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2014年11月17日 星期一

騰訊科技 肖華 長歌

從一開始,歐洲太空總署的“羅塞塔”(Rosetta)計畫就像是一本懸疑小說:不僅一波三折,整個過程中還不乏令人束手無策的艱難時刻。

彗星追逐者:“菲莱”背后的科学家们
“菲萊”登陸器著陸(騰訊科技配圖)

克勞迪婭·亞歷山大(Claudia Alexander)15年來一直在等待這個時刻:讓一個洗衣機大小的探測器降落在高速飛行的彗星表面。

她知道這並不容易。彗星在太空中的飛行速度高達13.5萬公里/小時,它的表面由冰川覆蓋,佈滿了巨大的岩石和深溝。她不知道彗核究竟是何模樣,可能有著如滑石粉一樣的稠度,也可能有一部分像鑽石一般堅硬。

彗星追逐者:“菲莱”背后的科学家们
“菲萊”著陸器成功降落彗星表面後,歐洲太空總署科學家開始歡呼(騰訊科技配圖)

本週三,美國太空總署(NASA)的科學家與歐洲太空總署的同行們,在德國達姆施塔特的運營中心一同靜候這個飛行器的佳音,等到了這一歷史性時刻的到來。

“羅塞塔”計畫
等待總是伴隨著煩惱。彗星的重力只有地球的六萬分之一,科學家預計“菲萊”(Philae)號登陸器大約需要7個小時才能從母船“羅塞塔”(Rosetta)自由下落到彗星表面。之後,大約要經過28分鐘的延遲,信號才能從“羅塞塔”傳回地球。

“很多事情都可能出錯,”克勞迪婭最近在加州拉肯納達石嶺的NASA噴氣推進實驗室接受採訪時說,“但是我們必須要去嘗試一下。”

從一開始,歐洲太空總署的“羅塞塔”計畫就像是一本懸疑小說:不僅一波三折,整個過程中還不乏令人束手無策的艱難時刻。

Rosetta Stone


“羅塞塔”計畫名字取自埃及“羅塞塔石碑”,該大理石石碑製作於西元前196年,於1799年時,在埃及尼羅河三角洲的海港城市羅塞塔附近發現,上面刻有用聖書體、埃及草書和古希臘文寫成的詞文,是研究古埃及象形文字的重要史料。

“羅塞塔”計畫或許是歐洲太空總署迄今為止最具野心的項目:在67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星(Comet Churyumov-Gerasimenko)經過太陽附近時,從“羅塞塔”軌道飛行器和“菲萊”著陸器上觀測這顆彗星。

彗星追逐者:“菲莱”背后的科学家们
克勞迪婭(騰訊科技配圖)

作為“羅塞塔”計畫的一名專案科學家,55歲的克勞迪婭負責管理NASA為該專案提供的各種支持,包括三台軌道設備,以及通過NASA的地面“深空網路”提供追蹤和導航支援。

她還在兩個機構之間扮演了外交官的角色,但這個角色有時非常棘手,NASA還不習慣在這樣備受矚目的任務重扮演支持角色。

“我們有自己的做事方式。”她說,“當你看到別人以他們自己的方式做事,卻沒有採用我們的模式時,我們總是想說,‘這根本行不通。’”

“我真心希望人們能明白,要做成這些事情是非常困難的。”克勞迪婭說,“所以如果能成功,我們都會激動不已,這是因為我們都有這樣一種感覺——這究竟是怎麼實現的?”


黑人女科學家的15
彗星一直以來都令太空科學家著迷不已,因為他們相信,這些天體是在太陽系誕生初期形成的,而冰凍在彗核中的物質,與行星的原始構成物質相同。

歐洲太空總署的研究人員之所以將該項目命名為“羅塞塔”,是因為他們相信,對彗星的研究將揭開太陽系的奧秘,就像羅塞塔石碑幫助我們解開了人類古代文化的一大謎團一樣。

克勞迪婭在他的電腦上方擺一張羅塞塔石碑的照片。(事實上,她還搜集了一整套羅塞塔石碑的主題用品,包括鍋墊、滑鼠墊,甚至一張她在大英博物館裡站在那塊石碑旁拍攝的照片。)

2000年,她加入羅塞塔計畫擔任專案科學家時剛剛40歲。雖然對於這樣一個職位而言,她還略顯年輕,但卻並非沒有資歷——她讀博士時的研究方向就是彗星熱物理核心建模,她之前已經參與過NASA的“伽利略”火星探測專案。

NASA管理層看來,她的年齡反而是一大優勢。“他們希望能有人從頭到尾參與這個項目。”她說。

在這樣一個以白人男性為主的行業中,她也希望以非洲裔美國女性的身份,成為這兩大機構之間的優秀聯絡員。

“我已經習慣於遊走在兩種文化之間。”她說,“對我來說,這是我人生使命的一部分——把我們從無知狀態帶入有知狀態,展開一些並非每天都可以展開的大膽探索。”

