖定探測器?！表椖窟\營主管愛麗絲·鮑曼通過麥克風宣布。她桌上有只小熊吉祥物，這只小熊，是“新視野號”在這間辦公室里的替代物。

辦公室里只聽得到沉重的呼吸聲，攝像師在各個座位間穿梭，力圖記錄下每位工作人員嚴峻的表情。煎熬并沒有持續(xù)多久，1分鐘后，鮑曼宣布：“已成功鎖定遙測數(shù)據(jù)?！?/p>

“嘩——”控制中心全體人員鼓起掌來。在確認無線電頻率、導航、推力、電源、溫度等參數(shù)均正常后，鮑曼緩緩站起身來，鄭重地對麥克風另一端的項目首席科學家艾倫·斯特恩宣布：“數(shù)據(jù)接收成功，探測器運轉良好?！?/p>

話音剛落，斯特恩高舉雙臂，從門外沖了進來，他的臉因興奮而漲紅了，他一把抓起小熊手中的美國國旗，向眾人揮舞著，與每個人熱烈地握手、擁抱。

從2006年1月19日“新視野號”順利升空至今，時間已過去了9年;從2001年11月29日“新視野號”正式立項至今，已近15年。對于“新視野號”團隊的很多成員來說，這個拼盡全力，在黑暗無盡的星空中一刻不停地飛奔9年，只為與冥王星“對視”一眼的項目，幾乎耗去了他們所有的科學生命。

X行星

一切要追溯到1989年5月5日。

在科羅拉多大學波爾得分校攻讀博士學位的艾倫·斯特恩，遇見了美國國家航空航天局（以下簡稱NASA）行星探索部主管杰夫·布里格斯。艾倫問道：“為什么不建立一個探索冥王星的任務？”布里格斯回答：“因為從來沒有人跟我提過這個。這主意聽上去很棒，要不我們試試？”

盡管那時人類發(fā)現(xiàn)冥王星已近70年，但科學家們還普遍沒有探索冥王星的興趣。

1930年，一個名叫克萊德·湯博的24歲的小伙子，依靠新型天文觀測儀器和遠超常人的細心，通過比對不同天區(qū)的照片底片，發(fā)現(xiàn)了一顆距日極遠、光芒暗淡的行星。

這個發(fā)現(xiàn)十分鼓舞人心。人類上第一次確定太陽系的最遠行星——海王星的時間，是1846年。在這84年間，通過計算天王星和海王星的軌道，許多天文學家推測在海王星之外，還有一顆行星，美國天文學家帕西瓦爾·羅威爾甚至已為之命名：X行星。遺憾的是，這顆行星始終沒有被觀測到。

根據(jù)一個英國11歲小女孩的建議，這顆行星被正式命名為“冥王星（Pluto）”。“Pluto”是羅馬神話中的冥神，傳說他可以使自己隱身，讓人難以發(fā)現(xiàn)。

冥王星自此取代了海王星，成為人類認為的太陽系的遠端，然而，人類對它的好奇心，也因此而停滯了。

事實上，就在艾倫與杰夫相遇的那一天，美國“旅行者2號”探測器正在執(zhí)行其探索外太陽系的任務。1989年8月25日，“旅行者2號”探測器飛越海王星，拍下并傳回了第一組清晰的海衛(wèi)一的照片。但是，由于當時主管項目的科學家們對冥王星不感興趣，本可以“順便”拜訪一下冥王星的“旅行者2號”沒有調轉航向，直接奔出了太陽系。

艾倫很難描述他為什么對冥王星有這樣大的興趣?！拔覐男【蛯@些感興趣?！痹贜ASA于2015年發(fā)布的紀錄片《冥王星之年》中，他回憶說，“之后便一直沉浸于此。”

幸運的是，他并不是唯一一個對冥王星感興趣的人。當行星科學發(fā)展到20世紀90年代，太空探索技術已允許人類去造訪更遙遠的宇宙空間，一批對未知宇宙充滿無限好奇的年輕人聚集起來，討論哪里將是太空探索的新邊界。

在“旅行者2號”項目結束后，答案呼之欲出——冥王星。

“冥王星就在那里，這就是驅使我的最大動力?！眻F隊的元老級成員馬克·布伊在《冥王星之年》中回憶道，“因為我們對它知道得實在是太少了?！?/p>

艾倫·斯特恩、馬克·布伊等年輕人開始自發(fā)地團結起來，為實現(xiàn)探索冥王星的任務做準備。這個小小的年輕科學團體后來被人們戲稱為“地下冥王星黨”。也正是以這個小組為核心，孕育出了十多年后的“新視野號”項目。

