“旅行者”号：任务背后的男人

埃德·斯通是那种只需看一眼水龙头，就能瞥见人类探索外部极限的人。

我们蜷缩在他加州理工学院极简主义的办公室里，讨论他为美国宇航局（NASA）双子“旅行者”号太空探测器工作四十年的经历。突然，他觉得我们的对话变得过于抽象。2012年夏天，“旅行者1号”成为第一个进入星际空间的探测器，斯通希望我（和你）真正感受到这意味着什么。于是我们前往大厅尽头的小厨房，进行了一次动手科学讲解。

斯通解释说，所有关于星际空间之旅你需要知道的，都在水槽里。他推开把手，一股粗大的水流冲击着水槽，形成一个圆形水花。这个圆圈内的区域就像地球和其他行星周围的空间：一个被太阳风淹没的区域，太阳风是来自太阳的快速向外运动的粒子流。水槽边缘的区域就像星际空间，那里恒星之间相对较冷的星际气体微弱地向我们内部溅射。而中间呢？

埃德·斯通在1972年加州理工学院授课，同年他成为行星跳跃式“旅行者”任务的项目科学家。| 鸣谢档案馆/加州理工学院
档案馆/加州理工学院

“注意这里如何形成一个厚厚的环？那就是终止激波，”斯通兴奋地说。他的手指在水槽中缓慢地描画着这个圆圈。两种竞争性水流之间的边界——一股由水龙头水流向外推，另一股绕着环流向排水口——反映了太阳风和星际流之间清晰的边界。就像在水槽中一样，边界以激波的形式出现，这是一个将内部与外部（尽管它在三维空间中扩展，使其成为一个气泡而不是一个环）分隔开来的巨大扰动。斯通就是这样知道“旅行者1号”何时进入星际空间的：它穿过了一个湍流粒子屏障，就像一艘小船在水槽中航行，从圆圈内部穿行到外部。

斯通所到之处，皆见前沿。在他的职业生涯中，他横跨整个太空时代，设计了第一批卫星科学仪器，指导了火星上和火星之外寻找生命支持条件的工作，最重要的是管理了“旅行者”任务的科学团队，探索了木星、土星、天王星和海王星及其卫星——这是有史以来最伟大的探险。现在，他已将智人转化为一个星际物种，80岁高龄的他赢得了反思自己所做一切的时刻。

“这些旅程具有历史意义，非常类似于地球首次环球航行等经典探索之旅，”斯通说。“它具有相同的特质：到达有史以来最远的地方，进入我们从未涉足的区域。”但他的工作远未结束。实际上，它永远不会结束。

时机就是一切

斯通亲身实践、厨房水槽式的探索方法根深蒂固。二战期间，在爱荷华州伯灵顿，他小时候玩晶体收音机，修理高保真放大器。“那时候，大家就是这么做的。收音机是当时的现代科技，”他咯咯笑着说。后来他去了芝加哥大学，被核物理吸引——那是当时的前沿科学——直到更新的可能性出现。

“我正要回校上秋季学期时，看到了苏联发射了斯普特尼克的头条新闻，”他说。那是1957年10月。到第二年夏天，他就在研究如何研究宇宙射线，这种起源于外太空的神秘粒子。太空物理学在那时是一个广阔的领域，斯通对电子设备的深入了解证明是一项宝贵的技能。到1961年，他正在为美国政府设计自己的宇宙射线探测器。三年后，他搬到加州理工学院，并共同创立了空间辐射实验室，在那里他开始了一些最早的太阳高能粒子研究。

[本文最初以《星际人》为题刊登]

斯通在NASA快速发展时期成长起来。他的成长时期也恰逢其时。20世纪60年代末，喷气推进实验室（由加州理工学院运营的NASA中心）的一群科学家意识到，木星、土星、天王星和海王星即将形成一种特殊的交错排列。宇宙飞船可以利用这种排列有效地前往所有四颗行星，每颗行星都会提供引力助推以加速。这种行星构型每176年才发生一次。1972年，理查德·尼克松总统批准发射一对相同、冗余的宇宙飞船，“旅行者1号”和“旅行者2号”，以抓住这个机会。斯通成为该任务的项目科学家，11个科学团队的领导者。他当时只有36岁，但他已经建造并发射了五颗不同卫星上的仪器，对这项巨大的新责任毫无顾虑。

“旅行者2号”于1977年8月20日发射，“旅行者1号”在16天后紧随其后，斯通在卡纳维拉尔角控制室看着它冲向天空。（“旅行者1号”之所以得名，是因为其更短、更快的轨道意味着它将是第一个抵达木星的探测器。）

