陳賽

探索的沖動，內置于人性深處。

1990年，當“旅行者1號”飛船到達距離地球64億公里處時，按照卡爾·薩根博士的建議，飛船調整飛行姿態(tài)，拍下了一張回望太陽系的照片。在那張照片中，地球是一個“只有0.12像素的暗淡藍點”，這就是著名的“暗淡藍點”。

這張終極版的人類自拍照，提供了一種對人類來說意味復雜的存在主義視角：在茫茫宇宙中，人類顯得那么渺小，但與此同時，唯有人類，可以從那么遙遠的地方回望自己。

“旅行者號計劃”首席科學家愛德華·斯通教授

事實上，那也是“旅行者1號”在其漫長的旅程中拍攝的最后一張照片。為了節(jié)能，在這張歷史性的照片之后，“旅行者1號”就關閉了照相功能。此后，它獨自在茫茫太空以17公里/秒（5億公里/年）的速度飛行，直到2012年8月25日，在飛行了182億公里（121.6AU）之后，“旅行者1號”發(fā)回的數據顯示，它已經正式離開太陽氣泡（太陽風在星際介質內吹出的等離子態(tài)氣泡）的邊界，進入星際空間，成為第一個進入星際空間的人造物。

探索的欲望，深藏于人性的深處。正是在這種欲望的驅動下，人類穿越海洋，攀登高山，踏遍每個大陸的每一個角落，但是真正將人類探索精神發(fā)揮到極致的，卻是20世紀70年代發(fā)射的這兩顆小小的航空探測器——“旅行者1號”與“旅行者2號”。

2個月前，我在北大科維理天文與天體物理研究所見到了“旅行者項目”的首席科學家愛德華·斯通教授。斯通教授今年80歲，瘦瘦小小，貌不驚人，目光中卻有不可思議的銳利與敏捷，我的腦子里立刻冒出了《星球大戰(zhàn)》中尤達大師的樣子。1972年，36歲的他被美國國家航空航天局（NASA）任命為“旅行者項目”的首席科學家，此后主持“旅行者號計劃”長達40多年。

根據他提供的最近數據：“旅行者1號”目前距離地球230億公里（135.2AU），“旅行者2號”速度稍慢，距離地球167億公里（111.4 AU），預計還有兩年也將進入星際空間。兩個飛行器如此漫長的旅程，也貫穿了這位科學家的一生。

斯通教授1936出生于美國愛荷華州。1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射斯普尼克衛(wèi)星，揭開了太空時代的序幕。當時他才20歲，正在芝加哥大學讀核物理學的研究生。核物理學的很多技術與太空宇宙射線的技術是一樣的，所以他的興趣迅速從核物理轉到了宇宙射線和太空。

他說，真正讓他對太空產生興趣的，是“探索者1號”與“探索者3號”?！疤剿髡?號”是美國于1958年1月發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星，發(fā)射到地球軌道之后，發(fā)現了范艾倫輻射帶?！啊剿髡?號是一個非常簡單的設備，卻可以做出那么重大的發(fā)現，這就是當時新興的太空科學對于科學家的誘惑：知識的前沿就在那里，茫茫宇宙里那么多的未知事物在等待著被發(fā)現，你所需要做的，就是發(fā)明出合適的工具，走出去，去觀察，去發(fā)現?！彼雇ń淌诟嬖V我。

1977年，這兩顆探測器相繼發(fā)射升空的時候，被稱為NASA的“大旅行計劃”。JPL（噴氣推進實驗室）的科學家發(fā)現，每隔176年，木星、土星、天王星和海王星會出現在太陽的同一側，這意味著單一的飛行器可以借助重力協(xié)航（Gravity Assists，借助天體引力實現飛行器變軌，不僅可以有效減少燃料消耗，而且可以降低任務所需的發(fā)射能量），一次性經過4個行星。

這是一場真正的發(fā)現之旅。它們走過的每一個行星，木星、土星、天王星、海王星，都向人類呈現了未曾想象的風景。兩個飛行器上各自裝有11個科學考察設備，包括照相機、地磁儀、等離子光譜儀等，還有一個非常大的無線電天線，不斷地向地球傳回它們一路采集到的數據和照片，于是我們得以看到木星上復雜的云、風、風暴系統(tǒng)，以及“木衛(wèi)1”伊奧（Io）上劇烈的火山活動的痕跡;我們看到迷人的土星環(huán)，成千上萬的光環(huán)環(huán)環(huán)相套，像一張碩大無比的密紋唱片，密紋之上有無數神秘的輻條。

