那是连风都不曾抵达的地方

Jan 27th, 2011 | 目录: 新知

那是连风都不曾抵达的地方 那是连太阳都无法温暖的角落

(一)

不知道各位玩过一个电脑小游戏没有。游戏是这样的,一个场景中,充满着不同方向的引力场和斥力场。游戏者在某个特定点发射一个小球。通过选择特定的发射角度与发射方向,小球就会在屏幕上翻转盘旋,划着奇异的轨道滑向某个终点。

我想,1963年的Edward.C.Stone一定是玩过这个游戏的。或许这正是他闲暇之余设计的一个小程序。

那时,他还是芝加哥大学的一个研究生,工作之一是计算某些卫星的发射轨道。在一次计算中,他惊讶地发现,当太阳系行星排列成某些特殊形状的时候,它们的引力就可以不断地为经过它们周边的物体加速。

进一步的仔细计算表明,这种事情每大约175年才会发生一次,而这种免费午餐式的摇摆变轨加速,能在当时的条件下,用大约十二年时间,就到达原本需要花费三十年时间才能到达的海王星。

而下一次这种时机的来临,是1977年。
(二)

有诗云,一万年太久,只争朝夕。只是科学的归科学,剩下的全归钱。不要说一万年太久,就是一十二年朝夕必争,也没有一个机构肯下这种本钱。卫星上了天,不是说就算完事了,地面控制要钱,地面数据接收要钱,一个不小心卫星出状况了,抢救要钱——说是抢救,其实无非是转着圈儿搜卫星信号而已,宛若大海捞针——闲话少说,总之,啥都要钱,没有人会在一个一飞十二年花钱如流水而且随时都会跟别的男人跑掉的娇宝贝身上下注。

怎么办?只能把野心藏起来。我们根本没有去海王星的打算,但是,这摇摆变轨加速,可不只缩短去海王星的时间呐。它同样可以让去木星土星的时间,缩短到只需三到四年。

于是,小心翼翼地,科学家们在六十年代中期,紧跟着一系列成功的水手号卫星之后,提出说,既然我们的水手们如此成功,探测了火星、金星和水星,为什么不也去木星看看呢?就当是这个计划的延续好了。

NASA答应了,便有了水手计划之木星土星特航,分别叫做水手一十一号,和水手一十二号。

司马昭之心,路人皆知。哪里有什么水手的延续。很快,琵琶就被扔掉了,而半边夜叉脸也露了出来。这个计划被改名叫做旅行者计划,理直气壮地要一直飞向土星。

当时,人类还从未近距离拍摄过这两颗行星。在太空竞赛这个大环境的支撑下,计划同样通过了。而在计划的末尾,则约略提到,如果卫星够幸运够强大的话,或许,可以飞到海王星吧。
(三)

海王星?

这次,轮到NASA开始琢磨了。海王星?海王星在哪里?海王星到太阳的距离是土星到太阳距离的三倍,木星到太阳距离的六倍,以及地球到太阳距离的三十倍。这几乎已经飞出太阳系了!

啊!原来,我们还有这种指望啊……

人永远是不知足的,得到了一,还想得到二,而得到了二,就想得到三——得到了三,他就得到了万物。只是,这次NASA的兴奋与希冀,甚至超出了万物。

他们想和外星人取得联系。地球。太阳。太阳系。太阳系以外。外星人。

人生五十年,如梦似幻。七零年代的卡尔·萨根,正处在梦幻年华的黄金时刻。他刚刚在康奈尔大学走上了终生教职的道路,同时担任着NASA的顾问。在这之前,在他的推动之下,1972年发射的先驱者11号和先驱者12号,已经携带上了画者人类男女图象的铝板,向着远方飞去。这次,看上去,又是一个机会啊。

于是,新的内容被追加进了这个旅行者计划:它将携带更充分的燃料——反正,烧二十年的电池和烧五十年的电池差不多重——然后,再加进一块金盘,录入人类的资料。这东西也不太重,而且,是个软媒介,技术要求不高,开发消耗就更少了。

看起来,有百利而无一害啊。

1972年,探测土星木星和它们的卫星,也说不定溜达到天王星海王星,顺带还有很小可能跑出太阳系的旅行者计划,被正式批准了。
(四)