這就像對太陽系的考古發(fā)掘

為獲得NASA的認可，從1989年開始，“地下冥王星黨”將心血耗費在了兩件事情上：意義和成本。

自1930年被發(fā)現(xiàn)以來，冥王星在“九大行星”中一直是一個特殊的存在。它既不像“第一區(qū)”的水星、金星、地球和火星那樣是巖石星球，也不像“第二區(qū)”的木星、土星、天王星和海王星那樣是氣態(tài)巨星，包裹在零下228℃寒冰中的冥王星，與前兩者都不相同，它是太陽系的“孤兒”，在太陽系邊緣，沉默地運行著。許多人認為，對冥王星的探索無法為人類研究地球提供借鑒。

1951年，美國天文學家杰拉德·柯伊伯推測，海王星和冥王星并不是太陽系的邊緣，而是還存在一個由其他天體組成的盤。天文學界之后將這個區(qū)域命名為“柯伊伯帶”。但直到斯特恩團隊開始醞釀探索項目，“柯伊伯帶”仍然只停留在人們的想象中。

轉機出現(xiàn)在1992年。天文學家首次在柯伊伯帶發(fā)現(xiàn)了一顆小行星，接著，越來越多的柯伊伯帶小行星被發(fā)現(xiàn)，至2006年“新視野號”發(fā)射升空前，人類在柯伊伯帶總共發(fā)現(xiàn)了超過1000顆小行星，并預測這一區(qū)域的小行星總量可能超過10萬顆。

柯伊伯帶的發(fā)現(xiàn)修正了人類對太陽系形成的推測。根據(jù)電腦模擬，天文學家認為，柯伊伯帶應在太陽系誕生之時便已存在，那時它距離太陽更近。海王星的出現(xiàn)，將柯伊伯帶拋向了太陽系邊緣，同時也將許多太陽系形成之初便存在的物質冰封了起來，它們共同構成了太陽系的“第三區(qū)”。而冥王星作為已知的柯伊伯帶的最大行星，對它的成功探索則意味著可能打開了一扇進入柯伊伯帶的大門。

艾倫·斯特恩曾在接受媒體采訪時指出：“探索冥王星和柯伊伯帶就像是在太陽系的新大陸進行考古發(fā)掘工作，可以窺探到太陽系行星形成的最初狀態(tài)?！?/p>

探索冥王星的科學意義，也隨著“地下冥王星黨”不間斷的科學發(fā)現(xiàn)而逐漸突顯出來。

1985年到1990年間，正是冥王星與其衛(wèi)星卡戎交替從對方面前經(jīng)過的時期，天文學上稱為“行星互掩現(xiàn)象”。利用在這一過程中捕捉到的光影變化，馬克·布伊和其他天文學家制作出了第一張冥王星地圖。地圖顯示，在整個太陽系中，只有兩個天體的地表對比度最大，冥王星就是其中之一。

隨后，馬克·布伊又借助哈勃空間望遠鏡，第一次用直接成像法觀測到了冥王星的地表。

2005年，艾倫·斯特恩和另一名團隊成員哈爾·韋弗利用哈勃空間望遠鏡再次仔細觀察了冥王星和其衛(wèi)星卡戎，在其周圍又發(fā)現(xiàn)了兩顆暗淡的衛(wèi)星。到2012年，其他科學家的發(fā)現(xiàn)使得冥王星的衛(wèi)星數(shù)量增加到了5顆。

探索冥王星的任務被NASA逐步提上議事日程。

20世紀90年代末，NASA曾制訂了一個名為“冥王星-柯伊伯快車”的探測計劃，原計劃2004年12月18日發(fā)射探測器，主要探測冥王星、卡戎及其他柯伊伯帶天體。然而，由于研制經(jīng)費超支，NASA宣布取消該計劃。

消息一公布，激起眾多天文學家強烈抗議，也包括“地下冥王星黨”成員。他們四處游說，美國行星學會甚至發(fā)起了“拯救冥王星計劃”。

從單挑，到聯(lián)盟

2000年12月20日，NASA宣布將重新論證“冥王星計劃”，不過他們不打算采用原來的探測方案，而是在全球公開征集新的探測方案。

NASA提出了兩項苛刻的要求：一是必須在2015年前抵達冥王星，二是經(jīng)費必須低于5億美元。申請?zhí)峤唤刂箷r間是2001年3月19日。這意味著，所有的前期設計工作只有不到3個月時間。

