最偉大的旅程

陳賽

探索的沖動(dòng)，內(nèi)置于人性深處。

1990年，當(dāng)“旅行者1號(hào)”飛船到達(dá)距離地球64億公里處時(shí)，按照卡爾·薩根博士的建議，飛船調(diào)整飛行姿態(tài)，拍下了一張回望太陽(yáng)系的照片。在那張照片中，地球是一個(gè)“只有0.12像素的暗淡藍(lán)點(diǎn)”，這就是著名的“暗淡藍(lán)點(diǎn)”。

這張終極版的人類自拍照，提供了一種對(duì)人類來說意味復(fù)雜的存在主義視角：在茫茫宇宙中，人類顯得那么渺小，但與此同時(shí)，唯有人類，可以從那么遙遠(yuǎn)的地方回望自己。

“旅行者號(hào)計(jì)劃”首席科學(xué)家愛德華·斯通教授

事實(shí)上，那也是“旅行者1號(hào)”在其漫長(zhǎng)的旅程中拍攝的最后一張照片。為了節(jié)能，在這張歷史性的照片之后，“旅行者1號(hào)”就關(guān)閉了照相功能。此后，它獨(dú)自在茫茫太空以17公里/秒（5億公里/年）的速度飛行，直到2012年8月25日，在飛行了182億公里（121.6AU）之后，“旅行者1號(hào)”發(fā)回的數(shù)據(jù)顯示，它已經(jīng)正式離開太陽(yáng)氣泡（太陽(yáng)風(fēng)在星際介質(zhì)內(nèi)吹出的等離子態(tài)氣泡）的邊界，進(jìn)入星際空間，成為第一個(gè)進(jìn)入星際空間的人造物。

探索的欲望，深藏于人性的深處。正是在這種欲望的驅(qū)動(dòng)下，人類穿越海洋，攀登高山，踏遍每個(gè)大陸的每一個(gè)角落，但是真正將人類探索精神發(fā)揮到極致的，卻是20世紀(jì)70年代發(fā)射的這兩顆小小的航空探測(cè)器——“旅行者1號(hào)”與“旅行者2號(hào)”。

2個(gè)月前，我在北大科維理天文與天體物理研究所見到了“旅行者項(xiàng)目”的首席科學(xué)家愛德華·斯通教授。斯通教授今年80歲，瘦瘦小小，貌不驚人，目光中卻有不可思議的銳利與敏捷，我的腦子里立刻冒出了《星球大戰(zhàn)》中尤達(dá)大師的樣子。1972年，36歲的他被美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）任命為“旅行者項(xiàng)目”的首席科學(xué)家，此后主持“旅行者號(hào)計(jì)劃”長(zhǎng)達(dá)40多年。

根據(jù)他提供的最近數(shù)據(jù)：“旅行者1號(hào)”目前距離地球230億公里（135.2AU），“旅行者2號(hào)”速度稍慢，距離地球167億公里（111.4 AU），預(yù)計(jì)還有兩年也將進(jìn)入星際空間。兩個(gè)飛行器如此漫長(zhǎng)的旅程，也貫穿了這位科學(xué)家的一生。

斯通教授1936出生于美國(guó)愛荷華州。1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射斯普尼克衛(wèi)星，揭開了太空時(shí)代的序幕。當(dāng)時(shí)他才20歲，正在芝加哥大學(xué)讀核物理學(xué)的研究生。核物理學(xué)的很多技術(shù)與太空宇宙射線的技術(shù)是一樣的，所以他的興趣迅速?gòu)暮宋锢磙D(zhuǎn)到了宇宙射線和太空。

他說，真正讓他對(duì)太空產(chǎn)生興趣的，是“探索者1號(hào)”與“探索者3號(hào)”。“探索者1號(hào)”是美國(guó)于1958年1月發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星，發(fā)射到地球軌道之后，發(fā)現(xiàn)了范艾倫輻射帶?！啊剿髡?號(hào)是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的設(shè)備，卻可以做出那么重大的發(fā)現(xiàn)，這就是當(dāng)時(shí)新興的太空科學(xué)對(duì)于科學(xué)家的誘惑：知識(shí)的前沿就在那里，茫茫宇宙里那么多的未知事物在等待著被發(fā)現(xiàn)，你所需要做的，就是發(fā)明出合適的工具，走出去，去觀察，去發(fā)現(xiàn)。”斯通教授告訴我。

