下一站,冥王星

書 名 ∣《冥王星任務:NASA新視野號與太陽系盡頭之旅》
    Chasing New Horizons: Inside the Epic First Mission to Pluto
作 者 ∣ 艾倫.史登(Alan Stern),大衛.格林史彭(David Grinspoon)。
出版社 ∣ 時報出版
出版日 ∣ 2019年4月23日

‧20億人次關注的太空計畫
‧曾登上七大洲報紙頭條
‧2018年英國大學生推薦讀物
‧出版人週刊最佳夏日讀物
‧BBC精選十本五月必讀的書
‧電影「十月的天空」作者強力好評
‧隨書附最新版「探索冥王星系統的十大科學發現」

人類登陸過月球、開發過火星,還探索過天王星、海王星……
等等,那冥王星呢?

2015年美國國慶日,航太總署(NASA)負責冥王星計畫的任務主持人艾倫.史登,手機響了起來:「我們跟太空船失聯了!」整整九年未曾斷過聯繫的太空船新視野號,卻在終於要飛掠冥王星的前十天與NASA失聯,這代表長達14年的計畫可能付諸流水,而超過2500位同仁的心血也將白費……

熟悉太空天文計畫的人,可能對於火星探測車的進展最為了解;但冥王星任務卻是NASA有史以來最完美又最省錢的計畫,在預算僅4億元的要求下,數學家與物理學家突破瓶頸:在地球跟冥王星對齊的那一年,NASA先將飛行器拋向木星,再用木星把飛行器加速拋向冥王星,十年內就可抵達目的地。

新視野號的成功,標誌著人類終於在21世紀再度探索未知星球。本書正是冥王星探測任務最權威的紀錄,無論是太空學者的熱忱、爭取計畫經費的艱困,甚至是NASA內部的權力角逐,在計畫主持人艾倫‧史登與科學作家大衛‧葛林史彭的筆下,這些不為人知的內幕將一一呈現。

放眼更遠的目的地
隨著冥王星飛掠的時間愈來愈接近,新視野號(New Horizons)團隊開始加緊搜尋,這工作他們從2011年就開始進行了。他們要找的,是某個飛行器可以攔截、然後飛掠冥王星後能研究的古柏帶天體(Kuiper Belt Objects)。能研究古老天體的機會──特別是構成冥王星等較小行星的小體積天體──正是「十年計畫」在2003年時願意為冥王星古柏帶任務背書的一大動機。

到了2013年,在約翰.史賓賽(John Spencer)與馬克.布伊(Marc Buie)率隊之下,他們用全球各大望遠鏡搜尋此飛掠研究的標的,而他們發現的許多古柏帶天體當中,在新視野燃料耗盡之前都鎖定不到。隨著2015年的冥王星飛掠愈來愈近,可以運用的時間愈來愈少,地球上對古柏帶天體目標的搜尋卻始終一無所獲。於是艾倫決定改弦易轍。在這之前,搜尋古柏帶天體所遇到的主要困難,在於地球大氣層的亂流模糊了搜尋畫面中的無數星體,以至於可能是目標古柏帶天體的那些針尖大昏暗光點,就跟星星的光線混成一堆了。要想突破這個關卡,就得用上哈伯太空望遠鏡。因為運行在地球的大氣層以外,所以哈伯望遠鏡可以提供更清晰的照片,區隔背景的密集星光與微弱的古柏帶天體光芒。

約翰與馬克,加上與這兩人聯手的哈爾.威佛(Hal Weaver),若想大幅提高搜尋的勝率,他們算出這需要哈伯繞地球將近兩百圈的觀測量,換算成時間大概是連續兩個星期—這是正常申請哈伯望遠鏡時段的十倍以上。這麼大的提案,想通過可以說是難上加難。

而且雪上加霜的是,新視野號即將在2015年飛掠冥王星,期限迫在眉睫,因此在2014年的春天,團隊已經沒有餘裕了,不可能用正常流程申請到哈伯望遠鏡的時段,因為這時申請下來,最快也要2014年的夏天才能輪到。考量到太陽與古柏帶天體搜尋視野的相對位置,時間上如何都不可能趕上冥王星飛掠。

哈伯計畫內部也有反對的聲音,認為不該讓這麼大型的搜索插隊,即便如此,新視野號團隊仍由約翰帶隊申請時段。但他們萬萬沒想到,這項申請被打了回票,再怎麼說,要研究古柏帶天體。也是「十年計畫」要新視野號的事情啊。