“地下冥王星黨”自然不能放過這個機會。一支以艾倫·斯特恩為首的西南研究院團隊幾乎從一開始就積極準備起來。他們的對手有4家科研機構，其中包括著名的噴氣推進實驗室（JPL），后者已經(jīng)成功探索過除冥王星和地球以外的所有太陽系七大行星。

為了既保證項目的科研價值，又不超出預算，團隊只計劃了三項基本任務：分析冥王星和卡戎的地質和形態(tài)特征;繪制冥王星和卡戎的地表成分圖;弄清冥王星的大氣流失速度。此外，他們還計劃探測冥王星的高能粒子環(huán)境、磁場、電離層、太陽風等方面的數(shù)據(jù)。

但第一輪設計成本核算下來，遠遠超過NASA所能承受的經(jīng)費范圍。

如何縮減成本成了團隊的一塊心病。

就在團隊陷入困境之際，同樣對探索冥王星有濃厚興趣的約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室（以下簡稱APL）找到了斯特恩，希望與他聯(lián)手，共同爭取NASA的資金支持。

APL在太空探索領域的成熟技術，使得項目運行的最終成本被壓縮為7億美元，在NASA的承受范圍之內。當然，科研內容也有所縮水。林斯科特說：“最初設計的磁感應器被取消了，令人遺憾，但這總比項目被取消好多了?！?/p>

就在提交申請的最后時刻，探測器也有了自己的名字——“新視野號”。據(jù)林斯科特透露，這個名字是斯特恩在慢跑中想到的，他這樣向大家解釋其含義：踏入嶄新的世界，領略別樣的風景。

艱難起航

然而，開啟嶄新世界的旅程遠不是通途大道。

就在NASA的項目申請截止期前一個多月，2001年2月6日，剛剛組建一個月的布什政府公布了新的財政預算案，宣布取消對NASA探索冥王星任務的支持，轉而扶持探索木衛(wèi)二的任務。

盡管已處于項目研制的最后階段，新視野團隊成員還是抽出時間，與JPL共同游說國會，動員所有熟識的議員，大力宣傳探索冥王星的意義。一周的努力之后，國會通告NASA：必須繼續(xù)冥王星探索任務。

2001年4月6日，NASA宣布新視野團隊和JPL團隊進入最終角逐，將于當年9月18日進行最后的論證。2001年11月29日，NASA宣布：“新視野號”探測方案最終勝出。

誰也沒想到的是，僅僅在2個月后，2002年1月，布什政府再次宣布取消冥王星探索計劃。這一次，新視野團隊決定走群眾路線。他們建立了一個請愿網(wǎng)站，用英語、法語等8國語言，懇請全球民眾“為地球發(fā)聲”，最終收集到了1萬余份來自世界各地的簽名。美國國家科學院也不甘示弱，集體決定，將對柯伊伯帶的探索列為最優(yōu)先的科研任務。

經(jīng)過1年多的反復拉扯，2003年2月，布什政府終于正式批準了對“新視野號”探測項目的支持。而此時，距離探測器發(fā)射升空的最佳時間，已經(jīng)不到3年了。

為了使探測器能夠獲得最大飛行速度，發(fā)射“新視野號”將采用美國推力最大的“巨神”運載火箭，它將給予探測器16千米/秒的飛行速度。這是地球太空探測器的最快速度，只需9小時便可抵達月球軌道，而同樣的距離，“阿波羅號”飛船當年用了3天時間。

但為了在2015年抵達冥王星，這一速度仍然不夠。從20世紀70年代起，美國的太陽系探測計劃還普遍采用向木星“借力”的方法，即在穿過木星軌道時，利用木星清空軌道的巨大力量，被其“甩”出去，使探測器獲得一個新的加速度。

為了滿足這兩個條件，“新視野號”的發(fā)射時間需控制在2006年1月11日至27日之間，若在此之后，向木星“借力”的效果將大幅減弱。若在1月29日發(fā)射，2016年6月12日才能抵達目的地;若發(fā)射時間晚于2月2日，便完全無法“借力”，“新視野號”就要用12年才能完成漫長的飛行。

2005年9月，“新視野號”已在美國航天發(fā)射中心整裝待發(fā)，2006年1月11日至2月14日每天的發(fā)射時間表都已提前排好，然而意想不到的變故又發(fā)生了。