在完成了最初的土星和木星探測任務之后，兩個探測器在土星分道揚鑣?！奥眯姓?號”前往泰坦（土星最大的衛(wèi)星，大氣構成與地球非常相似，被認為可以有原始形態(tài)的生命存在），為此它不得不改變軌道，轉向太陽系平面之外，放棄剩余的旅行計劃;而“旅行者2號”則按原定計劃，繼續(xù)前往天王星與海王星。

在天王星上，“旅行者2號”發(fā)現了10個不為人知的新衛(wèi)星。它還發(fā)現，天王星的表面磁場比土星的磁場更強，曲折的磁尾呈螺旋結構，延伸近1000萬公里。

1989年8月24日，“旅行者2號”到訪太陽系最后一顆行星——海王星。根據它發(fā)回的照片，海王星是一個狂風呼嘯、飛云亂渡、生氣勃勃的世界。大氣中有無數湍急紊亂的氣旋在翻轉。海王星的南半球還有一個醒目的大黑斑，其形狀、相對位置和大小比例都與木星的大紅斑相似。

“旅行者2號”在海王星上發(fā)現了3個完整的環(huán)和6顆新衛(wèi)星，以及一個被軌道輻射帶包圍著的磁場。它對海王星衛(wèi)星“海衛(wèi)一”的考察更令科學家們激動不已：“海衛(wèi)一”比過去所想象的更亮、更小、更冷，是太陽系中最冷的一個天體，平均溫度只有-240℃，上面有冰火山，曾噴發(fā)過甲烷等冰類物質。迄今為止，“旅行者2號”仍然是唯一到訪過海王星的探測器。

斯通教授曾在一次采訪中提到，太空探索有5個前沿：第一是物理的前沿，就像“旅行者號”那樣，將飛行器發(fā)送到我們從未去過的地方;第二是知識的前沿，理解外面是什么;第三是技術的前沿，開發(fā)太空探索所需的系統(tǒng);第四是應用的前沿，利用太空的知識讓地球變得更美好;第五是人類的前沿，太空環(huán)境下人類的有效運轉。

對于80歲的他來說，每一個前沿都令人心馳神往。生命不止，探索不息。

2018年，在他的主持下，NASA將發(fā)射一個“太陽探測器+”（Solar Probe Plus），它的目標與旅行者剛好相反——“旅行者號”是走出太陽氣泡，solar probe則是要進入太陽的大氣層（日冕），到太陽風開始、太陽氣泡產生的地方，探索太陽風的起源和進化。

地球與太陽相距200個太陽半徑，“太陽探測器+”則將進入到10個太陽半徑的范圍之內，相當于5%的距離。這是人類第一次距離太陽這么近。

2020年，他主持的“30米口徑望遠鏡”（TMT）將在夏威夷的莫納克亞山上修建完成。建成之后，它將成為世界上最大的天文光學望遠鏡。透過這臺望遠鏡長達30米的巨大鏡片，科學家的目光將越過“旅行者號”，投向更遙遠的恒星系統(tǒng)，尋找宇宙中最古老的恒星與星系。

三聯(lián)生活周刊：可以說，“旅行者號計劃”是你一生最大的成就嗎？

愛德華·斯通：任何一個參與其中的人，都會認為“旅行者號”是科學生涯的高峰。因為它發(fā)現了那么多東西，而且還在繼續(xù)發(fā)現。

三聯(lián)生活周刊：你認為近40年來，“旅行者號”最大的發(fā)現是什么？

愛德華·斯通：如果必須總結的話，我認為它們最大的發(fā)現是，太陽系的天體是如此的多樣化。每個天體都如此不同，如此獨特，超出了我們之前的所有想象。

在“旅行者號”之前，太陽系內唯一已知的火山活動在地球上，誰能想到木星的一個衛(wèi)星上面有10倍于地球的火山活動？在“旅行者號”之前，我們以為只有地球上有海洋，但旅行者幫我們在木星的另一個衛(wèi)星歐羅巴冰封的地殼下面發(fā)現了海洋。我們還在海王星最遠的一個衛(wèi)星（Triton）兩極發(fā)現了間歇噴泉向外噴射高達5英里的物質，那里的溫度是零下233攝氏度。

這些發(fā)現都告訴我們，僅僅根據地球來了解太陽系，視角太過狹隘，因為“旅行者號”已經向我們展示了太陽系的天體多么的復雜和多樣化。另外，我們也必須重新思考地球，地球是如何演化的，以及變化的潛力，因為所有這些天體都在不斷變化。

三聯(lián)生活周刊：你是“旅行者號”宇宙飛船上宇宙射線系統(tǒng)的首席科學家，當時你設計這個系統(tǒng)時，首要的科學目標是什么？在此之前，曾經有過飛船裝載的宇宙射線實驗嗎？