花开花落,花落花开。转眼间,人类历史上的第一颗卫星已经发射了整整二十二年。而前辈强者,如范阿伦、钱德塞克诸人,也逐渐老去。当年的小伙子Edward Stone,现在已经是加州理工的教授了。旅行者一号和二号于1977年先后离开了地球母亲,三年之后的现在,她们已经双双飞过了木星,并有着诸多的发现,不光观测到了第一座地球之外的活火山,还为木星找到了三个迷途的孩子。在卫星中,她们算得上交际名媛,美名远扬。

而科学家们,则开始为新的卫星做出准备了。

“朋友,你想得到我的心么?”“当然。”“那么,请遵守四条原则,多,快,好,省。”

这大抵是NASA的官员对每一个前来拜访的科学家所说的话。既要让马儿跑,还不准多吃草。、

那么,只好赚外快,打野食。这次,Edward Stone把他的小算盘,打到了太阳身上。

什么样的车最省油?

答案是不开的车。

在日地体系中,有五个引力平衡点。其中,离地球最近的那个,正好位于地球和太阳的连线上,靠近地球的这边。假如把一颗卫星送到这里,那么,就可以让它连续地观察太阳,而不需做出任何主动运动——在法向上,这是一个稳定平衡,日地引力将把这颗卫星带着绕日转动。它只需在切向上细微地调整自己的位置就好了。

NASA一定会喜欢这个计划的,Ed想,这些人虽然有钱,但是顿顿都吃能报销的公务餐。你越是抠门,就越对了他们的胃口。现在他要找的,只是一群好哥们。人多声势大,万言书远不如万人签名来得好用。

于是,在1980年的地球物理年会上,他找到了他的几个旧识与朋友,比如,旅行者计划的第一大脑,希腊人Krimigis;他在加州理工的同事,Dick Mawaldt;还有新近在旅行者计划中崭露头角的研究员George Gloeckler和他在马里兰的同事,Glen Mason。

大家都有自己的绝活和自己的兴趣。几个人碰头一商量,不若数好合一好,把每个人的仪器凑到一起,组成一颗新卫星,放到这个日地引力平衡点处。

而这时,远在地球的另一面,George Gloeckler未来最好的朋友,刚刚服完兵役,开始了他在马克思-普朗克实验室的研究员工作。
(五)

时钟开始迅速地再次向后拨动。这次,我们来到了1990年的Iowa。

一十二年之前,Eberhard Moebius还是一个小人物,他在波鸿大学拿到了自己的博士学位,然后去服了一年兵役。

而现在,四十二岁的他,在《自然》杂志上发表了论文,也拥有了属于自己的粒子飞行时间探测仪,已经是业内小有名气的研究者了。他有了自己的研究经费,更有了很多和他密切合作的朋友,其中和他关系最好的一位,是研究太阳风结构的George Gloeckler。

于是,在邀请之下,他踌躇满志地踏上了美国的土地,来到了世界上空间物理最强的Iowa大学,希望在这里打出属于自己的一片天空。

但是事情并不令他满意。短短数天时间的互相考察之中,他觉得他并没有看到他想要的,一派欣欣向荣的学术气氛。相反,空气中搀杂着一些说不出的味道来。人与人之间,似乎多了点敷衍,少了些真诚。一边参观著名的范阿伦大楼,他一边与陪同者交流。令他最感到惊讶的是,当他提出说,他可以和其他教工共用以他申请到的经费购买的仪器时,得到的是冷冰冰的答复。

“不,我们这里不这么干。仪器是属于你自己的,何必要给别人用?”

尽管如此,他还是在这里交到了一些朋友,比如系主任德怀特·尼克尔森,甚至和他竞争同一个特殊教授职位的克里斯托佛·戈尔茨。

数月之后,Eberhard同时接到了他的两位好友,George Gloeckler和Martin Lee的邀请,分别来自Maryland和New Hampshire。而Iowa这边,与他联系的人,似乎始终和他有某些隔阂。

他最终去了New Hampshire。在去New Hampshire之前,他最后造访了Iowa一趟,和尼克尔森与戈尔茨一起吃了顿饭。

“是啊,大家都只顾自己,从不合作。”尼克尔森感叹道:“但是我也没什么办法。事情变成这个样子,也不是一天两天能够解决的了。”

“他们是那里我见到的不多的真诚而友好的人。他们是例外。”多年以后,Eberhard这样评价说。

戈尔茨最终得到了那个职位,他有两个学生,一个叫做卢刚,一个,叫做山林华。
(六)

