飞往冥王星：26年的探索与坚持
冥王星表面（电脑合成图）
《中国新闻周刊》记者｜李腾
本文刊发于2015年7月27日总第717期《中国新闻周刊》
2015年7月14日20:52，美国马里兰州劳雷尔市的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室控制中心挤满了人。这是间不算大的办公室，摆满了显示屏，人们或站或坐，都紧张地盯着眼前的仪表显示屏。
经过9年的等待，这是“新视野号”科研团队最期待的时刻。为确保探测器集中精力工作，控制中心已经有21个小时没有与它联系。此时，新视野号与地球相距50亿公里，即便是光，也要4个半小时才能穿过其间的漫漫星空，探测器是否仍在正常运转，科研团队一无所知。
“已成功锁定探测器。”项目运营主管(Mission Operation Manager，以下简称MOM)爱丽丝·鲍曼(Alice·Bowman)通过麦克风宣布。桌上的小熊吉祥物，显示了她在这个房间里的“尊贵”地位——这只小熊，是“新视野号”在这间办公室里的替代物，此刻，它正端坐在鲍曼的显示屏旁，头戴一顶聚会礼帽，左手举着一面美国国旗，等待着宣布它使命的成功。
办公室里只听得到沉重的呼吸声，摄像师在各个座位间穿梭，力图记录下每位工作人员严峻的表情。煎熬并没有持续多久，1分钟后，鲍曼宣布：“已成功锁定遥测数据。”
“唔嗬——”控制中心全体鼓起掌来。在确认无线电频率、导航、推力、电源、温度等参数均正常后，“MOM”缓缓站起身来，郑重地对麦克风另一端的项目首席科学家艾伦·斯特恩(Alan Stern)宣布：“数据接收成功，探测器运转良好。”
话音刚落，斯特恩高举双臂，从门外冲了进来，他的脸因兴奋涨红了，他一把抓起小熊手中的美国国旗，向众人挥舞着，与每个人热烈地握手、拥抱。
从2006年1月19日，“新视野号”顺利升空，时间已有9年;从2001年11月29日，“新视野号”正式立项，已近15年;但对于这个中等身材、肌肉紧实、有着稚童般纯洁目光的人，以及“新视野号”团队的很多成员来说，这个拼尽全力、在黑暗无尽的星空中一刻不停地飞奔9年、只为与冥王星“对视”一眼的项目，几乎耗去了他们所有的科学生命。
一切要追溯到1989年5月5日。
那是全球各地都发生了扭转未来方向事件的年份，但站在漫长的宇宙演进角度来看，这件事无疑是不能忽略的。
一个在科罗拉多大学博尔德分校攻读博士学位的青年人，艾伦·斯特恩，遇见了美国国家航空航天局(以下简称NASA)行星探索部主管杰夫·布里格斯。艾伦问道：为什么不建立一个探索冥王星的任务?布里格斯回答：因为从来没有人和我提过这个。这主意听上去很棒，要不我们就试试?
尽管那时人类发现冥王星已近70年，但科学家们还普遍没有探索冥王星的兴趣。
1930年，一位名叫克莱德·汤博的24岁小伙子，依靠新型天文观测仪器和远超常人的细心，通过比对不同天区的照片底片，发现了一颗距日极远、光芒黯淡的行星。
这个发现十分鼓舞人心。人类上一次确定太阳系的最远行星——海王星的时间，是1846年。在这84年间，通过计算天王星和海王星的轨道，许多天文学家推测在海王星之外，还有一颗行星，美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔甚至已为之命名：X行星。遗憾的是，这颗行星始终没有被观测到。
根据一个英国11岁小女孩的建议，这颗行星被正式命名为“冥王星(Pluto)”。“Pluto”是罗马神话中的冥神，传说他可以使自己隐身，让人难以发现。
冥王星自此取代了海王星，成为人类认为的太阳系的远端，然而，对于它的好奇心，也因此而停滞了。
事实上，就在艾伦与NASA行星科学部主管相遇的那一天，美国旅行者2号探测器正在执行其探索外太阳系的任务。当年8月25日，旅行者2号探测器飞越海王星，拍下并传回了第一组清晰的海卫一的照片。但是，由于当时主管项目的科学家们对冥王星不感兴趣，本可以“顺便”拜访下冥王星的旅行者2号没有调转航向，直接奔出了太阳系。