新視野號任務想要進行古柏帶天體的研究,就必然需要哈伯望遠鏡的幫助。難道航太總署打算眼看著新視野號在飛掠冥王星後,就此不去進行古柏帶的任務,只因為計較這兩星期的哈伯望遠鏡嗎?那也不過是2014一整年,哈伯時段的百分之二而已。要知道放掉新視野號,人類幾十年內都不會再有機會一窺古柏帶天體的面貌—而要是新視野號拿不到哈伯望遠鏡的時段,飛行器進入古柏帶後,就不會有可鎖定的目標。

艾倫向航太總署總部提出了再議。而在2014年春天,約翰.史賓賽第二次提出哈伯望遠鏡的使用申請,還有門後頭高來高去的沙盤推演之後,哈伯望遠鏡計畫的單位終於宣布,他們准許了新視野號開口要的古柏帶天體觀測時間。

觀測工作始於核准的同一周,主要是時間緊迫,因為等到秋天,太陽就會接近新視野號需要搜尋的星域,屆時這片星空就將脫離可觀測的位置點。隨著哈伯望遠鏡的觀測資料如暴雨一般降下,24小時不中斷的處理工作也隨之展開。新視野號團隊開始夜以繼日地分析影像、偵測可能的候選人,並且排定後續的確認觀測。約翰、馬克率一群博後與協力專家,協力在幾個禮拜內完成好幾個月的研究工作,因為他們知道冥王星的飛掠已經迫在眉睫,他們很快就沒辦法抽時間做了,所以每一分鐘都很寶貴。有天下午,馬克──身為資料分析工作的主帥──對艾倫與約翰說:「你們最好下來到我的辦公室,我有東西讓你們看。」有顆古柏帶天體新視野號也到得了!

隔沒多久,馬克與團隊就又在哈伯的資料裡,找到了第二顆飛行器可及範圍內的古柏帶天體,然後又是可能的第三顆,外加好幾個算是在附近、但飛行器燃料應該力有未逮的標的。後繼觀測證實,在較有機會的三顆古柏帶天體裡,有兩顆確實是能到達得了的。哈伯望遠鏡算是不負眾望,因此新視野號現在有了二選一的機會。在過了冥王星之後,飛行器可以擇一飛掠!這兩顆古柏帶天體剛好是行星構成單位,恰好是他們想要的,而且都能在2019年初飛抵,大約是新視野號揮別冥王星的三年半後。

進入冥王星的領域
在新視野號飛越太陽系的途中,艾倫時不時會刻意安排活動,或對外宣布事情,以便激發公眾的參與感,他不希望大家忘了太空中正有一艘飛行器,設法超越已探索過的行星,朝著未知的世界疾馳而去。

類似的活動,有一場辦在2008年,當時新視野號離開木星不久,剛要穿越太陽系、前往冥王星。那年十月,實際尺寸大小的新視野號複製品被「供奉」進了華府近郊,即鄰近維吉尼亞州杜勒斯(Dulles)的美國國家航空與太空博物館(National Air and Space Museum)。這稱得上殊榮—因為在來來去去、林林總總那麼多飛行器裡,獲得這種待遇的不到百分之一。在公開致詞裡,艾倫宣布新視野號攜帶了9款紀念物,正朝冥王星與無垠的太空飛去,且每一項都極具意義:

1.一盒容器,裡頭裝著冥王星發現者湯博先生的一部分骨灰,上頭還有出自艾倫手筆的銘文,介紹湯博其人。
2.第一張光碟,裡頭承載著超過43萬4千個名字,他們都參與由行星協會與航太總署主辦的「送姓名到冥王星」的活動。
3.第二張光碟,裡頭是新視野號從設計、打造到發射期間,各個團隊所有成員的照片與留言。
4.新視野號的發射地,佛羅里達州的25分美元紀念幣。
5.新視野號的打造地點,馬里蘭州的25分美元紀念幣。
6.「太空船一號」(SpaceShipOne)上的一小片碳纖維。2004年,「太空船一號」成為了史上第一艘由民間打造、能抵達太空的載人太空船。
7.第一面美國小國旗置於新視野號的左舷。
8.第二面美國小國旗置於新視野號的右舷。
9.1991年發行的美國郵票,就是上頭印著「冥王星,未經探索」的那張。讓這句話不再符合實情,也是新視野號希望在2015年一舉達成的壯舉。

艾倫在致詞最後提到,能有這9樣紀念物的陪伴同行,新視野號團隊感到十分榮幸,而他立誓只要冥王星的偵測任務正式成立,新視野號團隊就會立刻訴請美國郵政總局,請求發行新郵來紀念冥王星獲得人類探索。
在後續年復一年的飛行過程中,與外界交流的機會仍接續不斷地冒出頭來。再加上有人氣的撰文、部落格、社群媒體與公開演說的推波助瀾,在敲開冥王星大門之前的許多年月中,新視野號方得以繼續在公眾的目光中屹立不搖。

然後到了2014年的夏日尾聲,一個別出生面的場合,提醒了普羅大眾一件事情,那就是漫長的冥王星之行終於來到了最後關頭,新行星的探索已近在不到1年之後。新視野號正穿越過海王星的軌道。這是個極具象徵意義的時刻,這傳遞著一則充滿力道的訊息—下一站,冥王星!

