飛往冥王星

李騰

“對我們來說，這是今生唯一的機會?！?/p>

2015年7月14日20：52，美國馬里蘭州勞雷爾市的約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室控制中心擠滿了人。這是間不算大的辦公室，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漫漫星空，探測器是否仍在正常運轉(zhuǎn)，科研團隊一無所知。

“已成功鎖定探測器?！表椖窟\營主管（Mission Operation Manager，以下簡稱MOM）愛麗絲·鮑曼（Alice·Bowman）通過麥克風(fēng)宣布。桌上的小熊吉祥物，顯示了她在這個房間里的“尊貴”地位——這只小熊，是“新視野號”在這間辦公室里的替代物，此刻，它正端坐在鮑曼的顯示屏旁，頭戴一頂聚會禮帽，左手舉著一面美國國旗，等待著宣布它使命的成功。

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>

“唔嗬——”控制中心全體鼓起掌來。在確認無線電頻率、導(dǎo)航、推力、電源、溫度等參數(shù)均正常后，“MOM”緩緩站起身來，鄭重地對麥克風(fēng)另一端的項目首席科學(xué)家艾倫·斯特恩（Alan Stern）宣布：“數(shù)據(jù)接收成功，探測器運轉(zhuǎn)良好。”

話音剛落，斯特恩高舉雙臂，從門外沖了進來，他的臉因興奮漲紅了，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，時間已有9年;從2001年11月29日，“新視野號”正式立項，已近15年;但對于這個中等身材、肌肉緊實、有著稚童般純潔目光的人，以及“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(xué)生命。

X行星

一切要追溯到1989年5月5日。

那是全球各地都發(fā)生了扭轉(zhuǎn)未來方向事件的年份，但站在漫長的宇宙演進角度來看，這件事無疑是不能忽略的。

一個在科羅拉多大學(xué)博爾德分校攻讀博士學(xué)位的青年人，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(wù)？布里格斯回答：因為從來沒有人和我提過這個。這主意聽上去很棒，要不我們就試試？

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

1930年，一位名叫克萊德·湯博的24歲小伙子，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、光芒黯淡的行星。

這個發(fā)現(xiàn)十分鼓舞人心。人類上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(xué)家推測在海王星之外，還有一顆行星，美國天文學(xué)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）”?！癙luto”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，對于它的好奇心，也因此而停滯了。

事實上，就在艾倫與NASA行星科學(xué)部主管相遇的那一天，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(wù)。當年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(xué)家們對冥王星不感興趣，本可以“順便”拜訪下冥王星的旅行者2號沒有調(diào)轉(zhuǎn)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。“我從小就對這些感興趣。”在NASA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，他并不是唯一對冥王星感興趣的人。在行星科學(xué)發(fā)展到20世紀90年代，許多太空探索技術(shù)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，共同討論哪里將是太空探索的新邊界。

在旅行者2號項目結(jié)束后，答案呼之欲出——冥王星。

“冥王星就在那里，這就是驅(qū)使我的最大動力?！眻F隊元老級成員馬克·布伊（Marc Buie）在《冥王星之年》中回憶道：“因為我們對它知道的實在是太少了?！?/p>

艾倫·斯特恩、馬克·布伊等年輕人開始自發(fā)團結(jié)起來，為實現(xiàn)探索冥王星的任務(wù)做準備。這個小小的年輕科學(xué)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攝氏度寒冰中的冥王星，與前兩者都不相同，它是太陽系的“孤兒”，被甩在太陽系邊緣，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價值。

1951年，美國天文學(xué)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，還存在一個由其他天體組成的盤。天文學(xué)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”仍只停留在人們的想象中。

轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在1992年。天文學(xué)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(yù)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(xué)家認為，柯伊伯帶應(yīng)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(zhì)冰封了起來，它們共同構(gòu)成了太陽系的“第三區(qū)”。而作為已知的柯伊伯帶的最大行星，對冥王星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。

“太陽系中的這一區(qū)域存在諸多謎團?！卑瑐悺に固囟髟邮苊襟w采訪中指出：“探索冥王星和柯伊伯帶就像是在太陽系新大陸進行的考古發(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(xué)意義，也隨著“地下冥王星黨”不間斷的科學(xué)發(fā)現(xiàn)逐漸突顯出來。

在1985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(xué)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(xué)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·布伊又借助哈勃望遠鏡，第一次用直接成像法觀測到了冥王星地表?！拔覀兎浅Ｅd奮，因為我們看見了人類從沒見過的天體，沒人見過這顆行星的真面目?！辈家猎谛侣劙l(fā)布會上這樣說道。

