太空探索接班人

章江

邁爾斯·所羅門(mén)（Miles Soloman）是英國(guó)謝菲爾德市塔普頓高中一名17歲的中學(xué)生，2017年3月在一次檢查輻射傳感器指標(biāo)表的校園研究中，他意外地發(fā)現(xiàn)美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局（NASA）的科學(xué)家犯了一個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

邁爾斯之所以能夠拿到NASA的數(shù)據(jù)，是因?yàn)樗麉⑴c了學(xué)校一個(gè)名為“TimPix”（教育與推廣活動(dòng)計(jì)劃）研究項(xiàng)目的一部分?！癟imPix”是一個(gè)由英國(guó)慈善信托機(jī)構(gòu)“在校研究機(jī)構(gòu)”（IRIS）發(fā)起，英國(guó)空間局運(yùn)作，首位造訪(fǎng)國(guó)際空間站并進(jìn)行太空漫步的英國(guó)宇航員蒂姆·皮克（Tim Peake）參與完成的耗資300萬(wàn)英鎊的研究項(xiàng)目，旨在為學(xué)生和老師提供在學(xué)校進(jìn)行實(shí)際科學(xué)研究的機(jī)會(huì)，把真正的科學(xué)計(jì)劃帶入教室和課堂，提高孩子們對(duì)空間科學(xué)和STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）專(zhuān)業(yè)的興趣。皮克在2015年12月去往國(guó)際空間站后，實(shí)施了一個(gè)了解太空輻射對(duì)人類(lèi)影響的研究項(xiàng)目，通過(guò)使用USB形狀的Timepix偵測(cè)器來(lái)監(jiān)視國(guó)際太空站的輻射。這些偵測(cè)器插入電腦，并定期將數(shù)據(jù)送回地球，而在校的中學(xué)生們則有機(jī)會(huì)分析輻射探測(cè)器所記錄的有關(guān)輻射水平的數(shù)據(jù)，尋找其中的模式或異常，獲得更多的發(fā)現(xiàn)。

邁爾斯和他的同學(xué)在一大堆的Excel電子表格中得到Timepix的測(cè)量數(shù)據(jù)，與物理老師詹姆斯·奧尼爾一起按能量等級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序和科學(xué)分析。“我們拿到手的是一大堆電子表格，聽(tīng)起來(lái)好像很無(wú)趣，其實(shí)研究起來(lái)有趣極了。我直接查至列表最底部，去看最低的能量，結(jié)果注意到了異常?！边~爾斯在接受英國(guó)廣播公司（BBC）采訪(fǎng)時(shí)回憶道，“國(guó)際空間站上的輻射探測(cè)器沒(méi)有與任何物體發(fā)生碰撞，但在一個(gè)存儲(chǔ)單元卻出現(xiàn)了‘—1這樣一個(gè)數(shù)字。我一開(kāi)始認(rèn)為‘不能有負(fù)能量，但經(jīng)過(guò)認(rèn)真仔細(xì)的思考后認(rèn)定上面記錄的是一項(xiàng)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，因?yàn)槟芰恐挡荒転樨?fù)數(shù)。于是我在討論中提出，為什么這里寫(xiě)著能量為‘—1？”

邁爾斯和詹姆斯老師一起迅速采取行動(dòng)，馬上向NASA發(fā)送電子郵件。“此前從來(lái)沒(méi)有人注意到這個(gè)問(wèn)題，包括NASA的專(zhuān)家在內(nèi)，但我發(fā)現(xiàn)了?！边~爾斯開(kāi)心地說(shuō)，“這真是太酷啦，我可以告訴我的朋友，NASA的科學(xué)家正在閱讀我做的圖表呢！”NASA對(duì)于邁爾斯給予的幫助表示感謝，答復(fù)道：“我們已經(jīng)知道了錯(cuò)誤的地方，但相信這種錯(cuò)誤一年也就發(fā)生一兩次?！钡~爾斯發(fā)現(xiàn)，這個(gè)錯(cuò)誤實(shí)際上每天發(fā)生好幾次。

