編譯 米斛

2021年7月30日，埃米利?格拉利什（Emily Gramlich）在科羅拉多州柏克萊太空軍基地登上了一架軍用C-17運(yùn)輸機(jī)。格拉利什是洛克希德?馬丁公司的測試工程師。他此前從未登上軍用運(yùn)輸機(jī)。C-17運(yùn)輸機(jī)看起來有點(diǎn)像一只吃太多的飛行鯊魚，因此，這架飛機(jī)提供伸腿的空間比商業(yè)飛機(jī)更大。但因?yàn)樨浳镎紦?jù)了很多空間，所以在這架飛機(jī)里仍然需要節(jié)約每一寸空間。一架宇宙飛船放置在巨大的船運(yùn)集裝箱中，從組裝地科羅拉多州運(yùn)輸?shù)椒鹆_里達(dá)州的肯尼迪宇航中心。這架飛船名叫“露西”（Lucy），它即將踏上更久遠(yuǎn)的旅途：為期12年、途徑8顆不同的小行星。

露西將在10月16日開始的發(fā)射窗口發(fā)射升空，前往特洛伊小行星所在的地方。特洛伊小行星是一群在木星軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)的小行星，這些小行星分布在木星周圍，部分在木星前進(jìn)方向的前面，部分在后面。從太陽系早期到現(xiàn)在的數(shù)十億年間，特洛伊小行星就一直在引力的作用下被束縛在木星軌道上。這些小行星就像太陽系遙遠(yuǎn)部分的早期方式的定格，沒有任何宇宙飛船造訪過。

露西就像一架巨大的眼鏡：直徑24英尺的大致呈圓形的兩個(gè)巨大太陽能板固定在小得多的飛船上。這兩個(gè)太陽能板就像是戴著隱形眼鏡的大眼睛，由所有器材和通信設(shè)備的飛船部分相連接。這次任務(wù)由博爾德的西南研究所牽頭，于2017年被批準(zhǔn)。在歷經(jīng)幾年的設(shè)計(jì)、組裝、測試之后，發(fā)射工作在2020年8月由洛克希德?馬丁公司啟動(dòng)。

從科羅拉多州前往佛羅里達(dá)州的發(fā)射地的旅途最為忙碌。在這趟旅途中，每半小時(shí)，格拉利什（負(fù)責(zé)測試露西）需要解開安全帶從座位上離開，記錄溫度和濕度，跟蹤船用集裝箱內(nèi)部的環(huán)境，觀察宇宙飛船暴露在什么環(huán)境中。這個(gè)集裝箱（外觀看上去像《太空時(shí)代》的戰(zhàn)栗空間）其實(shí)是一個(gè)微小的無塵室。這個(gè)昵稱“卡西尼集裝箱”之前曾帶著另外8艘宇宙飛船穿越這個(gè)國家，其中包括同樣叫作“卡西尼”的土星探測器。

露西絕對(duì)體驗(yàn)過比在巡航高度、在箱子中穿越半個(gè)大洲的旅途更糟糕的經(jīng)歷。在洛克希德?馬丁公司位于丹佛郊外的設(shè)施里，工程師震動(dòng)、加熱、冷卻這個(gè)探測器，并把模擬太陽光打在探測器上，從而確保它能夠應(yīng)對(duì)宇宙和發(fā)射過程中的極端環(huán)境。他們測試了軟件的代碼，檢查了各個(gè)部件的電流。按照工程師的說法，所有系統(tǒng)組成了一個(gè)整體，所以，所有系統(tǒng)都被運(yùn)往佛羅里達(dá)，在那里露西將按計(jì)劃在發(fā)射前通過最終測試。

格拉利什說：“前往其他行星的任務(wù)是一項(xiàng)充滿壓力的工作?！边@樣的任務(wù)的發(fā)射窗口比發(fā)射人造地球衛(wèi)星的窗口更窄。因此讓露西通過倒數(shù)第二項(xiàng)測試，并最終安全抵達(dá)肯尼迪航天中心趕上發(fā)射窗口是重要的里程碑。格拉利什說：“現(xiàn)在，在發(fā)射地點(diǎn)，有更加刺激的環(huán)節(jié)?！甭段魅蝿?wù)取名自1974年發(fā)現(xiàn)的人類祖先南方古猿的部分骨架化石。這個(gè)化石的發(fā)現(xiàn)改變了人類對(duì)自身起源和進(jìn)化的認(rèn)知。這個(gè)研究組希望這架宇宙飛船將通過了解太陽系的星辰和演化，對(duì)行星科學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)，就像露西的骨架之于古人類學(xué)一樣。

在太陽系剛形成時(shí)，太陽周圍環(huán)繞著由碎片組成的扁平狀塵埃盤。大的巖石塊和小的塵埃逐漸堆積在一起，越來越大并最終成長為現(xiàn)在我們看到的整齊的行星。小行星則是這個(gè)過程中被舍棄的材料。NASA露西項(xiàng)目的科學(xué)家湯姆?斯塔特勒（Tom Statler）說：“小行星是行星形成之前就存在并保留到現(xiàn)在的小碎片?！?/p>