艾伦很难描述他为什么对冥王星有这样大的兴趣。“我从小就对这些感兴趣。”在NASA于2015年发布的纪录片《冥王星之年》中，他回忆说，“之后便一直沉浸于此。”
幸运的是，他并不是唯一对冥王星感兴趣的人。在行星科学发展到20世纪90年代，许多太空探索技术已允许人类去造访更遥远的宇宙空间，一批对未知宇宙充满无限好奇的年轻人聚集起来，共同讨论哪里将是太空探索的新边界。
在旅行者2号项目结束后，答案呼之欲出——冥王星。
“冥王星就在那里，这就是驱使我的最大动力。”团队元老级成员马克·布伊(Marc Buie)在《冥王星之年》中回忆道：“因为我们对它知道的实在是太少了。”
艾伦·斯特恩、马克·布伊等年轻人开始自发团结起来，为实现探索冥王星的任务做准备。这个小小的年轻科学团体后来被人们戏称为“地下冥王星党”。也正是以这个小组为核心，孕育出了十多年后的“新视野号”项目。
为获得NASA的认可，从1989年开始，“地下冥王星党”将心血耗费在了两件事情上：意义和成本。
自1930年被发现以来，冥王星在“九大行星”中一直是一个特殊的存在。它既不像“第一区”的水星、金星、地球和火星那样是岩石星球，也不像“第二区”的木星、土星、天王星和海王星那样是气态巨星，包裹在零下228摄氏度寒冰中的冥王星，与前两者都不相同，它是太阳系的“孤儿”，被甩在太阳系边缘，沉默地运行着。许多人认为，对冥王星的探索无法为人类研究地球提供借鉴价值。
1951年，美国天文学家杰拉德·柯伊伯推测，海王星和冥王星并不是太阳系的边缘，还存在一个由其他天体组成的盘。天文学界之后将这个区域命名为“柯伊伯带”。但直到斯特恩团队开始酝酿探索项目，“柯伊伯带”仍只停留在人们的想象中。
转机出现在1992年。天文学家首次在柯伊伯带发现了一颗小行星，接着，越来越多的柯伊伯带小行星被发现，至2006年“新视野号”发射升空前，人类在柯伊伯带总共发现了超过1000颗小行星，并预测这一区域的小行星总量可能超过10万颗。
柯伊伯带的发现修正了人类对太阳系形成的推测。根据电脑模拟，天文学家认为，柯伊伯带应在太阳系诞生之时便已存在，那时它距离太阳更近。海王星的出现，将柯伊伯带抛向了太阳系边缘，同时也将许多太阳系形成之初便存在的物质冰封了起来，它们共同构成了太阳系的“第三区”。而作为已知的柯伊伯带的最大行星，对冥王星的成功探索则意味着可能打开了一扇进入柯伊伯带的大门。
“太阳系中的这一区域存在诸多谜团。”艾伦·斯特恩曾接受媒体采访中指出：“探索冥王星和柯伊伯带就像是在太阳系新大陆进行的考古发掘工作，可以窥探到太阳系行星形成的最初状态。”
探索冥王星的科学意义，也随着“地下冥王星党”不间断的科学发现逐渐突显出来。
在1985到1990年间，正是冥王星与其卫星卡戎交替从对方面前经过的时期，天文学上称为行星互掩现象。利用在这一过程中捕捉到的光影变化，马克·布伊和其他天文学家制作出了第一张冥王星地图。地图显示，在整个太阳系中，只有两个天体的地表对比度最大，冥王星就是其中之一。
随后，马克·布伊又借助哈勃望远镜，第一次用直接成像法观测到了冥王星地表。“我们非常兴奋，因为我们看见了人类从没见过的天体，没人见过这颗行星的真面目。”布伊在新闻发布会上这样说道。
2005年，艾伦·斯特恩和另一名团队成员哈尔·韦弗(Hal Weaver)利用哈勃望远镜再次仔细观察了冥王星和其卫星卡戎，在其周围又发现了两颗黯淡的卫星，2012年，其他科学家的发现使得冥王星的卫星数量增加到了5颗。
探索冥王星的任务逐步被NASA提上议事日程。
20世纪90年代末，NASA曾制定了一个名为“冥王星-柯伊伯快车”的探测计划，原计划2004年12月18日发射，主要探测冥王星、卡戎及其他柯伊伯带天体。然而，由于研制经费超支，NASA宣布取消该计划。
