不可思議的氣凝膠：隨星塵號遠航

馬克·米奧多尼克

星塵號的遠航

2002年夏秋兩季，星塵號宇宙飛船來到遙遠的外太空，方圓數(shù)百萬千米內見不到半顆行星。星塵號打開活門，伸出涂滿氣凝膠的巨型球拍，只不過，這場“星際網(wǎng)球賽”并沒有對手，而且球拍要接的球小到要用顯微鏡才看得見。其他的恒星殘骸早已消逝無蹤，只剩太陽系的塵埃還在太空中飄浮。

但是，星塵號不能在遙遠的外太空逗留太久，它還得趕去跟剛剛通過太陽系外圍、朝太陽系中心奔去的Wild-2彗星碰面。隨后，星塵號收起氣凝膠球拍，加速迎向這位每6.5年接近太陽系一次的訪客。

耗費一年多時間，星塵號才抵達會面地點。2004年1月2日，它發(fā)現(xiàn)這顆直徑5千米的彗星就在前方，正加速朝太陽逼近。星塵號調整方向，飛入彗星后方237千米處的彗尾里，然后再次打開活門，伸出氣凝膠球拍（這回使用的是球拍的反面），開始執(zhí)行人類的首次彗星塵埃采集任務。

任務完成后，星塵號起程返航，兩年后返抵地球?？斓诌_地球時，它改變航向并拋出一個膠囊——返回艙。這個返回艙受地球重力牽引，以12.9千米/ 秒的速度穿越大氣層，創(chuàng)下返回地球的最快速度，自己也化成了流星。

自由墜落15秒并達到熾熱溫度后，返回艙打開減速降落傘，減緩下降速度，并于幾分鐘后來到了美國猶他州沙漠上空3千米處。返回艙上的減速降落傘脫落，主降落傘張開。這時，地面的回收小組已經差不多知道返回艙會落在何處，正朝沙漠駛去，預備迎接經歷了7年旅程，來回航行了40億千米的返回艙降落。最終，格林尼治標準時間上午10點12分，返回艙落地，日期是2006年1月25日星期三。

NASA（美國航空航天局）加州帕薩迪納噴射推進實驗室的星塵計劃主持人德克斯布里表示：我們的感覺就像父母親迎接少小離家終于歸來的孩子一樣，而他帶回來的答案，將足以解開我們太陽系最深邃的謎團。

不過，在打開返回艙觀察氣凝膠采集到的樣本之前，科學家自己也不曉得它到底帶回了什么，又能解開哪些謎團。也許太空塵埃直接穿過氣凝膠，什么也沒留下來;也許返回地球的震蕩和減速讓氣凝膠解體了，變成了無用的細粉;也許星球之間根本沒有太空塵埃。

其實根本不用擔心。當科學家把返回艙帶回NASA 的實驗室打開后發(fā)現(xiàn)，氣凝膠沒有受損，而且?guī)缀跬旰脽o缺，僅表面出現(xiàn)了一些微小的鑿痕。檢查后證實，那些都是太空塵埃的進入點。面對一顆早在地球誕生之前就已經存在的彗星，氣凝膠完成了其他材料都無法達成的任務——把彗星拋出的塵埃樣本原封不動地帶回地球。

取回返回艙后，NASA的科學家花了許多年找出氣凝膠內的塵埃。他們尋找的微粒肉眼根本看不到，必須靠顯微鏡幫忙，因此才需要這么長時間。由于工程太過龐大，NASA甚至邀請民眾參與“在家找星塵”計劃——訓練民眾擔任志愿者，使用自家計算機觀察數(shù)千張氣凝膠樣本的顯微影像，尋找太空塵埃的痕跡。

這項研究已經取得了一些有趣的發(fā)現(xiàn)。其中，最令人意外的是，從Wild-2彗星上取得的塵埃中，絕大多數(shù)都帶有含鋁熔滴，但是熔滴需要1200℃以上的高溫才能形成。由于一般認為，彗星是在太陽系誕生之初形成的冰巖，且始終在冰冷的太空中飛行，實在很難想象其會有這類化合物。這使得熔滴的存在就算不是不可能，也有些令人意外。這似乎顯示，彗星形成過程的傳統(tǒng)解釋是錯的，或者，我們對太陽系的形成還有許多不了解之處。

星塵號完成任務后燃料用盡。2011年3月24日，在距離地球3.12億千米外的太空，星塵號最后一次回應，表示收到了NASA 要求停止通信的指令，接著便永遠告別了我們。目前，它正在浩瀚無垠的宇宙中航行，成了一顆人造彗星。

天空般的材料：氣凝膠

星塵號的任務結束了，氣凝膠的光輝歲月是不是也走到了盡頭？ 雖然氣凝膠是世界上最好的絕熱體，但價格太貴，人類是不是真的愿意考慮量產氣凝膠呢？目前，已有公司銷售氣凝膠絕熱體，但多半還是供極端環(huán)境（如鉆油工程）使用。

或許環(huán)境因素會讓能源價格越來越高。一旦能源費用過高，不難想象目前盛行的雙層玻璃或許會由更先進的玻璃材料取代，例如氣凝膠。研發(fā)新式氣凝膠的腳步正逐漸加快，目前已經有一些新技術能制造出具有彈性的可彎折氣凝膠，不再像二氧化硅氣凝膠那么脆弱易碎。這種名為“X 氣凝膠”的材料是用化學反應把剛硬的氣凝膠泡沫墻分解，插入聚合物分子當成鉸鏈，以增加氣凝膠的彈性。X 氣凝膠可以做成極具彈性的材料，如紡織原料，可以用來制作世界上最輕暖的毯子，取代羽毛被和睡袋之類的產品。還有，氣凝膠重量極輕，因此很適合制作極端環(huán)境使用的戶外服飾和鞋子，甚至能取代運動鞋內的泡綿鞋底，增加鞋底的彈性。此外，最近還有人開發(fā)出可導電的碳氣凝膠，以及吸收力超強、可以吸收有毒廢料和氣體的氣凝膠。

或許，氣凝膠一時還無法成為我們日常生活的一部分，除非環(huán)境變得更加極端與多變。身為材料科學家，雖然我很高興人類已經找到可以適應新環(huán)境的材料，以防全球暖化萬一無法逆轉，但我可不希望我的孩子遭遇這樣的未來。

如今有太多材料都能量產，連從前備受崇敬的金和銀也不例外。但我仍舊期望，人們能單純因為某個材料的美和意義而欣賞它。大多數(shù)人一輩子都沒機會見到氣凝膠，但摸過它的人永遠也忘不了。那是非常獨特的體驗。你把它放在手里不會感覺到任何重量，它的邊緣非常不明顯，幾乎分不清哪里是它的邊角、哪里是空氣。加上那幻影般的藍色，讓人真有抓著一塊天空的錯覺。

氣凝膠的誕生純粹出于人的好奇、天才與奇想。在這個強調創(chuàng)意并獎勵創(chuàng)造的時代，還用金、銀、鋼制作獎牌實在奇怪。若要用一種材料來代表人類能仰望天空并思考自身存在，能把巖石遍布的星球化為富饒神奇之地，能探索浩瀚的太陽系卻又不忘自身的柔弱與渺小，如果有一種材料好比藍天，那就是氣凝膠。