休斯頓大學(xué)物理學(xué)家拉里·平克西教授與NASA合作研究輻射探測(cè)器，也參與了TimPix項(xiàng)目，并且是國(guó)際太空站輻射監(jiān)測(cè)計(jì)劃的共同研究者。他表示：“我在NASA的同事們認(rèn)為自己已經(jīng)搞定了這個(gè)問(wèn)題，但實(shí)際并非如此。問(wèn)題主要出在轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)的一些演算法略有偏離，會(huì)以負(fù)數(shù)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果?！?/p>

作為國(guó)際上最權(quán)威的航空和宇宙航行局，NASA自1958年創(chuàng)立半個(gè)多世紀(jì)至今，收到的表示祝賀、敬仰和提問(wèn)的信函、電話(huà)和郵件不計(jì)其數(shù)，但被告知數(shù)據(jù)出錯(cuò)的事情則少之又少，而出自中學(xué)生之手的更是絕無(wú)僅有。

在被問(wèn)到一名中學(xué)生做出這樣的糾錯(cuò)是否令人尷尬時(shí)，拉里教授坦然回答說(shuō)，自己從來(lái)沒(méi)有這樣想過(guò)，“這體現(xiàn)了IRIS項(xiàng)目的價(jià)值，學(xué)生們?cè)趯?shí)際參與研究活動(dòng)的過(guò)程中能發(fā)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)人士沒(méi)時(shí)間發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題?！彼?yè)P(yáng)道，“我們雖然有尷尬，但更多的是感激。邁爾斯能發(fā)現(xiàn)NASA的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，這是一種很值得贊賞的行為。IRIS提倡‘在課堂上擴(kuò)展真正的科學(xué)，讓學(xué)生接觸真正的科學(xué)研究，不管他們是什么背景或者他們就讀的學(xué)校是什么背景，這種經(jīng)歷將激勵(lì)他們成為新一代的科學(xué)家?！?/p>

對(duì)于邁爾斯和他的同學(xué)來(lái)說(shuō)，IRIS將會(huì)給他們更多探求科學(xué)的靈感?！巴瑢W(xué)們覺(jué)得我是書(shū)呆子，我告訴他們這次發(fā)現(xiàn)的細(xì)節(jié)時(shí)，他們既嫉妒，又覺(jué)得無(wú)聊。我在指出數(shù)據(jù)有誤時(shí)，并非想要證明NASA是錯(cuò)的。我沒(méi)有試圖證明自己比NASA的研究人員更聰明，因?yàn)槲绎@然不是。令我感到興奮的是我還得到了NASA的邀請(qǐng)，去協(xié)助分析問(wèn)題。要知道跟他們一起工作并向他們學(xué)習(xí)，是我夢(mèng)寐以求的心愿?！?/p>

除了分析國(guó)際太空站的輻射影響外，塔普頓高中的學(xué)生還參與了其他一些項(xiàng)目，如進(jìn)行心血管疾病方面的遺傳研究，分析火星大氣層，從事尋找磁單極跡象的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)MoEDAL實(shí)驗(yàn)。另一項(xiàng)計(jì)劃還讓孩子們能與牛津大學(xué)的粒子物理學(xué)團(tuán)隊(duì)合作，在《我的世界》教育游戲里做出大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的復(fù)制品。“我們?cè)诮吡ν诰蚰贻p人的潛能?！闭材匪估蠋熣雇?，“我們能夠形成的最大研究團(tuán)隊(duì)就是全國(guó)各地的學(xué)生?！?p>

此外，“TimPix”的研究項(xiàng)目還包括2016年初對(duì)千名小學(xué)生的太空視頻授課。利用國(guó)際空間站上時(shí)速17000英里的衛(wèi)星鏈路，宇航員皮克的太空實(shí)驗(yàn)實(shí)況把全英30萬(wàn)小學(xué)生日常的科學(xué)課堂變成了一個(gè)生動(dòng)有趣的宇宙課堂，給孩子們留下了深刻的印象。還有1萬(wàn)多名老師完成了課程注冊(cè)，參與到宇宙課堂中來(lái)。