1977年，這兩顆探測(cè)器相繼發(fā)射升空的時(shí)候，被稱為NASA的“大旅行計(jì)劃”。JPL（噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，每隔176年，木星、土星、天王星和海王星會(huì)出現(xiàn)在太陽(yáng)的同一側(cè)，這意味著單一的飛行器可以借助重力協(xié)航（Gravity Assists，借助天體引力實(shí)現(xiàn)飛行器變軌，不僅可以有效減少燃料消耗，而且可以降低任務(wù)所需的發(fā)射能量），一次性經(jīng)過4個(gè)行星。

這是一場(chǎng)真正的發(fā)現(xiàn)之旅。它們走過的每一個(gè)行星，木星、土星、天王星、海王星，都向人類呈現(xiàn)了未曾想象的風(fēng)景。兩個(gè)飛行器上各自裝有11個(gè)科學(xué)考察設(shè)備，包括照相機(jī)、地磁儀、等離子光譜儀等，還有一個(gè)非常大的無線電天線，不斷地向地球傳回它們一路采集到的數(shù)據(jù)和照片，于是我們得以看到木星上復(fù)雜的云、風(fēng)、風(fēng)暴系統(tǒng)，以及“木衛(wèi)1”伊奧（Io）上劇烈的火山活動(dòng)的痕跡;我們看到迷人的土星環(huán)，成千上萬(wàn)的光環(huán)環(huán)環(huán)相套，像一張碩大無比的密紋唱片，密紋之上有無數(shù)神秘的輻條。

在完成了最初的土星和木星探測(cè)任務(wù)之后，兩個(gè)探測(cè)器在土星分道揚(yáng)鑣?！奥眯姓?號(hào)”前往泰坦（土星最大的衛(wèi)星，大氣構(gòu)成與地球非常相似，被認(rèn)為可以有原始形態(tài)的生命存在），為此它不得不改變軌道，轉(zhuǎn)向太陽(yáng)系平面之外，放棄剩余的旅行計(jì)劃;而“旅行者2號(hào)”則按原定計(jì)劃，繼續(xù)前往天王星與海王星。

在天王星上，“旅行者2號(hào)”發(fā)現(xiàn)了10個(gè)不為人知的新衛(wèi)星。它還發(fā)現(xiàn)，天王星的表面磁場(chǎng)比土星的磁場(chǎng)更強(qiáng)，曲折的磁尾呈螺旋結(jié)構(gòu)，延伸近1000萬(wàn)公里。

1989年8月24日，“旅行者2號(hào)”到訪太陽(yáng)系最后一顆行星——海王星。根據(jù)它發(fā)回的照片，海王星是一個(gè)狂風(fēng)呼嘯、飛云亂渡、生氣勃勃的世界。大氣中有無數(shù)湍急紊亂的氣旋在翻轉(zhuǎn)。海王星的南半球還有一個(gè)醒目的大黑斑，其形狀、相對(duì)位置和大小比例都與木星的大紅斑相似。

“旅行者2號(hào)”在海王星上發(fā)現(xiàn)了3個(gè)完整的環(huán)和6顆新衛(wèi)星，以及一個(gè)被軌道輻射帶包圍著的磁場(chǎng)。它對(duì)海王星衛(wèi)星“海衛(wèi)一”的考察更令科學(xué)家們激動(dòng)不已：“海衛(wèi)一”比過去所想象的更亮、更小、更冷，是太陽(yáng)系中最冷的一個(gè)天體，平均溫度只有-240℃，上面有冰火山，曾噴發(fā)過甲烷等冰類物質(zhì)。迄今為止，“旅行者2號(hào)”仍然是唯一到訪過海王星的探測(cè)器。

