冥王星致敬行星科學(xué)家

蔡立英/編譯

冥王星致敬行星科學(xué)家

蔡立英/編譯

斯塔馬迪奧斯·克里米基斯與“旅行者1號”和“旅行者2號”搭載的帶電粒子探測器

在希臘希俄斯島附近的海灘長大的斯塔馬迪奧斯·“湯姆”·克里米基斯（Stamatios“Tom”Krimigis）小時候會在夜空中尋找漫游的行星?！澳菚r候，我是如何預(yù)料到我將成為人類探索那些天體的代表之一呢？”克里米基斯問，他是位于馬里蘭州勞雷爾市的約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）航天部的前負(fù)責(zé)人。7月14日，當(dāng)“新視野”號探測器飛掠冥王星時，從科研儀器層面來說，他將成為唯一一個探訪過所有這些太陽系行星的人，“那是組成夢想的東西。”

飛掠冥王星將致敬歷時半個世紀(jì)的卓越非凡的行星探測事業(yè)，距離“水手4號”飛掠火星傳回來自另一顆行星的第一張照片的那天已過去50年?？死锩谆棺鳛樾行谴艑宇I(lǐng)域的專家，參與了這兩項探測任務(wù)，并且還參與了對太陽系的所有其他行星的探訪?！鞍盐諘r機的確很關(guān)鍵，”“旅行者號”的項目科學(xué)家埃德·斯通（Ed Stone）說，對外行星的偉大探索占據(jù)了克里米基斯的一半生涯?！八黠@一次又一次地向美國宇航局提出了正確的建議?！?/p>

1938年出生于希臘的克里米基斯在18歲時來到了美國，進(jìn)入明尼蘇達(dá)大學(xué)學(xué)習(xí)。1957年蘇聯(lián)人造地球衛(wèi)星斯普特尼克的發(fā)射，激勵了他和他那個時代的很多人去學(xué)習(xí)物理和空間科學(xué)。大學(xué)畢業(yè)后，他到愛荷華大學(xué)為詹姆斯·范艾倫（James Van Allen）工作，范艾倫是美國第一顆人造衛(wèi)星“探險者1號”的首席研究員?！疤诫U者1號”第一次探測到被地球磁場約束的質(zhì)子和電子帶的蹤跡，被命名為“范艾倫輻射帶”?？死锩谆够貞?，1963年，范艾倫問了他一個將塑造他的職業(yè)生涯的問題：“他說，‘你想成為首次火星探測任務(wù)的聯(lián)合研究員嗎？’”

科學(xué)家們好奇其他行星周圍是否存在像地球周圍那樣的輻射帶。范艾倫是“水手4號”的受限輻射偵測器的首席研究員，該粒子探測器用來回答火星上的這個問題。這種粒子探測器實質(zhì)上是蓋革計數(shù)器，可以檢測電離輻射的微小震動，但是不能區(qū)分X-射線，質(zhì)子和電子。克里米基斯的工作是增加了一個固態(tài)探測器，通過測量入射粒子的能量來區(qū)分出是什么粒子?！拔易罱K在發(fā)射‘水手4號’之前一個月，搞定了這個儀器。”他說。

當(dāng)“水手4號”于1965年7月14日飛掠火星時，克里米基斯和范艾倫凝視著一個帶狀圖記錄指針的抖動，他們要的數(shù)據(jù)正以每秒8.33比特的速度傳回來。指針幾乎不移動：火星周圍沒有輻射帶。傳回來的第一幅照片也很讓人失望，看不到科學(xué)家所希望的傳說中的火星表面的運河狀細(xì)長溝紋?？死锩谆褂浀茫八雌饋硐裨虑蛏系沫h(huán)形山！”幾年之后，范艾倫和克里米基斯在飛往金星的“水手5號”探測器上搭載了一個粒子探測器，結(jié)果那里也沒有檢測到輻射帶。

到了20世紀(jì)70年代初選擇孿生“旅行者號”探測器的有效載荷時，克里米基斯仍然專注于帶電粒子，準(zhǔn)備好提出他自己的儀器跟范艾倫一爭高下?！袄俗哟蛩惴磳λ膶?dǎo)師，他有整個團(tuán)隊的我們這些年輕人，”位于紐瓦克的新澤西理工學(xué)院的空間物理學(xué)家路易斯·蘭澤羅蒂（Louis Lanzerotti）說，他參與了克里米基斯的低能帶電粒子實驗，該實驗勝過了范艾倫，設(shè)計用來檢測比氫或氦更重的元素的原子核。