皮克通過(guò)長(zhǎng)達(dá)20分鐘的視頻通話(huà)接受小學(xué)生們的答疑。在提問(wèn)環(huán)節(jié)，一名5歲的小學(xué)生哈利首先提問(wèn)：“你的窗外是什么景色？”皮克“飄”到窗邊，告訴哈利自己現(xiàn)在位于大西洋中部上空，正接近非洲海岸，這里的景色從太空看非常美麗。這段視頻通話(huà)十分珍貴，已收藏到利物浦世界博物館中。進(jìn)入失重游戲環(huán)節(jié)后，他在太空打“水乒乓”（水滴集成的球體），并通過(guò)在水滴中加入碳酸維生素片使“乒乓球”泡增大，來(lái)為學(xué)生們演示失重狀態(tài)。皮克還應(yīng)孩子們的要求完成了下蹲、轉(zhuǎn)體、觸摸腳趾和喝水等動(dòng)作。

英國(guó)非常重視青少年的太空實(shí)踐，積極鼓勵(lì)孩子們參與太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。早在2007年，由英國(guó)國(guó)家太空中心和薩里衛(wèi)星科技公司聯(lián)合組織的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽就吸引了14～18歲的中學(xué)生參加。優(yōu)勝者提出的創(chuàng)意方案必須包括設(shè)計(jì)一個(gè)重量不超過(guò)1公斤的衛(wèi)星模型。主辦者向優(yōu)勝者頒發(fā)最高10萬(wàn)英鎊的獎(jiǎng)金。2008年，一群學(xué)生把兩只穿著太空服的泰迪熊送到了距離地面幾十公里的高度，上演了玩具宇航員太空行走的一幕，被傳為佳話(huà)。本次實(shí)驗(yàn)的目的是為了監(jiān)測(cè)大氣同溫層的氣候狀況，并確定什么材料在飛行中最抗寒。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，“載”著兩只泰迪熊和試驗(yàn)儀器的氦氣球一直上升，抵達(dá)30公里之外，這是人類(lèi)首次將玩具送到太空船才能抵達(dá)的高度。隨著氦氣球因氣壓變化而爆炸，兩只玩具熊開(kāi)始了“太空行走”。由于地球重力影響，它們落向地球，在即將墜落到地面之前，盒子中攜帶的降落傘自動(dòng)打開(kāi)，確保泰迪熊和盒子中的設(shè)備平穩(wěn)安全地“軟著陸”。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程歷時(shí)2小時(shí)9分鐘。

2016年4月，為了讓學(xué)生們了解宇宙太空方面的知識(shí)，英國(guó)莫克姆灣小學(xué)在科學(xué)家的幫助下集體做了一次探索宇宙太空的實(shí)驗(yàn)：一只名叫Sam的玩具狗身上系著一個(gè)氦氣球，并安裝有GPS跟蹤定位設(shè)備和攝像機(jī)，以保持與地球的聯(lián)系，隨時(shí)記錄太空游行的整個(gè)畫(huà)面。然而就在Sam飛到距離地球表面12英里的地方時(shí)，畫(huà)面突然中斷，Sam意外失聯(lián)。后來(lái)，科學(xué)家們?cè)诰嚯x伯恩利不遠(yuǎn)的地面發(fā)現(xiàn)了系在狗狗身上爆裂的氦氣球和GPS裝置，可就是沒(méi)有看到它?？茖W(xué)家推測(cè)，Sam現(xiàn)在很有可能已經(jīng)返回地球。莫克姆灣小學(xué)校長(zhǎng)是該項(xiàng)目發(fā)起人，他表示：“我和孩子們都期待再次看到Sam，讓它告訴我們發(fā)生的一切美妙的事情。”