斯通教授曾在一次采訪中提到，太空探索有5個(gè)前沿：第一是物理的前沿，就像“旅行者號(hào)”那樣，將飛行器發(fā)送到我們從未去過的地方;第二是知識(shí)的前沿，理解外面是什么;第三是技術(shù)的前沿，開發(fā)太空探索所需的系統(tǒng);第四是應(yīng)用的前沿，利用太空的知識(shí)讓地球變得更美好;第五是人類的前沿，太空環(huán)境下人類的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)于80歲的他來說，每一個(gè)前沿都令人心馳神往。生命不止，探索不息。

2018年，在他的主持下，NASA將發(fā)射一個(gè)“太陽(yáng)探測(cè)器+”（Solar Probe Plus），它的目標(biāo)與旅行者剛好相反——“旅行者號(hào)”是走出太陽(yáng)氣泡，solar probe則是要進(jìn)入太陽(yáng)的大氣層（日冕），到太陽(yáng)風(fēng)開始、太陽(yáng)氣泡產(chǎn)生的地方，探索太陽(yáng)風(fēng)的起源和進(jìn)化。

地球與太陽(yáng)相距200個(gè)太陽(yáng)半徑，“太陽(yáng)探測(cè)器+”則將進(jìn)入到10個(gè)太陽(yáng)半徑的范圍之內(nèi)，相當(dāng)于5%的距離。這是人類第一次距離太陽(yáng)這么近。

2020年，他主持的“30米口徑望遠(yuǎn)鏡”（TMT）將在夏威夷的莫納克亞山上修建完成。建成之后，它將成為世界上最大的天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。透過這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)達(dá)30米的巨大鏡片，科學(xué)家的目光將越過“旅行者號(hào)”，投向更遙遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)，尋找宇宙中最古老的恒星與星系。

三聯(lián)生活周刊：可以說，“旅行者號(hào)計(jì)劃”是你一生最大的成就嗎？

愛德華·斯通：任何一個(gè)參與其中的人，都會(huì)認(rèn)為“旅行者號(hào)”是科學(xué)生涯的高峰。因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了那么多東西，而且還在繼續(xù)發(fā)現(xiàn)。

三聯(lián)生活周刊：你認(rèn)為近40年來，“旅行者號(hào)”最大的發(fā)現(xiàn)是什么？

愛德華·斯通：如果必須總結(jié)的話，我認(rèn)為它們最大的發(fā)現(xiàn)是，太陽(yáng)系的天體是如此的多樣化。每個(gè)天體都如此不同，如此獨(dú)特，超出了我們之前的所有想象。

在“旅行者號(hào)”之前，太陽(yáng)系內(nèi)唯一已知的火山活動(dòng)在地球上，誰(shuí)能想到木星的一個(gè)衛(wèi)星上面有10倍于地球的火山活動(dòng)？在“旅行者號(hào)”之前，我們以為只有地球上有海洋，但旅行者幫我們?cè)谀拘堑牧硪粋€(gè)衛(wèi)星歐羅巴冰封的地殼下面發(fā)現(xiàn)了海洋。我們還在海王星最遠(yuǎn)的一個(gè)衛(wèi)星（Triton）兩極發(fā)現(xiàn)了間歇噴泉向外噴射高達(dá)5英里的物質(zhì)，那里的溫度是零下233攝氏度。

這些發(fā)現(xiàn)都告訴我們，僅僅根據(jù)地球來了解太陽(yáng)系，視角太過狹隘，因?yàn)椤奥眯姓咛?hào)”已經(jīng)向我們展示了太陽(yáng)系的天體多么的復(fù)雜和多樣化。另外，我們也必須重新思考地球，地球是如何演化的，以及變化的潛力，因?yàn)樗羞@些天體都在不斷變化。

三聯(lián)生活周刊：你是“旅行者號(hào)”宇宙飛船上宇宙射線系統(tǒng)的首席科學(xué)家，當(dāng)時(shí)你設(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，首要的科學(xué)目標(biāo)是什么？在此之前，曾經(jīng)有過飛船裝載的宇宙射線實(shí)驗(yàn)嗎？