1985年,北京大学本科毕业生卢刚,来到了Iowa大学,修读空间物理博士。他选择了克里斯托佛·戈尔茨作为他的导师。他的物理基础很好,选择的课题也是理论性很强的电磁等离子体基础研究。

1986年,中国科技大学本科毕业生山林华,也来到了美国。他一开始就读的是德克萨斯农机大学。1987年,他转入Iowa大学,并同样选择了戈尔茨作为导师。山林华的研究方向是戈尔茨的另外一个主攻方向,木星的磁场研究。

经过木星的卫星并不多。在当时,主要的数据来源,仍然是1979年经过那里的两颗旅行者卫星。这同样也成为了山林华的研究的主要依靠。

山林华和卢刚后来在博士资格考试中,并列获得了第一名。

1990年,卢刚以第二作者的身份,发表了他的第一篇,也是唯一一篇论文。

1990年末,山林华博士答辩成功,他利用旅行者卫星研究的木星光环电磁效应的课题,取得了圆满成功,并得到了教授们的一致好评。旅行者的数据是独一无二的,山林华的研究,同样是独一无二的。教授们把这篇论文评为当年的优秀博士论文。

1990年末1991年初,山林华获得了Iowa大学的一个博士后职位,他仍然在戈尔茨手下工作。

1991年1月,山林华的第一篇论文发表在《天体物理杂志》上,研究方向同样是木星光环。山林华是第一作者。

1991年2月和1991年8月,山林华又以第一作者的身份连续发表了两篇文章。这两篇文章则转入了基本等离子体研究,讨论了地球的磁场扰动。

1991年5月,卢刚试图博士毕业,但是并没有通过初审。他的第二次答辩终于通过了。可惜,他希望留在美国,却并没有找到稳定的工作。

1991 年11月1日,周五,下午3点。卢刚在研讨会进行的过程中,先后开枪射杀了他的导师,戈尔茨,和组中的副教授史密斯,接着他开枪打死了山林华。他离开了组会房间,下到2楼,射杀了系主任尼克尔森。最后他来到行政大楼,打死了副校长克黎利,重伤当时在场的一名本科生学生助理,随后饮弹自尽。

从此,范阿伦大楼里,多了几分森森鬼气。而Iowa,这个之前高高在上的空间物理研究者们的圣地,也一蹶不振,泯然众人。

1993年5月,以戈尔茨、山林华和史密斯为第一、第二、第三作者的论文发表在领域内最好的杂志,《地球物理研究》上。这也是山林华为科学作出的最后的贡献。
(七)

二十年弹指一挥间。曾几何时,岁月爬上了小伙子的头,爬上了姑娘的腰。曾几何时,往日的英姿飒爽,已变得老成持重。六十岁的Edward Stone,已经做过了加州理工数学、物理和空间学院的院长,继而在前任辞世之后,担任起了旅行者计划的主要科学负责人。而两位旅行者,已经远远超过了人们的期待。

旅行者一号,于1980年掠过土星。在远远地对土卫一进行预观测之后,研究人员决定对她进行改道,让她对土卫一作出详细观测,不再经过天王星与海王星。而旅行者二号,则成为了迄今为止,天王星和海王星的唯一人造访客。

在卢刚夺去地球上最好的空间物理系的灵魂之前的1989年,旅行者们已经超额完成了她们的行星间观测,并成为了人类太空探索史上划时代的璀璨明珠。

然则,好事多磨。那颗原本要放在地日引力平衡点的卫星,虽然早在1983年,就在Glen Mason和George Gloeckler的主持下,正式提上日程,却迟迟没有获得批准。

直到又过了快十五年。

1997年年底,卫星ACE,在Stone的主持下,射入太空。这是真正属于Stone的第一颗深空探测卫星。
(八)

那是连风都不曾抵达的地方。

那是连太阳都无法温暖的角落。

那是寂寞的远处,太阳系的边缘。

十多年前,一群人曾经聚在一起讨论过,太阳系统的边界,是在什么地方。

据说,在很远很远的地方,太阳风会慢到音速以下,因此形成一个边界,叫做终止边界。这个边界再望外走,又走很远很远很远,星际粒子流将最终克服太阳风等离子体,而形成一个弓形冲击波。这个弓形冲击波的里边界,叫做氦球层顶。而这两个边界之间的地方,叫做氦鞘。它们共同构成了太阳系的最外围。