他把小行星研究比作金字塔研究，如果金字塔本身是木星、土星、天王星和海王星，那么特洛伊小行星就是組成它們的材料。通過研究建造完成的金字塔并不能讓我們了解足夠多的信息，我們需要通過尋找廢棄工地來探尋有關(guān)它們起源的信息。斯塔特勒說：“這些最終形成特洛伊小行星的天體都在外太陽系形成，后來移動(dòng)并停留在它們現(xiàn)在所在的位置。它們就是一些本該清除但仍留在那里的天體?！?/p>

即使地球是一顆巖石行星而不是氣態(tài)巨行星，研究這些位于外側(cè)的行星仍將為我們提供很多關(guān)于太陽系形成的信息。斯塔特勒說：“在太陽系形成的過程中，太陽系的空間逐漸被打掃干凈，因此不再單獨(dú)形成新的行星。地球的演化和太陽系的演化密不可分，因此，為了了解地球，我們需要了解其他行星是如何形成和演化的?！?/p>

露西主要攜帶三個(gè)設(shè)備：L’LORRI、L’TES 和 L’Ralph。L’的前綴表示這些設(shè)備屬于露西任務(wù)。這些設(shè)備都是基于之前其他探測器的設(shè)備設(shè)計(jì)。LORRI和Ralph是冥王星和柯伊伯帶探測器“新地平線”號(hào)所攜帶。西南研究所太空任務(wù)部副主管米歇爾?文森特（Michael Vincent）說：“L’LORRI的意思是‘露西?洛里’。”O(jiān)TES是探索本努（Bennu）小行星的OSIRIS-Rex探測器的一部分，部分來自先前探索火星的軌道探測器上被稱為TES的設(shè)備。文森特說：“我們需要堅(jiān)持克服我們已知的困難?！?/p>

L’LORRI本質(zhì)上是一個(gè)神奇的相機(jī)，其清晰度很高，能夠在600英里外拍到200英尺的坑。通過給這些坑定位，我們能了解這個(gè)小行星的過去。這個(gè)相機(jī)也能觀察光環(huán)和衛(wèi)星，并能把露西導(dǎo)航到目標(biāo)小行星去。畢竟小行星在遙遠(yuǎn)的位置只能看到一個(gè)小點(diǎn)，在這些小點(diǎn)中確定航向的目標(biāo)并不是一件容易的事情。文森特說：“這些天體在其軌道上并不是很大，并且我們要加速?！?/p>

L’TES類似于非接觸式溫度計(jì)，就像平時(shí)用于新冠篩查的那種溫度計(jì)。但這個(gè)設(shè)備不是對(duì)著額頭，而是對(duì)著小行星上的點(diǎn)，通過測量這個(gè)點(diǎn)輻射的紅外線來采集溫度數(shù)據(jù)。文森特說：“通過反復(fù)掃描小行星表面一段時(shí)間后，我們就能制作小行星的整體圖像?！彼麄兊哪繕?biāo)是測量“熱慣量”，也就是小行星不同部分升溫或降溫的快慢。這個(gè)數(shù)據(jù)能夠反映小行星的物質(zhì)構(gòu)成。例如：沙子和巖石儲(chǔ)存熱量的能力是不同的，在日落的海灘漫步時(shí)，你就會(huì)注意到這一點(diǎn)。

最后一個(gè)設(shè)備L’Ralph包括兩個(gè)子設(shè)備。一個(gè)用于分析紅外線的設(shè)備叫LEISA。像分析指紋一樣，它會(huì)通過分析紅外線波長特征來尋找對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，比方說，水和甲醇就有不同的紅外線波長特征。通過這種方法我們可以區(qū)分小行星上的巖石、冰、有機(jī)物和含水的礦物。另一個(gè)五色相機(jī)叫作MVIC，可以拍攝從紫外到近紅外波長范圍的光，這個(gè)波長范圍包括了全部的可見光。不同的顏色能夠反映出小行星的物質(zhì)組成。比方說像層狀硅酸鹽這樣含水的礦物是紅色的，而含硫酸鐵的礦物隕硫鐵則是紫色的。

西南研究所的卡里?霍韋特（Carly Howett）是負(fù)責(zé)L’Ralph設(shè)備的科學(xué)家。一般來說，紅色是她最喜歡的光，因?yàn)榧t光比其他光更亮，能展現(xiàn)更多細(xì)節(jié)。她說：“如果我們?cè)谧仙ǘ伟l(fā)現(xiàn)小行星的活動(dòng)并且紫色光亮了起來，那紫色可能成為我喜歡的新顏色?！钡徽搱D像最終是什么樣的，她都十分期待目睹這些人類從未觀察過的小行星的樣子。她說：“第一次看到新事物永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí)?！?/p>