这两艘双子探测器与以往任何飞行器都不同。每个都携带10台独立的科学仪器，包括照相机、磁力计和带电粒子测量设备，以及一台最先进的八轨磁带数据记录仪和一台长寿命放射性发电机。“这些也是第一批自动飞行的航天器，”斯通带着理所当然的骄傲说道。它们可以进行测量、收集图像，甚至无需地面指令就能进行特定的航向修正——所有这些都只使用了现代智能手机1/100,000的计算能力。

发射后，斯通利用18个月飞往木星的时间作为磨合期，一个平静的时期来了解他的机器人特使的怪癖。然后在1979年3月，“旅行者1号”抵达木星，疯狂开始了。

冰与火的世界

木星是太阳系中最大的行星，拥有多样化的卫星系统，而在1979年，它几乎未经探索。“旅行者1号”带来的第一个也是最大的惊喜之一是木星的卫星木卫一。在早期的图像中，它像一个巨大的披萨，没有发现一丝预期中的陨石坑。同时，试图测量木卫一温度的尝试不断给出不一致、荒谬的结果。

解决方案来自“旅行者”号的导航专家琳达·莫拉比托。在一个清晨的图像审查中，她调高了对比度，寻找她预期会在背景中看到的一颗恒星。然而，她的目光却被木卫一旁边一个奇怪的、伞状的光斑吸引。“那是什么？”她自言自语道。几个小时后，莫拉比托和她的同事们研究了这张图像，然后请斯通来看一眼。“他的眼睛简直闪闪发光，”她回忆道。

斯通立刻明白了科学家们正在讨论的内容：这个伞状物一定是一个巨大喷发的羽流，这是木卫一是太阳系中火山活动最活跃的世界的第一个迹象。当时普遍的观点是卫星是小型、惰性天体，因此在木卫一上发现熔岩湖和硫磺喷射器令人震惊。

“这表明无论我们认为自己知道多少，我们的经验都不够广泛，”斯通说。行星科学家们发现，与木星及其其他大卫星的引力相互作用在木卫一上产生了强大的潮汐，这反过来又通过摩擦产生强烈的热量。这一过程现在被认为是整个太阳系中的一个重要机制。

四个月后，“旅行者2号”抵达木星时，这颗巨行星再次被它的一颗卫星抢尽风头。木卫一的邻居木卫二的图像显示出另一个完全出乎意料的景象：像撞球一样光滑，几乎是白色，除了一个由细小、模糊的棕色裂缝组成的网络。“它看起来就像一片冰盖，”斯通说。三十多年后，行星科学家们仍在解读这个神秘的世界。

与木卫一类似，潮汐加热也使木卫二充满活力。然而，在这种情况下，热量产生的不是火山，而是木卫二冰壳下晃动的温暖海洋。今天，许多研究人员认为木卫二的内部海洋是寻找外星生命最有可能的地方之一。

越过环带

在木星之后，“旅行者”号团队经历了一段漫长的紧张准备期。从某种意义上说，并没有发生太多事情；探测器处于自由飞行状态，缓慢地穿越5亿英里的距离前往土星。

美国宇航局为“旅行者1号”在土星任务设定了两个关键目标：研究土星复杂的环系统，并仔细考察其最大的卫星土卫六，土卫六的成分与早期地球相似。进行这些观测要求“旅行者1号”飞往土星的旅程将其甩出太阳系平面。如果一切顺利，“旅行者2号”可以采取不同的路径，冒险前往天王星和海王星。但如果不行，“旅行者2号”将接管主要飞行计划，并且将没有扩展的行星之旅。

“旅行者1号”于1980年11月抵达土星。令斯通兴奋的是，它显示土卫六拥有一个比地球还深厚的大气层，充满了有机化合物。三十五年后，行星科学家们仍然对土卫六的甲烷暴雨和滚滚的焦油尘沙丘惊叹不已。至于土星环，斯通用两个精辟的词语总结道：“完全离奇”。“旅行者1号”观测到编织状图案和与行星同步旋转的对比鲜明的辐条。这些辐条可能由环内的静电荷引起，但其性质仍然是个谜。

土星会合取得了成功，于是NASA继续执行A计划：“旅行者1号”向着恒星飞去，而“旅行者2号”则驶向天王星及更远的地方。但这并非一帆风顺。“旅行者2号”飞越土星期间，它的扫描平台失去了运动能力，这个转盘用于将仪器对准正确的目标。在接下来的几年里，工程师们开发出命令，使扫描平台重新运动起来。他们还重新编程“旅行者2号”，使其能够在太阳系外非常微弱的光线下更好地成像，并以更有效的方式传输数据。到1986年1月24日抵达天王星时，“旅行者2号”已准备就绪。