愛德華·斯通：是的，70年代初已經(jīng)有很多宇宙射線實(shí)驗(yàn)，只不過那時(shí)候的設(shè)備比現(xiàn)在小很多，而且基本上都是在地球軌道上，或者近地球的。在“旅行者號(hào)”之前，只有兩個(gè)探測(cè)器是離開地球軌道飛往太陽(yáng)系的，即“先驅(qū)者10號(hào)”和“先驅(qū)者11號(hào)”，它們都裝載了宇宙射線測(cè)量系統(tǒng)。但是，它們都還是在太陽(yáng)風(fēng)制造的氣泡之內(nèi)觀察宇宙射線，這個(gè)大氣泡的影響遍及整個(gè)太陽(yáng)系，包括海王星，屏蔽了大部分（超過75%）來自銀河系的宇宙射線。1972年，當(dāng)我們最初申請(qǐng)“旅行者項(xiàng)目”時(shí)，就是希望能夠走到太陽(yáng)系之外，探測(cè)太陽(yáng)系之外的宇宙射線——只有走出這個(gè)太陽(yáng)大氣泡之外，才能觀測(cè)到宇宙射線真正的狀態(tài)。

不過，那時(shí)候我們并不知道這個(gè)氣泡有多大，以及“旅行者號(hào)”能否堅(jiān)持飛到太陽(yáng)氣泡之外。1977年兩艘“旅行者號(hào)”發(fā)射的時(shí)候，太空時(shí)代開始才不過20年時(shí)間，沒有任何證據(jù)顯示它可以持續(xù)40年。

但是，“旅行者號(hào)”一路出去，還是有很多東西可以研究。我們可以研究太陽(yáng)氣泡的屏蔽作用到底如何發(fā)生，是什么在阻止這些射線進(jìn)來，而那些得以進(jìn)來的宇宙射線又是怎么進(jìn)來的？宇宙射線里其實(shí)都是普通的原子，氫、氦、氧、氮、硅、鎂、離子，只不過這些原子幾乎以光速運(yùn)行，因此粒子能量非常強(qiáng)大，穿透力極強(qiáng)，會(huì)對(duì)人體構(gòu)成極為有害的輻射。

“旅行者1號(hào)”1977年9月5日發(fā)射，35年后，于2012年8月進(jìn)入星際空間

現(xiàn)在，“旅行者1號(hào)”已經(jīng)離開了太陽(yáng)氣泡，進(jìn)入星際空間。我們可以觀測(cè)到完整的宇宙射線光譜，從進(jìn)入地球的高能量射線，到銀河系最遠(yuǎn)能量最低的宇宙射線。100年來，我們第一次知道星際空間到底有多少宇宙射線（比bubble內(nèi)部多4倍），我們可以測(cè)量它們的速度有多快，射線中攜帶的離子、氮、碳、氧的成分是多少，它們是在哪里被加速的？我們還可以問更具體的關(guān)于太陽(yáng)氣泡的問題，比如它的大小，為什么不是更大一點(diǎn)？

三聯(lián)生活周刊：“旅行者1號(hào)”觀測(cè)到的星際空間到底什么樣子？

愛德華·斯通：星際空間充滿了恒星爆炸的殘余物質(zhì)。137億年前的宇宙大爆炸，一開始只是產(chǎn)生了氫和氦，其他的重物質(zhì)，碳、氮、硅、鎂、離子……都是在恒星內(nèi)部產(chǎn)生的。當(dāng)恒星爆炸時(shí)，這些新產(chǎn)生的元素都返回到了星際空間，變成了星際之間的物質(zhì)。所以，我們通過“旅行者1號(hào)”觀察到的就是，普通的原子因?yàn)楦浇阈堑谋ǘ患铀俚浇咏馑佟＿@些爆炸發(fā)生在大約500萬(wàn)～1500萬(wàn)年前。從宇宙的角度來看，是新近發(fā)生的事情。