2005年，艾倫·斯特恩和另一名團隊成員哈爾·韋弗（Hal Weaver）利用哈勃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)了兩顆黯淡的衛(wèi)星，2012年，其他科學(xué)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(wù)逐步被NASA提上議事日程。

20世紀90年代末，NASA曾制定了一個名為“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，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，眾多天文學(xué)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(xué)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，而是全球公開征集新的探測方案。這也是NASA歷史上首次向全球公開征集太空探測方案。

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(shè)計工作只有不到3個月時間。

中國科學(xué)院月球與深空探測重點實驗室副研究員鄭永春向《中國新聞周刊》解釋說，這兩項規(guī)定雖然苛刻，但有其合理性?！摆ね跣堑能壍罏闄E圓形，繞日運行的周期長達248年。它最近一次抵達近日點是1989年，之后便越來越遠，2015年，是最快抵達冥王星的最后時機，一旦錯過，這種機會就只有百年之后才有了?！编嵱来赫f，“另外，從NASA官員的角度考慮，為一個太空探測計劃等15年，可能也是公眾耐心的極限了?！?/p>

“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(gòu)，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7大行星。

為了既保證項目的科研價值，又不超出預(yù)算，團隊只計劃三項基本任務(wù)：分析冥王星和卡戎的地質(zhì)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(fēng)等方面的數(shù)據(jù)。

設(shè)計中的探測器包含許多先進技術(shù)。以測距技術(shù)為例，傳統(tǒng)的測距方法是由地面控制中心發(fā)射信號，探測器接收信號后再回傳至控制中心。但這種方法受距離和環(huán)境噪音影響很大。斯特恩團隊設(shè)計了新的信號接收裝置，增配“降噪”功能，即使是遠距離，回傳的測距信號依然能保持清晰，這對超遠距離太空探測意義重大。

但第一輪設(shè)計成本核算下來，遠遠超過NASA所能承受的經(jīng)費范圍。

如何縮減成本成了一塊心病?？s減科研內(nèi)容，改進探測器尺寸，最大限度優(yōu)化各項設(shè)備的能力，團隊甚至還考慮過，不使用美國運載火箭發(fā)射，而租用俄羅斯的運載火箭，但無論怎樣努力，仍然無法滿足需要。

就在陷入困頓之際，同樣對探索冥王星有濃厚興趣的約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)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。

“新視野號”無線電設(shè)備首席設(shè)計師艾文·林斯科特（Ivan Linscott）是最早一批加入團隊的科學(xué)家。他告訴《中國新聞周刊》：“當時斯特恩舉棋不定，找每個團隊成員談話，征詢我們的意見。大家都明白，APL在這個領(lǐng)域有非常先進的技術(shù)，只有聯(lián)手，才可能既保證科研質(zhì)量又降低成本。我們都表示同意?！?/p>

然而，聯(lián)盟意向剛一敲定，矛盾也隨即產(chǎn)生。

為了保證擁有足夠快的飛行速度，探測器的整體重量不能超過453公斤，寬不得超過2米，為了爭奪探測器上有限的空間，兩支團隊進行了長時間的爭論。比如，雙方一致同意探測器要進行太陽風(fēng)的研究，但APL希望延伸他們研制的能量粒子譜儀的長度，以便為其增加相關(guān)功能，而西南研究院主張為探測器獨立研制測量儀器。好在，在以項目中標、完成探索為主要目的的大背景下，雙方最終達成了共識。

APL在太空探索領(lǐng)域的成熟技術(shù)，使得項目運行的最終成本被壓縮為7億美元，在NASA的承受范圍內(nèi)。當然，科研內(nèi)容也有所縮水。林斯科特告訴《中國新聞周刊》：“最初設(shè)計的磁感應(yīng)器被取消了，令人遺憾，但這總比項目取消好多了。”

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(lǐng)略別樣的風(fēng)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1個月的布什政府公布了新的財政預(yù)算案，宣布取消對NASA探索冥王星任務(wù)的支持，轉(zhuǎn)而扶持探索木衛(wèi)二任務(wù)。

盡管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。1周的努力之后，國會通告NASA：必須繼續(xù)冥王星探索任務(wù)。

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日進行最后論證。又一個意外發(fā)生了——9·11恐怖襲擊打亂了整個美國的工作節(jié)奏，決戰(zhàn)日期延至10月19日。

