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八旬老人,带领“旅行者”飞出太阳系

八旬老人,带领“旅行者”飞出太阳系

作者:高峰

日前,美国宇航局(简称NASA)宣布:“旅行者1号”探测器已经飞出了太阳系,进入到恒星系之间的星际空间。这使它成为人类第一个造访星际空间的使者。“旅行者1号”迄今已在太空飞行了36年,距离地球187亿公里,是地球与太阳距离的125倍。

目睹着“旅行者1号”渐行渐远的身影,有一个人的感情最为复杂,他就是“旅行者”项目的首席科学家爱德华·斯通(下文称斯通)。斯通参加“旅行者”项目已41年,同事们都认为,“斯通已经和‘旅行者’紧紧绑在一起了!”

因苏联发射人造卫星改学天体物理

1936年,斯通出生在美国爱荷华州诺克斯维尔市。父亲从事建筑工作,整天与机械设备打交道。斯通耳濡目染,从小喜欢看《大众科学》这类科普读物,还自己制作了一部无线电接收器。

上初中时,一位老师告诉他芝加哥大学的物理专业很有名,天才物理学家费米就在那里执教。高中毕业后,斯通报考了芝加哥大学,准备攻读核物理。1957年10月,苏联成功发射了第一颗人造卫星。这激发了斯通对天体物理的兴趣,于是他转到这一专业,并最终取得了博士学位。

此后,斯通参与设计了搭载在卫星上的宇宙射线探测装置。这项研究帮他在加州理工学院得到了一份工作,1976年他当上了物理学教授,之后还担任过物理、数学和天文学系的主任。

斯通的出色工作吸引了喷气推进实验室(简称JPL)的注意,该实验室堪称NASA最著名的实验室,负责为NASA开发和管理无人空间探测任务。JPL当时正在准备一个新项目——向木星和土星发射探测器。1972年,斯通正式加入该项目,并担任首席科学家,主要任务是协调不同科学家小组的科研工作。1977年,“旅行者2号”和“旅行者1号”先后发射升空,这个项目也被正式命名为“旅行者”。

上世纪80年代,斯通频频出现在美国的电台和电视台,向公众介绍“旅行者”太阳系探测项目,吸引了不少“粉丝”。此后在NASA的14次太空探测任务中,斯通9次担任首席科学家,5次担任联合首席科学家。由于成就卓著,斯通1984年就当选了美国科学院院士。

1991年,斯通担任JPL主任,成功领导了“伽利略”号探测器围绕木星的探测任务,并向土星发射了“卡西迪”号探测器。1997年,“火星探路者”号在火星表面成功着陆,被认为是他事业的高峰之一。2001年他从NASA退休,在加州理工学院任全职教授,但仍是“旅行者”项目的首席科学家。

36年飞行200亿公里

“旅行者”项目是NASA最雄心勃勃的星际探险计划,最初目标是对太阳系的木星和土星进行近距离探测。“旅行者2号”于1977年8月20日升空,“旅行者1号”于同年9月5日升空。作为人类出访外太阳系的第一批使者,它们还携带了一张黄金碟片,上面刻着外星人可能感兴趣的东西:115幅人类、动物以及机场的图像,地球上不同语言的问候,卡特总统的信,还有90分钟的音乐。

尽管“旅行者1号”发射晚,但它选择了一条飞行速度更高的轨道,并于1979年3月率先抵达木星;“旅行者2号”则在近4个月后才姗姗赶到。随后它们又先后向土星进发。结束对土星的探测后,“旅行者2号”改变航向,于1986年1月抵达天王星,1989年8月抵达海王星。此后两艘飞船的主要使命便是一直向前,寻找太阳系的边界。

36年来,这两位“旅行者”飞行了近200亿公里,给科学家带来许多惊喜:新发现了22颗卫星,包括3颗木星卫星、3颗土星卫星、10颗天王星卫星和6颗海王星卫星;海王星和天王星磁场有很大倾角,偏离了行星体自转轴,与太阳系其它大行星迥异;木卫一表面有活火山活动,这是除地球外唯一存在活火山活动的太阳系天体;海卫一表面存在活跃的喷泉结构以及稀薄的大气;木星、土星和海王星存在极光现象;海王星上存在超大规模的强劲飓风系统,此前科学家一直认为海王星的温度过低,不可能有大气湍动现象……

另一方面,随着科技的发展,“旅行者”也落伍了。它的内存很小,只能存储几千个词;电脑系统每秒只能处理8000条指令,远逊于我们的智能手机——每秒可以处理140亿条指令。由于能量不足,探测器上的电视摄像机上世纪90年代初就被关掉了;最初搭载的10件探测设备中,“旅行者1号”上只有4个在工作,“旅行者2号”上还有5个在工作。

给科学家当裁判

虽然“旅行者”的考察硕果累累,但作为项目总协调人,斯通自始至终都不敢放松。“旅行者2号”升空后,搭载的部分探测设备没能充分展开;半年后,它的主无线电接收器彻底坏了,工程师不得不启用备用系统……这都让斯通承担了很大压力。

斯通的手下有11位任务组的组长。由于各组都想让“旅行者”优先执行自己的任务,大家经常打架,最后只能由斯通来拍板。这么多年来,斯通已经积累了44个笔记本,上面密密麻麻地记满了每个组的工作、任务日志等。他想让所有人都知道他会综合考虑各种因素,一碗水端平。同事艾利斯·米纳曾说:“我们知道斯通永远公平。”

即使这样,冲突也在所难免。有一次,负责测量低能带电粒子的小组与光谱小组发生了矛盾——前者需要粒子探测器旋转传感器来探测太空的不同部分,但它产生的震动会干扰旁边的光谱设备,这让后者十分恼火。在斯通的调解下,双方达成了一个妥协方案:有时粒子设备会快速旋转,有时则慢速旋转以减少震动,其它时间保持静止。“结果是虽然大家仍然不开心,却是同等程度的不开心——这就是高明的谈判专家。”粒子小组的组长克里米·吉斯说。

斯通还是一个有远见的科学管理者,他早就意识到了跨专业合作的重要性。在“旅行者1号”飞近木星时,他打破常规,让不同组的科学家重新组合成4个新组,每个组都要负责所有的探测设备,迫使大家打破壁垒,跨专业交流。当然,斯通也有自己的小算盘——“这样我就不必老是充当裁判了!”

最迟到2025年,随着能量彻底耗尽,“旅行者1号”将寿终正寝。但斯通没时间伤感,因为他探索太阳系的工作还在继续。目前他是“30米望远镜”项目的副主席,该项目2020年左右在夏威夷建成后,将成为世界上最大的光学望远镜,将目光投向太阳系外更加遥远的太空。此外,斯通还在参与开发一个太阳探测器,它的热保护罩可以隔阻2000℃的高温,使它比以往任何探测器都将更靠近太阳。

每当说起“旅行者”号时,斯通最喜欢说的一句话是:“这个项目已经产生了200%的科学回报,我们学到的东西要比我们期待的多多了。”

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