愛德華·斯通：是的，70年代初已經有很多宇宙射線實驗，只不過那時候的設備比現在小很多，而且基本上都是在地球軌道上，或者近地球的。在“旅行者號”之前，只有兩個探測器是離開地球軌道飛往太陽系的，即“先驅者10號”和“先驅者11號”，它們都裝載了宇宙射線測量系統(tǒng)。但是，它們都還是在太陽風制造的氣泡之內觀察宇宙射線，這個大氣泡的影響遍及整個太陽系，包括海王星，屏蔽了大部分（超過75%）來自銀河系的宇宙射線。1972年，當我們最初申請“旅行者項目”時，就是希望能夠走到太陽系之外，探測太陽系之外的宇宙射線——只有走出這個太陽大氣泡之外，才能觀測到宇宙射線真正的狀態(tài)。

不過，那時候我們并不知道這個氣泡有多大，以及“旅行者號”能否堅持飛到太陽氣泡之外。1977年兩艘“旅行者號”發(fā)射的時候，太空時代開始才不過20年時間，沒有任何證據顯示它可以持續(xù)40年。

但是，“旅行者號”一路出去，還是有很多東西可以研究。我們可以研究太陽氣泡的屏蔽作用到底如何發(fā)生，是什么在阻止這些射線進來，而那些得以進來的宇宙射線又是怎么進來的？宇宙射線里其實都是普通的原子，氫、氦、氧、氮、硅、鎂、離子，只不過這些原子幾乎以光速運行，因此粒子能量非常強大，穿透力極強，會對人體構成極為有害的輻射。

“旅行者1號”1977年9月5日發(fā)射，35年后，于2012年8月進入星際空間

現在，“旅行者1號”已經離開了太陽氣泡，進入星際空間。我們可以觀測到完整的宇宙射線光譜，從進入地球的高能量射線，到銀河系最遠能量最低的宇宙射線。100年來，我們第一次知道星際空間到底有多少宇宙射線（比bubble內部多4倍），我們可以測量它們的速度有多快，射線中攜帶的離子、氮、碳、氧的成分是多少，它們是在哪里被加速的？我們還可以問更具體的關于太陽氣泡的問題，比如它的大小，為什么不是更大一點？

三聯(lián)生活周刊：“旅行者1號”觀測到的星際空間到底什么樣子？

愛德華·斯通：星際空間充滿了恒星爆炸的殘余物質。137億年前的宇宙大爆炸，一開始只是產生了氫和氦，其他的重物質，碳、氮、硅、鎂、離子……都是在恒星內部產生的。當恒星爆炸時，這些新產生的元素都返回到了星際空間，變成了星際之間的物質。所以，我們通過“旅行者1號”觀察到的就是，普通的原子因為附近恒星的爆炸而被加速到接近光速。這些爆炸發(fā)生在大約500萬～1500萬年前。從宇宙的角度來看，是新近發(fā)生的事情。

一直以來，宇宙射線的起源都是一個謎。三四十年前，我們只是大致猜測這些射線可能來自超新星爆炸，但沒有任何數據，但現在我們有很大的把握相信，它們就是500萬～1500萬年前太陽附近恒星爆炸的產物。我們可以測量這些射線存在了多久，以及是哪些恒星發(fā)生了爆炸。

三聯(lián)生活周刊：最近幾年有一些新的宇宙射線實驗，比如費米空間望遠鏡、阿爾法磁譜儀2號（AMS-02），中國去年發(fā)射了暗物質探測器“悟空號”衛(wèi)星，你如何看待這些新的衛(wèi)星和它們的研究結果？

愛德華·斯通：國際空間站AMS-02測量的是能量最高的宇宙射線，但這些都是到達地球的粒子——大概有三分之一的宇宙射線得以進入地球軌道。AMS-02能非常精確地測量有多少高速粒子到達地球，但它們不能測量太陽系之外的宇宙射線。

費米空間望遠鏡所做的，是觀測這些宇宙射線來自哪里，它們在哪里產生的，為什么速度這么快？但是，像所有的望遠鏡一樣，費米空間望遠鏡也是往外看，觀察遠方。而“旅行者號”是在觀察它當下所在的地方。

三聯(lián)生活周刊：為什么研究宇宙射線這么重要呢？

愛德華·斯通：因為它們是自然的一部分。如果你想讓宇航員到火星去，如果人要離開地球的保護，你必須考慮輻射的問題，因為這是嚴重的健康隱患。輻射有兩個源頭，一個是外面的宇宙射線進來，大概有四分之一可以進來，但這是可以改變的;另一個則是太陽本身。太陽是宇宙射線進入地球的主要屏障。當太陽活動活躍的時候，會屏蔽更多的宇宙射線，但同時自身也會產生更多的高能粒子，所以這里面有一個平衡的問題。你必須學會判斷太陽噴發(fā)有多嚴重，并提供相應的保護措施。