在遠離太陽的深空，探測器無法依靠太陽能供電，“新視野號”設計搭載了一個小型的核反應堆，作為科研設備電源。

發(fā)射時間終于確定在美國東部時間2006年1月17日13時24分。但“新視野號”的磨難還沒有結束。一次是地面突刮強風，另一次是位于約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室控制中心突然停電，發(fā)射被兩度推遲。直至1月19日14時，斯特恩和他的團隊終于目送“巨神”火箭將“新視野號”送往外太空，向它揮手告別。

“如果‘新視野號是一只貓，它可能已經(jīng)死了。”斯特恩后來回憶時表示，“因為貓也只有9條命。”

9年星途

然而，7個月后，一個始料未及的科學決定發(fā)生了。

2006年8月24日，國際天文聯(lián)合會（IAU）為行星重新做出定義，并將冥王星踢出“九大行星”之列，降格為“矮行星”。

艾倫·斯特恩對此大為不滿。2010年2月18日，他接受太空科學網(wǎng)站Earth&Sky采訪時表示，他從小學到的就是太陽系有九大行星，科學家也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了上千顆和冥王星一樣的星球，IAU應該將這些星球都囊括進行星隊伍，而不是簡單粗暴地減少行星數(shù)量?！斑@些星球有地心、有大氣層、有四季變化、有極地冰冠、有衛(wèi)星，除了質量大小之外，我看不出它們與IAU認可的行星有什么區(qū)別?！彼固囟髡f，“吉娃娃再小也是狗。”

升空13個月后，“新視野號”順利抵達木星軌道，并被木星加速“推”向冥王星。之后，為節(jié)省能源和運營成本，“新視野號”進入“休眠”狀態(tài)，大部分設備自動關閉，只是每周會定時向地球控制中心發(fā)送一個“平安”信息，并在每年固定的時間“蘇醒”50天，進行“年檢”。

在只能間斷接收到信號的9年間，“新視野號”以一種特殊的方式存在于控制中心——一只棕黑色的泰迪熊玩偶。探測器沉睡時，團隊便給它戴上睡帽，蓋上被子，讓它睡覺;探測器蘇醒時，它便頭頂彩色聚會尖帽，端坐在項目運營主管鮑曼的辦公桌上。

2013年7月5日，飛離地球7年半后，“新視野號”被喚醒，開始了為期9天的任務預演。“我們開啟了所有的科研設備，把將對冥王星進行的任務全部排練了一遍?！鄙昕苏f，“這是我們最后一次更正錯誤的機會。好在預演進展順利，沒有發(fā)現(xiàn)任何潛在的問題?！?/p>

2014年12月6日，“新視野號”正式結束“休眠”，并于2015年1月15日進入工作狀態(tài)。此時，它已經(jīng)距離地球48億公里。

2015年7月14日，經(jīng)過9年的漫長等待，“新視野號”終于向地球傳回了第一張高清晰度的冥王星照片。人們不僅第一次直接看到了這顆“能夠自我隱身的冥神”的真面目，而且驚訝地發(fā)現(xiàn)，這顆遙遠而神秘的星球上，竟然有一塊明顯的心形地貌——它很快被命名為“湯博區(qū)域”，以向發(fā)現(xiàn)冥王星的克萊德·湯博致敬。

最讓行星地質學家申克震驚的是冥王星活躍的地質活動。陸續(xù)傳回的圖像顯示，冥王星遠比人們想象的更加復雜。它的直徑比人們預估的要大，而且地表有山峰、冰原等復雜的地貌。

在為成功抵達冥王星歡呼過后，新視野團隊很快進入到煩瑣的分析、整理數(shù)據(jù)的工作中。

2015年7月16日，美國東部時間晚上7點，團隊中的科學家詹姆斯·格林在推特上回答網(wǎng)友提問。2個小時內，共收到了276個問題。

網(wǎng)友最關心的是“新視野號”的未來規(guī)劃。格林透露，以目前的資金，“新視野號”可以完成探測冥王星及其衛(wèi)星卡戎的任務，并可以再探索一顆柯伊伯帶小行星，然后只能取決于后續(xù)資金的情況。

但申克透露說，團隊已經(jīng)決定，將盡一切努力盡可能多地探測柯伊伯帶天體，他們還為此發(fā)起了“向‘新視野號捐款”的網(wǎng)絡活動。

“對我們來說，這是今生唯一的機會?！鄙昕苏f。

才華、耐心與意志，終于成就了人類與冥王星的這次百年相遇，但在林斯科特看來，他更愿意將之歸因于夢想的強大力量?！拔覀兙奂谶@里，就是因為我們共同懷揣著對冥王星的夢想?！彼f。