無奈的三年休眠期
當歐洲太空總署1993年批准這個專案時,他們原計劃將軌道飛行器和登陸器送到一顆相對較小的“維爾塔寧”(Wirtanen)彗星上,其直徑大約為1公里。
歐洲太空總署設計和建造“羅塞塔”宇宙飛船以及“菲萊”登陸器時,都是以“維爾塔寧”彗星為目標。但在發射前幾個月,工程師發現其中一枚火箭出現問題。於是,發射計畫被推遲,必須選擇新的目標。

好在67P彗星的尺寸是“維爾塔寧”的4倍,這也讓研究人員有了更大的施展空間。但並非所有人都相信“菲萊”可以在這顆新彗星上著陸,因為“菲萊”登陸器是針對一顆體積小得多的彗星設計的,所以其重力也要小得多。倘若新彗星密度過大,登陸器降落後可能損壞。

新的飛行計畫要將軌道飛行器送到距離太陽更遠的地方,這同樣是個問題。軌道飛行器依靠兩個翼展達32米的巨大太陽能電池板供電,如果飛行器距離太陽太遠,電池板可能無法產生足夠的電量。

歐洲太空總署的科學家和工程師被逼無奈,只能設計一項包含3年休眠期的飛行計畫。

“這令很多人都緊張萬分。”NASA噴氣推進實驗室的保羅·維斯曼(Paul Weissman)說,他是該項目的五位跨學科科學家之一,也是唯一一位來自美國的跨學科科學家。

在被問及她是否是一個敢於冒險的人時,克勞迪婭停頓了一下。

“我顯然不是那種喜歡在身體上冒險的人。我不想從飛機上一躍而下,也不想攀登懸崖峭壁,但我喜歡在生活沖承擔很多社會學上的風險。”她說,“我周圍的人沒有一個希望我從事現在這份職業,無論是家人還是朋友都不希望。”

“所以應該這麼說,我承受的是一種不同尋常的風險。”

被束縛十年的登陸者


“羅塞塔”終於在20043月開始了史詩般的太空之旅。7年後,歐洲宇航局的團隊小心翼翼地讓它進入休眠狀態。今年120日,這艘飛船上的4個鬧鐘將其從創紀錄的睡眠中喚醒。

“我在家裡盯著它蘇醒的信號,那時天還大早。”克勞迪婭回憶說,“鳥兒甚至都沒有開始鳴叫,天空還是一片黑暗——這不只是文字上的描述,還帶有一絲隱喻。”

“大約45分鐘後,我伴隨著鐘錶的滴答聲等待著,我亟不可待地渴望知道我們什麼時候會失敗……隨後,信號傳來了。上帝呀,這簡直是天大的福音。”

8月初開始,“羅塞塔”便進入了67P彗星的軌道,觀測它的表面,並搜集各種資訊,以便為“菲萊”選擇最佳登陸點——這個登陸器十年來一直被綁在“羅塞塔”上沒有施展自己的能力。

之後,他們又碰到了一個新麻煩:沒有一個理想的登陸點。

“當我們得到解析度更高的圖像時,我們的想法從‘我覺得應該在那裡登陸!’變成了‘還有沒有其他選擇?’”克勞迪婭說。

他們最終選擇了克勞迪婭所謂的“差中最優”的登陸點——那裡有足夠的陽光為“菲萊”的太陽能電池板供電,那裡的溝壑恰好比較淺,岩石也相對較少。

但當登陸日期逐步臨近時,克勞迪婭的焦慮情緒卻越發強烈。

“我目不轉睛地盯著高清圖像,心裡不停地說——我們到底是怎麼想的?那些溝壑看起來太恐怖了!”她說。

克勞迪婭在歐洲太空總署的同行馬特·泰勒(Matt Taylor)說,他們完全明白在這顆彗星上登陸所面臨的挑戰。

“我們從第一天就知道要在彗星登陸肯定需要承擔巨大風險。”他說,“畢竟,這是史無前例的項目。如果那麼容易做到,肯定早就有人做到了。”

即使“菲萊”無法完美著陸,也不會前功盡棄。這個登陸器將會在開始下降的同時立刻拍攝照片,提供迄今為止最好的彗核圖像。它底部的感測器還將傳回彗星表面的質地資料。另外一項實驗還將對彗核進行CT掃描。

“即便只是這樣,也將成為彗星科學的一大進步。”克勞迪婭說。

但這仍然無法減輕她的擔憂——“菲萊”離開“羅塞塔”奔向彗星的那一刻,必將令她揪心不已。

“我們對下降過程幾乎無法施加任何控制,所以似乎只能聽天由命。突然之間,整個事態似乎都已經不受我們掌控。”


台北京時間1113日零時5分,“菲萊”成功軟著陸彗星,成為人類首顆降落在彗星上的探測器。克勞迪婭的心終於放下了。

                                                                                                                                                                                                                            

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