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奇幻之旅

2017-08-16蒂莫西·费里斯

华夏地理 2017年8期
关键词:弗兰德土星喷气

我们赞美流传百世的创造物,如荷马的《奥德赛》、屹立不倒的桥和永恒的爱,现在让我们来赞美40年前发射的两枚“旅行者”号太空探测器,目前它们正离开太阳系,之后将永远在群星间漂荡。

每台旅行者探测器的尺寸和重量都与小型汽车相仿,它们是20世纪70年代高科技的缩影。探测器上的电脑还没有当今的数字手表先进,搭载的模拟电视摄像机也相当原始,甚至比70年代拍摄《拉弗内和雪莉》用的摄像机还要落后。但是,它们在探索星球的每一步都创造了历史,正如旅行者计划首席科学家埃德·斯通所说:“自然的创造力远超我们的想象。”

通过望远镜观察,木星看起来很平静。但实际上,旅行者号传回的影像展现了数百个肆虐的飓风、一道北极光以及三个薄薄的木星环。以前我们认为土星环屈指可数,但借助旅行者号才知道,原来里面有成千上万个小环和相互交织的物质,而理论家们曾认为它们是不可能存在的。(“我们以前一直认为自己无所不知,”天文学家布拉德·史密斯说,“结果呢!”)

以前只在地球上发现过活火山,而今它们在木星的卫星木卫一和海王星的卫星海卫一上大量出现,而且在海卫一上还能观察到液氮喷泉以40开氏度(约-233摄氏度)的温度喷发,简直令人震惊!太阳系最有可能发现外星生命的两个地方——木卫二和土卫二——因为旅行者号而揭开了神秘的面纱。这两个卫星的内核因潮汐的相互作用而振动和加热,在冰面以下似乎存在着巨大的海洋,能够让生物体茁壮成长。

这项耗费了大约1万个工作年的大型科研项目被称为“人类历史上最伟大的探险旅程之一”。

然而我们差点就错过了它。

旅行者号飞船在1976年11月,即发射9个月前,在喷气推进实验室进行了测试。虽然一开始设计的使用年限为5年,主要探索木星、土星和它们的卫星,但现在的旅行者号已经远远超过了冥王星,继续将科学信息传回地球。

关于太阳系外行星“偉大旅程”的设想始于1965年,来自航空学研究生加里·弗兰德罗,当时他在美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室做兼职,那是全球顶尖的行星际探索中心。弗兰德罗6岁时得到一本名为《天空奇迹》的书,书中插图里,行星像台阶一样排列着。“我想着,如果能穿越整个太阳系,与那些带外行星一颗颗地擦肩而过,该有多棒。” 他回忆道。

在喷气推进实验室,弗兰德罗的工作是设计出能够超越火星的飞行任务,于是他用纸和铅笔绘制了木星、土星、天王星和海王星未来的位置。根据行星的排列,他发现宇宙飞船可以利用行星轨道的动量,从一个行星弹射到下一个行星,从而获得足够的速度,这样就能在10到12年内遍访上述四个行星,而不是像常规情况下一样花费几十年。在20世纪70年代后期,有几个月的窗口期可以开展这项任务,之后就要再等175年。

在那个年代,弗兰德罗的想法显得非常大胆。当时水手4号探测器飞过火星,拍摄到21张粗糙的照片,就已经是最了不起的星际探索了。在太空中,几乎没有一个探测器能持续运行十年。如果没有持续的人工操作,完全没有办法开展复杂的远距离行星探测。在多个行星之间弹射飞行,在理论上可能行得通,但从未在实践中尝试过。

“有人告诉我:‘这是不可能的,别浪费我的时间了。”弗兰德罗回忆道。

美国国家航空航天局花了很大的功夫消化这件事,最终还是提出这项伟大旅程任务,但国会没有批准,而是选择了一个耗资更少的简化版方案,而且飞行距离只能达到土星。

旅行者号金唱片的制作人蒂莫西·费里斯在2015年1月的《国家地理》杂志上发表了有关暗物质的文章。本文是与霍华德·休斯医学研究所“树木交错的河岸”工作室合作撰写。

面对这样的结果,喷气推进实验室的航天员们按照早期顽强探险家们的路数进行回应:他们愉快地接受了这一计划,但是大家都明白国会并没有真正了解情况。他们悄悄地着手设计和建造了两台坚固的高科技航天器,都具备飞往海王星的能力。航天器中所有“限制使用寿命”的设计缺陷都被清除。导航系统中的太阳能传感器得到了强化,因此它们可以在太阳光线变暗的时候持续运行。他们还研发出节省燃料的技术,延长探测器执行任务的时间。时任喷气推进实验室主任的威廉·皮克林回忆说:“当时我们就是悄悄采取行动,没有对外宣扬。”

这个策略生效了。喷气推进实验室向世界证明,旅行者号是当时集科技大成之作,是飞向星际空间的伟大使者。于是国会决定出资赞助,支持喷气推进实验室一直以来秘密进行的任务。

旅行者号为木星轨道飞行器“伽利略”号和随后的土星轨道飞行器“卡西尼”号的发射铺平了道路,两者花了数年时间收集照片和数据,然后按命令在土星大气层上部焚烧自毁,避免影响和污染可能存在生命的卫星。如今,两台旅行者号的科研寿命也将到期,它们的无线电信号越来越弱,但仍在对太阳周围奇异复杂的等离子体空泡进行报道,与此同时,它们也已经到达太阳系和星际空间之间的指定边界。预计在2030年左右,旅行者号的钚动力发电机将会停止运行,然后探测器将最终陷入沉寂。

从那以后,旅行者号将会变成时间胶囊,而不是宇宙飞船。考虑到这种可能性,喷气推进实验室在每个探测器上放入了一张包含地球上音乐、照片和声音的“金唱片”,希望将来有外星人可以截获这些信息。两张金唱片至少可以保存十亿年,不会受到微陨石和被称为宇宙射线的高速亚原子粒子所侵蚀。

这是一段很长的时间。十亿年前,地球上最复杂的生命也只是潮水上那一层层被称为“叠层石”的蓝藻。十亿年后,灼热的太阳可能已经开始将地球的海洋烤到沸腾。然而,旅行者号仍然会在太空某处,成为人类一去不返的使者。

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