但是,没有人知道这套理论是否正确。更没有人知道,假如这套理论是正确的话,这两个边界又都在什么地方。

Just for fun,他们作了一个民意调查,五十多位科学家,每个人把自己的看法写在纸上。

结果大约是这样的:大部分人认为,终止边界会在地日距离的五十倍左右。小部分人认为可能达到六十倍,还有三四个人认为,可能有八十个日地距离那么远。

旅行者们孤独前行。

三年过去了。这些科学家在一起,又作了一次民意调查。这时,旅行者已经离太阳超过五十三倍日地距离了,什么都没有发生。

这次,大约有三分之一的人,对理论提出了怀疑。另一些人认为,七十到八十倍距离才是合理的。少数人说,或许能到九十倍吧。

而旅行者们继续孤独前行。

太阳的温暖越来越难以关照到这两位跋涉的旅人了。她们不得不开始更多地使用自身携带的化学放射电池。即使是这样,能量的供应也在逐渐减少。她们不得不勒紧裤带,节衣缩食。

1998年,光学成相设备被关掉了。她们失去了一只眼睛。

紧接着,2000年,旅行者2号的红外探测仪和紫外探测仪也被关掉了,她已经处于全盲的状态——旅行者1号还努力地半睁着她的紫外探测仪,为此,她不得不让她的左臂,太阳风等离子体观测仪停止工作。

2001年,太阳能电池板所提供的电力已经不足整个卫星供给的十分之一,她们难过地瘸了。

但是她们仍在跋涉。

2002年,旅行者2号的高效发射天线停止工作,从此她嘶哑了嗓子,靠着低效频段,以原来千分之一的速度发回数据。

地面观测人员开始动摇了:她们还能支撑多久?旅行者1号已经离太阳有九十个日地距离了,但是什么都没有看到。终止边界,氦球鞘层,氦球层顶——太空中静悄悄,什么也没有发生。只有日复一日,重复着的相同的数据。

人们终于决定,是时候放弃这两颗卫星了。她们已经垂垂老矣,或许,不再适合干什么重活了。
(九)

我们应该感谢什么呢?或许,科学最应该感谢的是官僚主义。官僚主义让科学推迟开始,但是也让科学推迟了结束。

就在层层审批之中,天际传来了波动。

2003年11月,旅行者1号进入了终止边界。

审批停止了。大家张大了嘴。

这时,旅行者1号距离太阳整整九十四个日地距离。无人能料。

而在四年之后,2007年7月,旅行者2号在八十七个日地距离处,在另一位置穿越了终止边界。

盖棺定论。理论是对的,尽管,还需要更多发展。

而旅行者们的生命,也数得到尽头了。化学放射电池不可能无休止地燃烧下去。顶多到2025年,旅行者上的最后一件科学设备也将停止运转。一切,都将归于平静。

她们哪里是水性杨花的娇气小姐。她们是身残志坚,不离不弃,天赋异禀,功勋卓著,坚韧不拔,死而后已的奇女子。

尾声

2007年,ACE的陨落已经提上日程。连续不断的太阳粒子冲击让这位在航空公司、GPS公司和手机公司中信誉颇高的预言家不堪重负。

2012年,中国的夸父将走上日地引力平衡点,取代ACE的位置,继续它为地球干了一十五年的太阳风暴预测工作。

2006年,冥王星探测器“新地平线”号从佛罗里达起飞。

2009年,Eberhard Moebius和他的同僚一起,发起了新一轮的太阳系边界探测计划——自旅行者出发之后,该计划在三十年之内被人反复提出,无一通过。

这一年,最早提出太阳风模型的Parker 86岁。Gloeckler 76岁,已经几乎无法辨认哪怕是站在对面的人的相貌。Stone 71岁,已经有了两个孙子。Mason 67岁。Moebius 61岁。即使这个卫星计划最终获得通过,他们之中也只有最幸运的那些人,才能看到卫星到达目标的那一刻。

而人类历史上走得最长的旅行者们,仍在无声地滑向远方,继续着她们寂静的旅程。

或许,她们会继续她们的幸运,在遥远的时空中的某一点,被某种生物发现,找到自己完美的归属吧……

One comment
Leave a comment »

  1. 多么远的距离,什么时候能再有这样一次行星加速的机会?现在人类的技术进步了这么多,也许我们能在某天找回来她们呢

Leave Comment