一直以來，宇宙射線的起源都是一個(gè)謎。三四十年前，我們只是大致猜測(cè)這些射線可能來自超新星爆炸，但沒有任何數(shù)據(jù)，但現(xiàn)在我們有很大的把握相信，它們就是500萬(wàn)～1500萬(wàn)年前太陽(yáng)附近恒星爆炸的產(chǎn)物。我們可以測(cè)量這些射線存在了多久，以及是哪些恒星發(fā)生了爆炸。

三聯(lián)生活周刊：最近幾年有一些新的宇宙射線實(shí)驗(yàn)，比如費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡、阿爾法磁譜儀2號(hào)（AMS-02），中國(guó)去年發(fā)射了暗物質(zhì)探測(cè)器“悟空號(hào)”衛(wèi)星，你如何看待這些新的衛(wèi)星和它們的研究結(jié)果？

愛德華·斯通：國(guó)際空間站AMS-02測(cè)量的是能量最高的宇宙射線，但這些都是到達(dá)地球的粒子——大概有三分之一的宇宙射線得以進(jìn)入地球軌道。AMS-02能非常精確地測(cè)量有多少高速粒子到達(dá)地球，但它們不能測(cè)量太陽(yáng)系之外的宇宙射線。

費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡所做的，是觀測(cè)這些宇宙射線來自哪里，它們?cè)谀睦锂a(chǎn)生的，為什么速度這么快？但是，像所有的望遠(yuǎn)鏡一樣，費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡也是往外看，觀察遠(yuǎn)方。而“旅行者號(hào)”是在觀察它當(dāng)下所在的地方。

三聯(lián)生活周刊：為什么研究宇宙射線這么重要呢？

愛德華·斯通：因?yàn)樗鼈兪亲匀坏囊徊糠帧Ｈ绻阆胱層詈絾T到火星去，如果人要離開地球的保護(hù)，你必須考慮輻射的問題，因?yàn)檫@是嚴(yán)重的健康隱患。輻射有兩個(gè)源頭，一個(gè)是外面的宇宙射線進(jìn)來，大概有四分之一可以進(jìn)來，但這是可以改變的;另一個(gè)則是太陽(yáng)本身。太陽(yáng)是宇宙射線進(jìn)入地球的主要屏障。當(dāng)太陽(yáng)活動(dòng)活躍的時(shí)候，會(huì)屏蔽更多的宇宙射線，但同時(shí)自身也會(huì)產(chǎn)生更多的高能粒子，所以這里面有一個(gè)平衡的問題。你必須學(xué)會(huì)判斷太陽(yáng)噴發(fā)有多嚴(yán)重，并提供相應(yīng)的保護(hù)措施。

有時(shí)候，太陽(yáng)突然噴發(fā)，噴射大量的物質(zhì)和能量，到達(dá)近地空間后，可能引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環(huán)境強(qiáng)烈擾動(dòng)，比如破壞地球上的電力系統(tǒng)，比如1989年那次強(qiáng)烈的太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致了加拿大魁北克省的電網(wǎng)大面積癱瘓。所以，研究這些東西不僅僅是為了學(xué)術(shù)興趣，也有非常實(shí)際的目的。我們需要理解自身生活的環(huán)境，宇宙射線是這個(gè)環(huán)境里非常重要的一部分。

三聯(lián)生活周刊：你如何看待太空探索的下一步？如果以今天的技術(shù)，你要設(shè)計(jì)一個(gè)長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的星際飛行計(jì)劃，就像當(dāng)年的“旅行者項(xiàng)目”一樣，你會(huì)怎么設(shè)計(jì)？

愛德華·斯通：很顯然，太陽(yáng)系還有很多重要的前沿需要探索，比如那些涉及液態(tài)水的地方。在地球上，只要有液態(tài)水的地方，就有微生物。我們知道歐羅巴（木星的衛(wèi)星之一）的冰殼之下有液態(tài)水;泰坦（土星的衛(wèi)星之一）的大氣里雖然沒有液態(tài)水，但它的化學(xué)構(gòu)成與地球進(jìn)化出生命之前的狀態(tài)非常相似;我們還知道，火星上曾經(jīng)有過水。所以，如果我們能找到液態(tài)水，我們就可以進(jìn)一步探索是否有外星生命存在的證據(jù)。

