冥王星致敬行星科学家

蔡立英/编译

冥王星致敬行星科学家

蔡立英/编译

斯塔马迪奥斯·克里米基斯与“旅行者1号”和“旅行者2号”搭载的带电粒子探测器

在希腊希俄斯岛附近的海滩长大的斯塔马迪奥斯·“汤姆”·克里米基斯（Stamatios“Tom”Krimigis）小时候会在夜空中寻找漫游的行星。“那时候，我是如何预料到我将成为人类探索那些天体的代表之一呢？”克里米基斯问，他是位于马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）航天部的前负责人。7月14日，当“新视野”号探测器飞掠冥王星时，从科研仪器层面来说，他将成为唯一一个探访过所有这些太阳系行星的人，“那是组成梦想的东西。”

飞掠冥王星将致敬历时半个世纪的卓越非凡的行星探测事业，距离“水手4号”飞掠火星传回来自另一颗行星的第一张照片的那天已过去50年。克里米基斯作为行星磁层领域的专家，参与了这两项探测任务，并且还参与了对太阳系的所有其他行星的探访。“把握时机的确很关键，”“旅行者号”的项目科学家埃德·斯通（Ed Stone）说，对外行星的伟大探索占据了克里米基斯的一半生涯。“他明显一次又一次地向美国宇航局提出了正确的建议。”

1938年出生于希腊的克里米基斯在18岁时来到了美国，进入明尼苏达大学学习。1957年苏联人造地球卫星斯普特尼克的发射，激励了他和他那个时代的很多人去学习物理和空间科学。大学毕业后，他到爱荷华大学为詹姆斯·范艾伦（James Van Allen）工作，范艾伦是美国第一颗人造卫星“探险者1号”的首席研究员。“探险者1号”第一次探测到被地球磁场约束的质子和电子带的踪迹，被命名为“范艾伦辐射带”。克里米基斯回忆，1963年，范艾伦问了他一个将塑造他的职业生涯的问题：“他说，‘你想成为首次火星探测任务的联合研究员吗？’”

科学家们好奇其他行星周围是否存在像地球周围那样的辐射带。范艾伦是“水手4号”的受限辐射侦测器的首席研究员，该粒子探测器用来回答火星上的这个问题。这种粒子探测器实质上是盖革计数器，可以检测电离辐射的微小震动，但是不能区分X-射线，质子和电子。克里米基斯的工作是增加了一个固态探测器，通过测量入射粒子的能量来区分出是什么粒子。“我最终在发射‘水手4号’之前一个月，搞定了这个仪器。”他说。

当“水手4号”于1965年7月14日飞掠火星时，克里米基斯和范艾伦凝视着一个带状图记录指针的抖动，他们要的数据正以每秒8.33比特的速度传回来。指针几乎不移动：火星周围没有辐射带。传回来的第一幅照片也很让人失望，看不到科学家所希望的传说中的火星表面的运河状细长沟纹。克里米基斯记得，“它看起来像月球上的环形山！”几年之后，范艾伦和克里米基斯在飞往金星的“水手5号”探测器上搭载了一个粒子探测器，结果那里也没有检测到辐射带。

到了20世纪70年代初选择孪生“旅行者号”探测器的有效载荷时，克里米基斯仍然专注于带电粒子，准备好提出他自己的仪器跟范艾伦一争高下。“浪子打算反对他的导师，他有整个团队的我们这些年轻人，”位于纽瓦克的新泽西理工学院的空间物理学家路易斯·兰泽罗蒂（Louis Lanzerotti）说，他参与了克里米基斯的低能带电粒子实验，该实验胜过了范艾伦，设计用来检测比氢或氦更重的元素的原子核。

1979年，当“旅行者1号”和“旅行者2号”飞掠木星时，克里米基斯的粒子探测器检测到了被这颗巨行星的强大磁场刮起的硫和氧离子。后来，科学家们发现这些元素起源于木星的卫星木卫一上的火山。这两个探测器继续飞向土星，在那里它们发现了由土卫二水汪汪的间歇泉形成的氧离子。后来，“旅行者2号”飞掠天王星和海王星，发现了简单的质子和电子带。

克里米基斯的仪器还探索了深太空。低能带电粒子探测器有一个扫描电机会扫过近一个圆形，并从不同的方向测量粒子。这个电机——转动650万圈之后的今天仍然在工作——帮助“旅行者1号”的科学家们在一个专门的仪器失效后，临时测量了太阳风。

克里米基斯花费了一些时日，才把水星补缺到他的行星带中。他的仪器错过了“水手10号”的有效载荷，该探测器于1974年两次飞掠水星。科学家们在那次探测任务中声称找到了质子——可能是被水星的磁场约束所形成的小型辐射带。但是在2011年，应用物理实验室的“信使”号探测器抵达水星时，搭载有克里米基斯帮助设计的一个创新性粒子探测器，能够以前所未有的精度确定入射离子的电荷和速度。该探测器没有发现质子，只发现了昙花一现的电子带，几乎一形成就被附近强大的太阳磁场破坏了。

现在，终于轮到“新视野”号探访冥王星了，这个探测任务是当航天部的总部设在APL时，克里米基斯帮助促成的。他招募了该项目的首席研究员艾伦·斯特恩（Alan Stern），并在21世纪初游说美国国会支持这个探测任务继续进行下去。“新视野”号搭载的带电粒子探测器——能量粒子谱仪（PEPSSI）是“信使”号上搭载的带电粒子探测器的下一代。冥王星的大气层极其稀薄，很可能缺乏磁场，所以克里米基斯不期待找到比少量杂散的质子和电子更多的东西。但是，他准备大吃一惊：“不是对那些你认为你将会发现的东西，而是对那些你预料不到的东西大吃一惊。”他说。“新视野”号与冥王星的邂逅将会传回的数据量是“水手4号”当年探测火星时传回的数据量的5 000倍，斯特恩说。

美国特拉华大学的荣誉退休研究员诺曼·内斯（Norman Ness）是参与过21项NASA探测任务的老兵，他几乎拥有与克里米基斯相媲美的战绩。他不仅领导过“旅行者号”上的一个磁性实验（这让他发现了巨行星），还是“水手10号”的首席研究员（“水手10号”在飞往水星的途中飞掠了金星），并且是“火星全球探勘者号”的联合研究员。但是内斯说，他并没有太信任这些筹码，“我从来不把这些筹码视为一种需要担忧的标尺。”他说。

无论如何，克里米基斯的工作还没有结束。他正在等待“旅行者2号”飞出太阳系的指示信号，正如“旅行者1号”于2012年飞出太阳系那样，并且正在为他的下一个计划做准备：向内转，朝向太阳。他是“太阳探测器+”搭载的离子测量仪的联合研究员，该探测器计划在2018年发射，飞入太阳稀薄灼热的大气层——日冕层(太阳大气最外层)。克里米基斯自从20世纪70年代末就已经参与计划该项探测任务。“我毕生梦寐以求的探测计划一直都是探测太阳，”他说，“这是人类第一次探访一颗恒星。”

[资料来源：Science][责任编辑：彦隐]