冥王星致敬行星科學(xué)家

蔡立英/編譯

冥王星致敬行星科學(xué)家

蔡立英/編譯

斯塔馬迪奧斯·克里米基斯與“旅行者1號”和“旅行者2號”搭載的帶電粒子探測器

在希臘希俄斯島附近的海灘長大的斯塔馬迪奧斯·“湯姆”·克里米基斯（Stamatios“Tom”Krimigis）小時(shí)候會(huì)在夜空中尋找漫游的行星。“那時(shí)候，我是如何預(yù)料到我將成為人類探索那些天體的代表之一呢？”克里米基斯問，他是位于馬里蘭州勞雷爾市的約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）航天部的前負(fù)責(zé)人。7月14日，當(dāng)“新視野”號探測器飛掠冥王星時(shí)，從科研儀器層面來說，他將成為唯一一個(gè)探訪過所有這些太陽系行星的人，“那是組成夢想的東西。”

飛掠冥王星將致敬歷時(shí)半個(gè)世紀(jì)的卓越非凡的行星探測事業(yè)，距離“水手4號”飛掠火星傳回來自另一顆行星的第一張照片的那天已過去50年。克里米基斯作為行星磁層領(lǐng)域的專家，參與了這兩項(xiàng)探測任務(wù)，并且還參與了對太陽系的所有其他行星的探訪。“把握時(shí)機(jī)的確很關(guān)鍵，”“旅行者號”的項(xiàng)目科學(xué)家埃德·斯通（Ed Stone）說，對外行星的偉大探索占據(jù)了克里米基斯的一半生涯。“他明顯一次又一次地向美國宇航局提出了正確的建議。”

1938年出生于希臘的克里米基斯在18歲時(shí)來到了美國，進(jìn)入明尼蘇達(dá)大學(xué)學(xué)習(xí)。1957年蘇聯(lián)人造地球衛(wèi)星斯普特尼克的發(fā)射，激勵(lì)了他和他那個(gè)時(shí)代的很多人去學(xué)習(xí)物理和空間科學(xué)。大學(xué)畢業(yè)后，他到愛荷華大學(xué)為詹姆斯·范艾倫（James Van Allen）工作，范艾倫是美國第一顆人造衛(wèi)星“探險(xiǎn)者1號”的首席研究員。“探險(xiǎn)者1號”第一次探測到被地球磁場約束的質(zhì)子和電子帶的蹤跡，被命名為“范艾倫輻射帶”。克里米基斯回憶，1963年，范艾倫問了他一個(gè)將塑造他的職業(yè)生涯的問題：“他說，‘你想成為首次火星探測任務(wù)的聯(lián)合研究員嗎？’”

科學(xué)家們好奇其他行星周圍是否存在像地球周圍那樣的輻射帶。范艾倫是“水手4號”的受限輻射偵測器的首席研究員，該粒子探測器用來回答火星上的這個(gè)問題。這種粒子探測器實(shí)質(zhì)上是蓋革計(jì)數(shù)器，可以檢測電離輻射的微小震動(dòng)，但是不能區(qū)分X-射線，質(zhì)子和電子。克里米基斯的工作是增加了一個(gè)固態(tài)探測器，通過測量入射粒子的能量來區(qū)分出是什么粒子。“我最終在發(fā)射‘水手4號’之前一個(gè)月，搞定了這個(gè)儀器。”他說。

當(dāng)“水手4號”于1965年7月14日飛掠火星時(shí)，克里米基斯和范艾倫凝視著一個(gè)帶狀圖記錄指針的抖動(dòng)，他們要的數(shù)據(jù)正以每秒8.33比特的速度傳回來。指針幾乎不移動(dòng)：火星周圍沒有輻射帶。傳回來的第一幅照片也很讓人失望，看不到科學(xué)家所希望的傳說中的火星表面的運(yùn)河狀細(xì)長溝紋。克里米基斯記得，“它看起來像月球上的環(huán)形山！”幾年之后，范艾倫和克里米基斯在飛往金星的“水手5號”探測器上搭載了一個(gè)粒子探測器，結(jié)果那里也沒有檢測到輻射帶。

到了20世紀(jì)70年代初選擇孿生“旅行者號”探測器的有效載荷時(shí)，克里米基斯仍然專注于帶電粒子，準(zhǔn)備好提出他自己的儀器跟范艾倫一爭高下。“浪子打算反對他的導(dǎo)師，他有整個(gè)團(tuán)隊(duì)的我們這些年輕人，”位于紐瓦克的新澤西理工學(xué)院的空間物理學(xué)家路易斯·蘭澤羅蒂（Louis Lanzerotti）說，他參與了克里米基斯的低能帶電粒子實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)勝過了范艾倫，設(shè)計(jì)用來檢測比氫或氦更重的元素的原子核。