消息一公布，众多天文学家强烈抗议，也包括“地下冥王星党”成员。
他们四处游说，美国行星学会甚至发起了“拯救冥王星计划”。
2000年12月20日，NASA宣布将重新论证冥王星计划，不过他们不打算采用原来的探测方案，而是全球公开征集新的探测方案。这也是NASA历史上首次向全球公开征集太空探测方案。
NASA提出了两项苛刻的要求：一是必须在2015年前抵达冥王星，二是经费必须低于5亿美元。申请提交截止时间是2001年3月19日。这意味着，所有的前期设计工作只有不到3个月时间。
中国科学院月球与深空探测重点实验室副研究员郑永春向《中国新闻周刊》解释说，这两项规定虽然苛刻，但有其合理性。“冥王星的轨道为椭圆形，绕日运行的周期长达248年。它最近一次抵达近日点是1989年，之后便越来越远，2015年，是最快抵达冥王星的最后时机，一旦错过，这种机会就只有百年之后才有了。”郑永春说，“另外，从NASA官员的角度考虑，为一个太空探测计划等15年，可能也是公众耐心的极限了。”
“地下冥王星党”自然不能放过这个机会。一支以艾伦·斯特恩为首的西南研究院团队几乎从一开始就积极准备起来。他们的对手有4家科研机构，其中包括著名的喷气推进实验室(JPL)，后者已经成功探索过除冥王星和地球以外的所有太阳系7大行星。
为了既保证项目的科研价值，又不超出预算，团队只计划三项基本任务：分析冥王星和卡戎的地质和形态特征;绘制冥王星和卡戎的地表成分图;弄清冥王星的大气流失速度。此外，他们还计划探测冥王星的高能粒子环境、磁场、电离层、太阳风等方面的数据。
设计中的探测器包含许多先进技术。以测距技术为例，传统的测距方法是由地面控制中心发射信号，探测器接收信号后再回传至控制中心。但这种方法受距离和环境噪音影响很大。斯特恩团队设计了新的信号接收装置，增配“降噪”功能，即使是远距离，回传的测距信号依然能保持清晰，这对超远距离太空探测意义重大。
但第一轮设计成本核算下来，远远超过NASA所能承受的经费范围。
如何缩减成本成了一块心病。缩减科研内容，改进探测器尺寸，最大限度优化各项设备的能力，团队甚至还考虑过，不使用美国运载火箭发射，而租用俄罗斯的运载火箭，但无论怎样努力，仍然无法满足需要。
就在陷入困顿之际，同样对探索冥王星有浓厚兴趣的约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(以下简称APL)找到了斯特恩，希望与他联手，共同争取NASA的资金支持。
“新视野号”无线电设备首席设计师艾文·林斯科特(Ivan Linscott)是最早一批加入团队的科学家。他告诉《中国新闻周刊》：“当时斯特恩举棋不定，找每个团队成员谈话，征询我们的意见。大家都明白，APL在这个领域有非常先进的技术，只有联手，才可能既保证科研质量又降低成本。我们都表示同意。”
然而，联盟意向刚一敲定，矛盾也随即产生。
为了保证拥有足够快的飞行速度，探测器的整体重量不能超过453公斤，宽不得超过2米，为了争夺探测器上有限的空间，两支团队进行了长时间的争论。比如，双方一致同意探测器要进行太阳风的研究，但APL希望延伸他们研制的能量粒子谱仪的长度，以便为其增加相关功能，而西南研究院主张为探测器独立研制测量仪器。好在，在以项目中标、完成探索为主要目的的大背景下，双方最终达成了共识。
APL在太空探索领域的成熟技术，使得项目运行的最终成本被压缩为7亿美元，在NASA的承受范围内。当然，科研内容也有所缩水。林斯科特告诉《中国新闻周刊》：“最初设计的磁感应器被取消了，令人遗憾，但这总比项目取消好多了。”
就在提交申请的最后时刻，探测器也有了自己的名字——新视野号。据林斯科特透露，这个名字是斯特恩在慢跑中想到的，他这样向大家解释其含义：踏入崭新的世界，领略别样的风景。
然而，开启崭新世界的旅程远不是通途大道。