三聯(lián)生活周刊：你對(duì)伊隆·馬斯克的火星移民計(jì)劃怎么看？

愛德華·斯通：我認(rèn)為這是一個(gè)很美好的遠(yuǎn)景。我想我們距離大規(guī)?；鹦且泼襁€很遙遠(yuǎn)，但他們的方向是對(duì)的——必須減少發(fā)射的成本。因?yàn)樗鸵粋€(gè)人去火星，比去軌道或者月球要復(fù)雜多了。你有很多東西要發(fā)射，登陸器、設(shè)備供給、長(zhǎng)期的生活空間……你還得把人送回來。你最好有更便宜的發(fā)射方法，比今天便宜得多的方法。

三聯(lián)生活周刊：你覺得此生能看到人類登陸火星嗎？

愛德華·斯通：不。這不是科學(xué)能決定的。

三聯(lián)生活周刊：人類去火星這件事情重要嗎？

愛德華·斯通：我不覺得這件事情有多緊迫，但我能理解為什么人們想要去火星。你可以用機(jī)器人做很多科學(xué)工作，但就跟攀登喜馬拉雅山一樣，你不會(huì)想派一個(gè)機(jī)器人過去，你想要自己去。這種探索的沖動(dòng)，可能內(nèi)置于人性深處，從這個(gè)角度而言，我認(rèn)為它是很重要的，問題是怎么找到一種更實(shí)際的方法。

三聯(lián)生活周刊：你覺得人類會(huì)在月球上建立永久的基地嗎？

愛德華·斯通：你當(dāng)然可以在月球上建一個(gè)基地，就像我們?cè)谀蠘O有科考站一樣，問題是背后的動(dòng)機(jī)是什么？這是非科學(xué)的部分。

三聯(lián)生活周刊：你如何看待霍金的“突破星擊”（Breakthrough Starshot）計(jì)劃？

愛德華·斯通：那是巨大的挑戰(zhàn)，他們也知道這個(gè)挑戰(zhàn)有多難。但重點(diǎn)在于，如果不試一試，你永遠(yuǎn)不知道。第一個(gè)繞地球的Navigator不是一下子就搞定的，你可以想象它經(jīng)歷了成千上萬(wàn)次的失敗，直到它學(xué)會(huì)安全地繞地球運(yùn)行。更大的飛船，裝載更多的食物，更多的水，更多的船員……技術(shù)就是這樣發(fā)展的。（編者按：今年4月，著名科學(xué)家霍金在紐約宣布了一項(xiàng)外星探索計(jì)劃。他們將制造可達(dá)到光速1/5的“納米飛行器”，在未來20年內(nèi)抵達(dá)最接近地球的半人馬座阿爾法星宜居帶……他說，人類遲早要考慮在其他星球生活，飛到另一個(gè)星球去生活。）

三聯(lián)生活周刊：我們都聽說過“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”上的黃金光盤（golden disk），其中收集的聲音、音樂和圖像，據(jù)說是為了向外星人介紹地球的文明。在它們將近40年的旅行中，有沒有發(fā)現(xiàn)任何關(guān)于外星人的證據(jù)？

愛德華·斯通：黃金光盤是卡爾·薩根的想法。雖然我們說它是給外星人的信息，但其實(shí)更多的是給我們自己的信息。它是我們自己對(duì)自己宣布，人類的探索可以走到這一步，我們可以從地球送一個(gè)東西到那么遙遠(yuǎn)的地方。“旅行者號(hào)”能量耗盡之后，將永遠(yuǎn)停留在茫茫太空，繞著銀河系的軌道運(yùn)行——即使有一天，人類消失、地球湮滅不見，作為我們存在過的唯一憑證，它仍然會(huì)在那里，每隔2.25億年繞銀河系運(yùn)行一整周。

（感謝北京大學(xué)國(guó)際合作部與北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所為本次采訪提供的幫助）