1979年，當(dāng)“旅行者1號”和“旅行者2號”飛掠木星時(shí)，克里米基斯的粒子探測器檢測到了被這顆巨行星的強(qiáng)大磁場刮起的硫和氧離子。后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這些元素起源于木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一上的火山。這兩個(gè)探測器繼續(xù)飛向土星，在那里它們發(fā)現(xiàn)了由土衛(wèi)二水汪汪的間歇泉形成的氧離子。后來，“旅行者2號”飛掠天王星和海王星，發(fā)現(xiàn)了簡單的質(zhì)子和電子帶。

克里米基斯的儀器還探索了深太空。低能帶電粒子探測器有一個(gè)掃描電機(jī)會(huì)掃過近一個(gè)圓形，并從不同的方向測量粒子。這個(gè)電機(jī)——轉(zhuǎn)動(dòng)650萬圈之后的今天仍然在工作——幫助“旅行者1號”的科學(xué)家們在一個(gè)專門的儀器失效后，臨時(shí)測量了太陽風(fēng)。

克里米基斯花費(fèi)了一些時(shí)日，才把水星補(bǔ)缺到他的行星帶中。他的儀器錯(cuò)過了“水手10號”的有效載荷，該探測器于1974年兩次飛掠水星。科學(xué)家們在那次探測任務(wù)中聲稱找到了質(zhì)子——可能是被水星的磁場約束所形成的小型輻射帶。但是在2011年，應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的“信使”號探測器抵達(dá)水星時(shí)，搭載有克里米基斯幫助設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新性粒子探測器，能夠以前所未有的精度確定入射離子的電荷和速度。該探測器沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，只發(fā)現(xiàn)了曇花一現(xiàn)的電子帶，幾乎一形成就被附近強(qiáng)大的太陽磁場破壞了。

現(xiàn)在，終于輪到“新視野”號探訪冥王星了，這個(gè)探測任務(wù)是當(dāng)航天部的總部設(shè)在APL時(shí)，克里米基斯幫助促成的。他招募了該項(xiàng)目的首席研究員艾倫·斯特恩（Alan Stern），并在21世紀(jì)初游說美國國會(huì)支持這個(gè)探測任務(wù)繼續(xù)進(jìn)行下去。“新視野”號搭載的帶電粒子探測器——能量粒子譜儀（PEPSSI）是“信使”號上搭載的帶電粒子探測器的下一代。冥王星的大氣層極其稀薄，很可能缺乏磁場，所以克里米基斯不期待找到比少量雜散的質(zhì)子和電子更多的東西。但是，他準(zhǔn)備大吃一驚：“不是對那些你認(rèn)為你將會(huì)發(fā)現(xiàn)的東西，而是對那些你預(yù)料不到的東西大吃一驚。”他說。“新視野”號與冥王星的邂逅將會(huì)傳回的數(shù)據(jù)量是“水手4號”當(dāng)年探測火星時(shí)傳回的數(shù)據(jù)量的5 000倍，斯特恩說。

美國特拉華大學(xué)的榮譽(yù)退休研究員諾曼·內(nèi)斯（Norman Ness）是參與過21項(xiàng)NASA探測任務(wù)的老兵，他幾乎擁有與克里米基斯相媲美的戰(zhàn)績。他不僅領(lǐng)導(dǎo)過“旅行者號”上的一個(gè)磁性實(shí)驗(yàn)（這讓他發(fā)現(xiàn)了巨行星），還是“水手10號”的首席研究員（“水手10號”在飛往水星的途中飛掠了金星），并且是“火星全球探勘者號”的聯(lián)合研究員。但是內(nèi)斯說，他并沒有太信任這些籌碼，“我從來不把這些籌碼視為一種需要擔(dān)憂的標(biāo)尺。”他說。

無論如何，克里米基斯的工作還沒有結(jié)束。他正在等待“旅行者2號”飛出太陽系的指示信號，正如“旅行者1號”于2012年飛出太陽系那樣，并且正在為他的下一個(gè)計(jì)劃做準(zhǔn)備：向內(nèi)轉(zhuǎn)，朝向太陽。他是“太陽探測器+”搭載的離子測量儀的聯(lián)合研究員，該探測器計(jì)劃在2018年發(fā)射，飛入太陽稀薄灼熱的大氣層——日冕層(太陽大氣最外層)。克里米基斯自從20世紀(jì)70年代末就已經(jīng)參與計(jì)劃該項(xiàng)探測任務(wù)。“我畢生夢寐以求的探測計(jì)劃一直都是探測太陽，”他說，“這是人類第一次探訪一顆恒星。”

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：彥隱]