有時候，太陽突然噴發(fā)，噴射大量的物質和能量，到達近地空間后，可能引起地球磁層、電離層、中高層大氣等地球空間環(huán)境強烈擾動，比如破壞地球上的電力系統(tǒng)，比如1989年那次強烈的太陽風暴導致了加拿大魁北克省的電網大面積癱瘓。所以，研究這些東西不僅僅是為了學術興趣，也有非常實際的目的。我們需要理解自身生活的環(huán)境，宇宙射線是這個環(huán)境里非常重要的一部分。

三聯(lián)生活周刊：你如何看待太空探索的下一步？如果以今天的技術，你要設計一個長距離、長時間的星際飛行計劃，就像當年的“旅行者項目”一樣，你會怎么設計？

愛德華·斯通：很顯然，太陽系還有很多重要的前沿需要探索，比如那些涉及液態(tài)水的地方。在地球上，只要有液態(tài)水的地方，就有微生物。我們知道歐羅巴（木星的衛(wèi)星之一）的冰殼之下有液態(tài)水;泰坦（土星的衛(wèi)星之一）的大氣里雖然沒有液態(tài)水，但它的化學構成與地球進化出生命之前的狀態(tài)非常相似;我們還知道，火星上曾經有過水。所以，如果我們能找到液態(tài)水，我們就可以進一步探索是否有外星生命存在的證據。

三聯(lián)生活周刊：你對伊隆·馬斯克的火星移民計劃怎么看？

愛德華·斯通：我認為這是一個很美好的遠景。我想我們距離大規(guī)模火星移民還很遙遠，但他們的方向是對的——必須減少發(fā)射的成本。因為送一個人去火星，比去軌道或者月球要復雜多了。你有很多東西要發(fā)射，登陸器、設備供給、長期的生活空間……你還得把人送回來。你最好有更便宜的發(fā)射方法，比今天便宜得多的方法。

三聯(lián)生活周刊：你覺得此生能看到人類登陸火星嗎？

愛德華·斯通：不。這不是科學能決定的。

三聯(lián)生活周刊：人類去火星這件事情重要嗎？

愛德華·斯通：我不覺得這件事情有多緊迫，但我能理解為什么人們想要去火星。你可以用機器人做很多科學工作，但就跟攀登喜馬拉雅山一樣，你不會想派一個機器人過去，你想要自己去。這種探索的沖動，可能內置于人性深處，從這個角度而言，我認為它是很重要的，問題是怎么找到一種更實際的方法。

三聯(lián)生活周刊：你覺得人類會在月球上建立永久的基地嗎？

愛德華·斯通：你當然可以在月球上建一個基地，就像我們在南極有科考站一樣，問題是背后的動機是什么？這是非科學的部分。

三聯(lián)生活周刊：你如何看待霍金的“突破星擊”（Breakthrough Starshot）計劃？

愛德華·斯通：那是巨大的挑戰(zhàn)，他們也知道這個挑戰(zhàn)有多難。但重點在于，如果不試一試，你永遠不知道。第一個繞地球的Navigator不是一下子就搞定的，你可以想象它經歷了成千上萬次的失敗，直到它學會安全地繞地球運行。更大的飛船，裝載更多的食物，更多的水，更多的船員……技術就是這樣發(fā)展的。（編者按：今年4月，著名科學家霍金在紐約宣布了一項外星探索計劃。他們將制造可達到光速1/5的“納米飛行器”，在未來20年內抵達最接近地球的半人馬座阿爾法星宜居帶……他說，人類遲早要考慮在其他星球生活，飛到另一個星球去生活。）

三聯(lián)生活周刊：我們都聽說過“旅行者1號”和“旅行者2號”上的黃金光盤（golden disk），其中收集的聲音、音樂和圖像，據說是為了向外星人介紹地球的文明。在它們將近40年的旅行中，有沒有發(fā)現任何關于外星人的證據？

愛德華·斯通：黃金光盤是卡爾·薩根的想法。雖然我們說它是給外星人的信息，但其實更多的是給我們自己的信息。它是我們自己對自己宣布，人類的探索可以走到這一步，我們可以從地球送一個東西到那么遙遠的地方?！奥眯姓咛枴蹦芰亢谋M之后，將永遠停留在茫茫太空，繞著銀河系的軌道運行——即使有一天，人類消失、地球湮滅不見，作為我們存在過的唯一憑證，它仍然會在那里，每隔2.25億年繞銀河系運行一整周。

（感謝北京大學國際合作部與北京大學科維理天文與天體物理研究所為本次采訪提供的幫助）