但露西需要很長時(shí)間才能抵達(dá)這些小行星，原因是這些小行星所漂浮的氣態(tài)巨行星被稱為“外行星”。在前往那里之前，露西會(huì)兩次飛掠地球來進(jìn)行兩次引力助攻。格拉利什正期待這樣的時(shí)刻，分別在2022年和2024年，那時(shí)這架飛船將圍繞地球快速彈起。和格拉利什一樣的人將能夠抬頭看到他們?cè)O(shè)計(jì)、建造、測試的宇宙飛船及其點(diǎn)火發(fā)射。

發(fā)射后第四年，露西將飛掠名為“唐納德?約翰遜”的非特洛伊小行星。露西將在那時(shí)進(jìn)行一系列測試。在這個(gè)中段目標(biāo)點(diǎn)完成測試后，露西將在之后的兩年里繼續(xù)她的旅途，直到其最終抵達(dá)特洛伊小行星所在的位置。露西會(huì)先花費(fèi)一年多的時(shí)間來觀察5顆位于木星前方的特洛伊小行星。這5顆小行星直徑最小的只有半英里，最大的有40英里。所有小行星都將通過飛掠的方式進(jìn)行觀測。露西的組裝、測試和發(fā)射行動(dòng)主管克里?普里庫爾（Cory Prykull）說：“飛船將飛掠這些小行星，就像從手指間穿過一樣；我們沒有登陸這些小行星的計(jì)劃。”

完成這5顆小行星的飛掠之后，露西將完成令人驚奇的轉(zhuǎn)彎：轉(zhuǎn)向地球。露西將會(huì)返回地球，在地球引力的作用下繞地球一周，沖向在木星后方的另一群特洛伊小行星。對(duì)于我們來說，露西似乎就像空中劃過的一道光，回到我們身邊然后永遠(yuǎn)離開我們，飛向人類從未靠近的遙遠(yuǎn)地方。返回地球，再回到特洛伊小行星將耗費(fèi)超過4年的時(shí)間。

當(dāng)露西回到太陽系外行星所在的位置時(shí)，這架飛船還有最后一項(xiàng)任務(wù)要完成。2033年，當(dāng)露西抵達(dá)位于木星后方的特洛伊小行星時(shí)，她將遇到一對(duì)直徑分別為70英里和65英里小行星雙星。露西將在完成其他任務(wù)之后飛掠這對(duì)小行星。通過這一計(jì)劃，科學(xué)家可以比較位于木星前方和后方的特洛伊小行星的數(shù)據(jù)。在飛掠這對(duì)小行星雙星之后，露西將完成她的基本任務(wù)，停留在位于特洛伊小行星的穩(wěn)定軌道上。

或許有人會(huì)問：“為什么要花這么多時(shí)間前往這么多的目標(biāo)小行星，它們不都是巖石嗎？”對(duì)于這一疑問，解答的關(guān)鍵點(diǎn)在于多樣性。就像斯塔特勒所說：“沒有一顆小行星只是‘另一顆小行星’。”

在任務(wù)過程中，露西將從會(huì)合點(diǎn)使用高增益天線向地球傳回圖像和數(shù)據(jù)。但考慮到露西與最后一顆小行星見面要到2033年，至少需要在飛船發(fā)射后的第12年，完整的數(shù)據(jù)才能傳回地球，這項(xiàng)任務(wù)的副主任研究員卡西?奧爾金（Cathy Olkin）說：“在研究外太陽系時(shí)，你必須足夠耐心?！?/p>

隨著露西降落在機(jī)場，這架飛船正在經(jīng)歷最后的檢查。在8月的第一周，露西團(tuán)隊(duì)經(jīng)受了一次“行動(dòng)準(zhǔn)備情況檢查”。奧爾金說這項(xiàng)檢查意味著“坐在操作臺(tái)前，準(zhǔn)備和假裝正在實(shí)際發(fā)射。我們需要預(yù)演所有可能發(fā)生的情況”。

隨后，工程師檢查每一根導(dǎo)線來確認(rèn)：電流是否正常，電腦和設(shè)備是否能夠像裝箱之前那樣工作。這是格拉利什的特長。格拉利什說：“我喜歡這個(gè)測試，因?yàn)槲覀冃枰瑫r(shí)打開所有器件。”測試結(jié)果表明：飛船上所有的儀器部件都符合設(shè)計(jì)的要求。

接下來露西將接受最終的通信測試，從而確保飛船能夠傳回?cái)?shù)據(jù)并接收地球發(fā)出的指令。在一些環(huán)節(jié)中，檢測團(tuán)隊(duì)會(huì)把一束強(qiáng)光打在探測器背面，來確保散射的光子不會(huì)進(jìn)入不該進(jìn)入的地方甚至干擾儀器工作。

隨著發(fā)射的臨近，露西被放置在火箭的最上方。格拉利什和他的團(tuán)隊(duì)將會(huì)最后一次進(jìn)行電子設(shè)備測試。所有設(shè)備的封裝會(huì)被撤下，而這架飛船將經(jīng)受最后一次檢查。之后露西會(huì)被啟動(dòng)和準(zhǔn)備發(fā)射。格拉利什說：“當(dāng)這架宇宙飛船離開地面時(shí)，我們測試團(tuán)隊(duì)才能松口氣。”

資料來源Wired