穿越海王星軌道的情緒張力,因著一項日期上的巧合,又向上跳了一級。回到1989年的夏天,航海家二號正在探索海王星,一小群冥王星粉剛開始為了探索冥王星的可能性,因而心癢難耐、躍躍欲試,根本不會有人想像得到當時這樣的日期巧合:新視野在2014年8月25日跨過海王星的繞日軌道,而這天正好是航海家二號以最近距離飛掠海王星的25周年!

對艾倫而言,這個周年的象徵意義大到令人無法視而不見。在與航太總署的合作下,新視野號團隊辦公開活動來紀念航海家二號,同時也為了10個月多一點後的冥王星飛掠來暖場。做為活動的一環,航太總署在華府的總部辦了場座談會,在NASA TV上對全球的太空粉絲串流直播。由本書共同作者,即本身從學生時代與博後時期就是航海家號老將的大衛.葛林史彭主持,這場座談會的亮點包括新視野號團隊的科學家法蘭.貝格納(Fran Bagenal)、約翰.史賓賽、傑夫.摩爾(Jeff Moore)與邦妮.布拉提(Bonnie Burratti),四位也都曾在航海家號與海王星的遭遇中效力。來賓們一一追憶起當年航海家號飛抵海王星時,內心的悸動與啟迪,也回想起職涯早期的探險,是如何激勵了他們。如今年屆中年的他們,又再一次以團隊的身分,又一次準備探索全新的行星,而且是比前一顆更遙遠的行星[註一]。這場座談會的話題,最終來到了生涯發展與世代傳承之上。來賓們聊到一九八○年代,他們的「師傅」是如何拉拔他們成熟,而他們現在又是如何變成別人的「師傅」,看顧著新一代的年輕科學家在新視野號任務中學習成長。來賓們的盼望是有朝一日,這些年輕人都能獨當一面,在2030與2040年代帶領屬於他們的嶄新任務。這過場再完美不過了。艾倫叫了新視野號計畫裡一批年輕世代的科學家出場,當中許多人就出生在航海家號的盛年。而就跟許多廣大的民眾一樣,他們從未親眼見識過初次行星探索的熱血與喜悅,所幸他們很快就會對此有第一手的體驗。

再接下來登場的是加州理工學院的知名學者,也就是從航海家號發射後、一路領導其科學團隊的艾德.史東(Ed Stone)。史東博士一出場,就獻上一幅曾懸掛在航海家任務控制中心裡的美國國旗給艾倫,希望艾倫能掛在新視野號的任務控制中心裡。這一幕看在新視野號團隊的眼裡,內心除了激動還是激動,因為新視野號的初代計畫經理湯姆.考夫林(Tom Coughlin),才剛於兩周前撒手人寰。

那一天伴隨新視野號跨過海王星的軌道邊界,象徵性的交棒也隨之完成:探索太陽系的大纛從航海家號移交到了新視野號手中,也從一個世代傳承給了另外一個世代。過了海王星軌道,新視野號後就算是進入了「冥王星的領域」,因為這裡已經是太陽系的第三區,而新視野_號也準備好即將來臨的探測。

新視野號要發光發熱的瞬間,已然到來。

喚醒鐵鳥
飛行器跨越海王星的軌道,在地球上是里程碑等級的大事件,但新視野號本身卻從頭睡到尾,在難以理解的高速下無聲無息的冬眠。事實上從那時一直到2014年的最後,新視野號都會繼續在深度睡眠中度過,當12月來臨時,它已越過海王星軌道一億多英里。

但鏡頭拉回地球,新視野號團隊一個睡覺的都沒有。事實上,那幾個月對他們來講,每天就是像跑馬燈似一閃而過。他們有人在進行最終的飛掠模擬,有人在規畫面對媒體與公眾關注,有的人製作數十種分析冥王星系統資訊的軟體工具,也有人針對飛掠接近時要用的指令序列,進行程式碼的撰寫與測試,而且一進入2015年這指令序列就得派上用場。

2014年的12月6日,新視野號準時按進度叫醒了冬眠中的自己,在漫長的冥王星之行中,這是它最後一次這麼叫醒自己。再過短短六個月,這架飛行器就將飛掠冥王星。艾倫回憶起這一段說:⋯⋯【更多內容請見《冥王星任務》】

[註一]作者註:座談會影片網址https://www.youtube.com/watch?v=DaUhaVUN3Yc

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