據(jù)事后分析，新視野號探測器并不比JPL探測器更優(yōu)秀，但新視野號搭載的存儲器容量高達48G，是JPL探測器的6倍，更適合長時間太空探索。另一個重要因素是，JPL歷史上多次出現(xiàn)過成本超支問題，NASA不太信任JPL在成本控制上的“信譽”。

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3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(xué)院也不甘示弱，集體決定，將對柯伊伯帶的探索列為最優(yōu)先科研任務(wù)。

經(jīng)過近1年的反復(fù)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，只有不到3年的時間了。

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公里/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飛船當年用了3天。

但為了在2015年抵達冥王星，這一速度仍然不夠。從1970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，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，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;若晚于2月2日，便完全無法“借力”，“新視野號”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，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(shè)計搭載一個小型的核反應(yīng)堆，作為科研設(shè)備電源?？稍诰嚯x發(fā)射3個月時，新視野團隊突然得到通知，計劃使用的核反應(yīng)原料钚-238儲量不足，無法滿足項目需要。

一輪接一輪緊急游說后，NASA最終同意將其他項目的钚-238儲備挪用一部分出來，與此同時，APL通過與政府“過硬”的關(guān)系，大大縮短了钚-238的使用審批手續(xù)。

發(fā)射時間終于確定為美國東部時間2006年1月17日13時24分。但“新視野號”的磨難還沒有結(jié)束。一次是地面突刮強風(fēng)，另一次是位于約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的控制中心突然停電，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，向他揮手告別。

“如果‘新視野號是只貓，它可能已經(jīng)死了。”斯特恩后來回憶時表示，“因為貓也只有九條命?！?h3>9年星途

然而，8個月后，一個始料未及的科學(xué)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”之行，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(xué)網(wǎng)站Earthsky采訪時表示，他從小學(xué)到的就是太陽系有九大行星，科學(xué)家也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了上千顆和冥王星一樣的星球，IAU應(yīng)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(zhì)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?！?/p>

鄭永春向《中國新聞周刊》解釋，冥王星是唯一由美國人發(fā)現(xiàn)的行星，也是世界天文中心從歐洲轉(zhuǎn)移到美國的標志，因此在美國人心中有特殊的意義。

團隊成員、行星地質(zhì)學(xué)家保羅·申克（Paul Schenk）告訴《中國新聞周刊》，在設(shè)計制造飛行器時，充分考慮了遠離地球、無法維修等細節(jié)，“新視野號”上的所有儀器設(shè)備都做了備份，但這種緊急狀況只在升空后不久出現(xiàn)過一次。

“那次是遙測信號丟失，地面控制中心警報響個不停?！鄙昕苏f，“我們選擇先等待系統(tǒng)自我修復(fù)，同時探究問題的根源尋找解決辦法?！弊罱K，探測器自己解決了問題。

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(shè)備自動關(guān)閉，只是每周定時向地球控制中心發(fā)送一個“平安”信息，并每年在固定時間“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“MOM”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(wù)預(yù)演。“我們開啟了所有的科研設(shè)備，把將對冥王星進行的任務(wù)全部排練了一遍?！鄙昕烁嬖V《中國新聞周刊》，“這是我們最后一次更正錯誤的機會。好在預(yù)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(jié)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年漫長的等待，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具有“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”，用以向發(fā)現(xiàn)冥王星的克萊德·湯博致敬。

最讓行星地質(zhì)學(xué)家申克震驚的是冥王星活躍的地質(zhì)活動?！瓣懤m(xù)傳回的圖像顯示，冥王星遠比人們想象的更加復(fù)雜。它直徑比人們預(yù)估的大，而且地表有山峰、冰原等復(fù)雜的地貌?！?/p>

在為成功抵達冥王星歡呼過后，“新視野號”團隊很快進入到繁瑣的分析、整理數(shù)據(jù)工作中。

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

網(wǎng)友最關(guān)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(wù)，并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。

但申克向《中國新聞周刊》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(luò)活動。

“對我們來說，這是今生唯一的機會。”申克說。

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。”他告訴《中國新聞周刊》。

在這群人中，團隊領(lǐng)袖艾倫·斯特恩無疑具有最重要的地位?！八剿髭ね跣堑囊庵井惓远?，也感染了我們每一個人?！绷炙箍铺卣f，“所以我們都叫他：Mr.Pluto（冥王星先生）?！?/p>

但當回望這數(shù)十年的艱辛與磨難時，另一位元老級成員馬克·布伊只是意味深長地對《中國新聞周刊》說：“我只能說，這26年，是一段漫長但充實的旅程?！?/p>

（實習(xí)生丁英健亦有貢獻）