就在NASA的项目申请截止期前一个多月，2001年2月6日，刚刚组建1个月的布什政府公布了新的财政预算案，宣布取消对NASA探索冥王星任务的支持，转而扶持探索木卫二任务。
尽管处于项目研制的最后阶段，新视野团队成员还是抽出时间，与JPL共同游说国会，动员所有熟识的议员，大力宣传探索冥王星的意义。1周的努力之后，国会通告NASA：必须继续冥王星探索任务。
2001年4月6日，NASA宣布新视野团队和JPL团队进入最终角逐，将于当年9月18日进行最后论证。又一个意外发生了——9·11恐怖袭击打乱了整个美国的工作节奏，决战日期延至10月19日。
据事后分析，新视野号探测器并不比JPL探测器更优秀，但新视野号搭载的存储器容量高达48G，是JPL探测器的6倍，更适合长时间太空探索。另一个重要因素是，JPL历史上多次出现过成本超支问题，NASA不太信任JPL在成本控制上的“信誉”。
2001年11月29日，NASA宣布：“新视野号”探测方案最终胜出。
谁也没想到的是，仅仅3个月后，2002年1月，布什政府再次宣布取消冥王星探索计划。这一次，新视野团队决定走群众路线。他们建立了一个请愿网站，用英语、法语等8国语言，恳请全球民众“为地球发声”，最终收集到了1万余份来自世界各地的签名。美国国家科学院也不甘示弱，集体决定，将对柯伊伯带的探索列为最优先科研任务。
经过近1年的反复拉扯，2003年2月，布什政府终于正式批准了对“新视野号”探测项目的支持。而此时，距离探测器发射升空的最佳时间，只有不到3年的时间了。
为了使探测器能够获得最大飞行速度，发射“新视野号”将采用美国推力最大的巨神运载火箭，它将给予探测器16公里/秒的飞行速度。这是地球太空探测器的最快速度，只需9小时便可抵达月球轨道，而同样的距离阿波罗飞船当年用了3天。
但为了在2015年抵达冥王星，这一速度仍然不够。从1970年代起，美国的太阳系探测计划还普遍采用向木星“借力”的方法，在穿过木星轨道时，利用木星清空轨道的巨大力量，被其“甩”出去，使探测器获得一个新的加速度。
为了满足这两个条件，“新视野号”的发射时间需控制在2006年1月11日至27日之间，之后，向木星“借力”的效果将大幅减弱。若在1月29日发射，2016年6月12日才能抵达目的地;若晚于2月2日，便完全无法“借力”，“新视野号”要用12年才能完成漫长的飞行。
2004年底，一场变故差点让新视野号错过最佳发射时间。
在远离太阳的深空，探测器无法依靠太阳能供电，“新视野号”设计搭载一个小型的核反应堆，作为科研设备电源。可新视野团队突然得到通知，计划使用的核反应原料钚-238储量不足，无法满足项目需要。
一轮接一轮紧急游说后，NASA最终同意将其他项目的钚-238储备挪用一部分出来，与此同时，APL通过与政府“过硬”的关系，大大缩短了钚-238的使用审批手续。
2005年9月，“新视野号”在美国航天发射中心整装待发，发射时间终于确定为美国东部时间2006年1月17日13时24分。
但“新视野号”的磨难还没有结束。一次地面突刮强风，一次是位于约翰霍普金斯大学应用物理实验室的控制中心突然停电，发射被两度推迟，直至1月19日14时，斯特恩和他的团队终于目送巨神火箭将“新视野号”送往外太空，向他挥手告别。
“如果‘新视野号’是只猫，它可能已经死了。”斯特恩后来回忆时表示，“因为猫也只有九条命。”
然而，8个月后，一个始料未及的科学决定发生了。
2006年8月24日，国际天文联合会(IAU)为行星重新做出定义，并将冥王星踢出“九大行星”之行，降格为“矮行星”。
艾伦·斯特恩对此大为不满。2010年2月18日，他接受太空科学网站Earthsky采访时表示，他从小学到的就是太阳系有九大行星，科学家也陆续发现了上千颗和冥王星一样的星球，IAU应该将这些星球都囊括进行星队伍，而不是简单粗暴地减少行星数量。“这些星球有地心、有大气层、有四季变化、有极地冰冠、有卫星，除了质量大小之外，我看不出它们与IAU认可的行星有什么区别。”斯特恩说，“吉娃娃再小也是狗。”