1979年，當(dāng)“旅行者1號”和“旅行者2號”飛掠木星時，克里米基斯的粒子探測器檢測到了被這顆巨行星的強大磁場刮起的硫和氧離子。后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些元素起源于木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一上的火山。這兩個探測器繼續(xù)飛向土星，在那里它們發(fā)現(xiàn)了由土衛(wèi)二水汪汪的間歇泉形成的氧離子。后來，“旅行者2號”飛掠天王星和海王星，發(fā)現(xiàn)了簡單的質(zhì)子和電子帶。

克里米基斯的儀器還探索了深太空。低能帶電粒子探測器有一個掃描電機會掃過近一個圓形，并從不同的方向測量粒子。這個電機——轉(zhuǎn)動650萬圈之后的今天仍然在工作——幫助“旅行者1號”的科學(xué)家們在一個專門的儀器失效后，臨時測量了太陽風(fēng)。

克里米基斯花費了一些時日，才把水星補缺到他的行星帶中。他的儀器錯過了“水手10號”的有效載荷，該探測器于1974年兩次飛掠水星。科學(xué)家們在那次探測任務(wù)中聲稱找到了質(zhì)子——可能是被水星的磁場約束所形成的小型輻射帶。但是在2011年，應(yīng)用物理實驗室的“信使”號探測器抵達(dá)水星時，搭載有克里米基斯幫助設(shè)計的一個創(chuàng)新性粒子探測器，能夠以前所未有的精度確定入射離子的電荷和速度。該探測器沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，只發(fā)現(xiàn)了曇花一現(xiàn)的電子帶，幾乎一形成就被附近強大的太陽磁場破壞了。

現(xiàn)在，終于輪到“新視野”號探訪冥王星了，這個探測任務(wù)是當(dāng)航天部的總部設(shè)在APL時，克里米基斯幫助促成的。他招募了該項目的首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern），并在21世紀(jì)初游說美國國會支持這個探測任務(wù)繼續(xù)進(jìn)行下去?！靶乱曇啊碧柎钶d的帶電粒子探測器——能量粒子譜儀（PEPSSI）是“信使”號上搭載的帶電粒子探測器的下一代。冥王星的大氣層極其稀薄，很可能缺乏磁場，所以克里米基斯不期待找到比少量雜散的質(zhì)子和電子更多的東西。但是，他準(zhǔn)備大吃一驚：“不是對那些你認(rèn)為你將會發(fā)現(xiàn)的東西，而是對那些你預(yù)料不到的東西大吃一驚。”他說。“新視野”號與冥王星的邂逅將會傳回的數(shù)據(jù)量是“水手4號”當(dāng)年探測火星時傳回的數(shù)據(jù)量的5 000倍，斯特恩說。

美國特拉華大學(xué)的榮譽退休研究員諾曼·內(nèi)斯（Norman Ness）是參與過21項NASA探測任務(wù)的老兵，他幾乎擁有與克里米基斯相媲美的戰(zhàn)績。他不僅領(lǐng)導(dǎo)過“旅行者號”上的一個磁性實驗（這讓他發(fā)現(xiàn)了巨行星），還是“水手10號”的首席研究員（“水手10號”在飛往水星的途中飛掠了金星），并且是“火星全球探勘者號”的聯(lián)合研究員。但是內(nèi)斯說，他并沒有太信任這些籌碼，“我從來不把這些籌碼視為一種需要擔(dān)憂的標(biāo)尺。”他說。

無論如何，克里米基斯的工作還沒有結(jié)束。他正在等待“旅行者2號”飛出太陽系的指示信號，正如“旅行者1號”于2012年飛出太陽系那樣，并且正在為他的下一個計劃做準(zhǔn)備：向內(nèi)轉(zhuǎn)，朝向太陽。他是“太陽探測器+”搭載的離子測量儀的聯(lián)合研究員，該探測器計劃在2018年發(fā)射，飛入太陽稀薄灼熱的大氣層——日冕層(太陽大氣最外層)?？死锩谆棺詮?0世紀(jì)70年代末就已經(jīng)參與計劃該項探測任務(wù)?！拔耶吷鷫裘乱郧蟮奶綔y計劃一直都是探測太陽，”他說，“這是人類第一次探訪一顆恒星?！?/p>

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：彥隱]