郑永春向《中国新闻周刊》解释，冥王星是唯一由美国人发现的行星，也是世界天文中心从欧洲转移到美国的标志，因此在美国人心中有特殊的意义。
团队成员、行星地质学家保罗·申克(Paul Schenk)告诉《中国新闻周刊》，在设计制造飞行器时，充分考虑了远离地球、无法维修等细节，“新视野号”上的所有仪器设备都做了备份，但这种紧急状况只在升空后不久出现过一次。
“那次是遥测信号丢失，地面控制中心警报响个不停。”申克说，“我们选择先等待系统自我修复，同时探究问题的根源寻找解决办法。”最终，探测器自己解决了问题。
升空13个月后，“新视野号”顺利抵达木星轨道，并被木星加速“推”向冥王星。之后，为节省能源和运营成本，新视野号进入“休眠”状态，大部分设备自动关闭，只是每周定时向地球控制中心发送一个“平安”信息，并每年在固定时间“苏醒”50天，进行“年检”。
在只能间断接收到信号的9年间，“新视野号”以一种特殊的方式存在于控制中心——一只棕黑色的泰迪熊玩偶：探测器沉睡时，团队便给它戴上睡帽，盖上被子，让它睡觉;探测器苏醒时，它便头顶彩色聚会尖帽，端坐在“MOM”的办公桌上。
2013年7月5日，飞离地球7年半后，“新视野号”被唤醒，开始了为期9天的任务预演。“我们开启了所有的科研设备，把将对冥王星进行的任务全部排练了一遍。”申克告诉《中国新闻周刊》，“这是我们最后一次更正错误的机会。好在预演进展顺利，没有发现任何潜在的问题。”
2014年12月6日，新视野号正式结束“休眠”，并于2015年1月15日进入工作状态。此时，它已经距离地球48亿公里。
2015年7月14日，经过9年漫长的等待，新视野号终于向地球传回了第一张高清晰度的冥王星照片。人们不仅第一次直接看到了这颗具有“能够自我隐身的冥神”的真面目，而且惊讶地发现，这颗遥远而神秘的星球上，竟然有一块明显的心形地貌——它很快被命名为“汤博区域”，用以向发现冥王星的克莱德·汤博致敬。
最让行星地质学家申克震惊的是冥王星活跃的地质活动。“陆续传回的图像显示，冥王星远比人们想象的更加复杂。它直径比人们预估的大，而且地表有山峰、冰原等复杂的地貌。”
在为成功抵达冥王星欢呼过后，“新视野号”团队很快进入到繁琐的分析、整理数据工作中。
2015年7月16日，美国东部时间晚上7点，团队科学家詹姆斯·格林在推特上回答网友提问。2个小时内，共收到了276个问题。
网友最关心的是“新视野号”的未来规划。格林透露，以目前的资金，“新视野号”可以完成探测冥王星及其卫星卡戎的任务，并再探索一颗柯伊伯带小行星，然后只能取决于后续资金的情况。
但申克向《中国新闻周刊》透露说，团队已经决定，将尽一切努力尽可能多地探测柯伊伯带天体，他们还为此发起了“向新视野号捐款”的网络活动。
“对我们来说，这是今生唯一的机会。”申克说。
才华、耐心与意志，终于成就了人类与冥王星的这次百年相遇，但在林斯科特看来，他更愿意将之归因于梦想的强大力量。“我们聚集在这里，就是因为我们共同怀揣着对冥王星的梦想。”他告诉《中国新闻周刊》。
在这群人中，团队领袖艾伦·斯特恩无疑具有最重要的地位。“他探索冥王星的意志异常坚定，也感染了我们每一个人。”林斯科特说，“所以我们都叫他：Mr.Pluto(冥王星先生)。”
但当回望这数十年的艰辛与磨难时，另一位元老级成员马克·布伊只是意味深长地对《中国新闻周刊》说：“我只能说，这26年，是一段漫长但充实的旅程。”★
(实习生丁英健亦有贡献)
3）不得以之盈利；
4）完整标注文章版权信息。
5）完整标注，来自微信公号：中国新闻周刊杂志（china-newsweek）。
《中国新闻周刊》总第738期已上市。
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