最后的行星

斯通在讲述“旅行者2号”前往两个完全未探索的世界的旅程时，语气几乎变得梦幻。在天王星，“旅行者2号”发现这颗行星的磁场是侧向的，表明其内部构造与任何其他行星完全不同。这在行星和太阳风之间产生了独特的相互作用，这是斯通特别感兴趣的话题。但再次，一些最大的惊喜来自卫星，尤其是米兰达。“它直径只有300英里，却拥有我们所见过的最复杂的地质表面之一，”他说——一个不匹配几何形状的混合体，也许源于一场古老的灾难将其粉碎成碎片，后来又凝聚成我们今天看到的混乱卫星。

三年后，即1989年8月，“旅行者2号”在海王星释放了另一组令人费解的发现。它发现了时速超过1000英里的风，是太阳系中最快的，以及海王星最大卫星海卫一上的黑暗喷发。“这是我们访问过的最冷的天体——只有38开尔文[零下390华氏度]——但却有间歇泉，”斯通惊叹道。这些间歇泉让人联想到木卫一的火山，但这里的活动是由冻结的氮而不是熔融的硫驱动的。这是“旅行者”号留下的持久教训之一：即使是最冷的世界也可以是动态和复杂的。

斯通以他专注而沉着的风格结束了“旅行者”号的行星探险，就像他开始时一样。海蒂·哈梅尔，现在是AURA（负责监管哈勃太空望远镜的组织）的执行副总裁，在飞越海王星期间曾是斯通的博士后。“埃德总是在混乱中保持冷静，”她说。“我一直试图模仿他：倾听每个人的意见，综合想法，然后带着喜悦和好奇向公众展示。”

随着海王星的远去，斯通协助引导“旅行者1号”回头一望，拍摄了一张太阳系大多数行星围绕太阳排列的全景照片，其中包括一张孤独地球的“淡蓝色小点”照片。卡尔·萨根认为这是太空时代的标志性图像之一。此后，再也没有其他世界可以访问了。“旅行者”号飞向虚空，斯通思考着他的下一步行动。

新前沿

斯通并没有闲着多久。1991年1月1日，他接管了整个喷气推进实验室，发现自己沉浸在一个与大幅削减预算作斗争的太空科学计划中。如果斯通感到沮丧，他也没有表现出来。他只是略微耸了耸肩：“我们不可能做所有我们足够聪明知道如何做的事情，而你做出何种选择总是充满挑战。”

一个艰难的选择立刻摆在他面前。美国宇航局曾计划一对复杂的探测器，名为“彗星会合小行星飞越”（CRAF）和土星探测器“卡西尼号”，但它们的巨额成本与该机构后冷战时期的预算不符。乔治·H·W·布什总统取消了CRAF，卡西尼号似乎也将走向湮没。斯通的团队重现了“旅行者”号团队开发的一些技巧，使探测器变得极其简单和便宜，“而且我们没有损失任何科学载荷的部分，”他说。“卡西尼号”于1997年发射，至今仍在对土星及其卫星进行惊人的发现。

卡西尼号首席成像科学家、斯通“旅行者”时代的另一位门徒卡罗琳·波尔科称赞他是一位模范领导者。“他受人尊敬、公平，从不傲慢或居高临下，”她说。“每个人都爱埃德。我们都应该像他一样，充满热情，享受生活给予的每一个机会。”

斯通担任JPL主任期间的另一项标志性任务是“火星探路者号”及其小型漫游车“旅居者号”，于1997年着陆。他指出，“探路者号”发挥了两个重要作用：“它既是学习如何小规模做事的一部分，也是学习如何在火星表面漫游的经验——因为你不太可能着陆在最有趣的地方。”“旅居者号”的机动性成为后续火星漫游车“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”以及即将到来的“火星2020”的模板。斯通指出，“探路者号”也是第一个成为互联网轰动事件的NASA任务。“公众第一次可以随时参与其中，”他说。

斯通于2001年从JPL卸任，但他的影响仍然存在于当前火星探索的节奏中，大型任务（如“好奇号”）和小型任务（如研究火星大气的“MAVEN”轨道器）交替进行。

抵达边缘，超越极限

一旦斯通摆脱了JPL主任的职责，他就能再次专注于“旅行者”号探测器，两者都不可避免地驶向星际空间。它们的目标不再是行星，而是定义太阳外部环境的粒子和场。自20世纪90年代以来，团队科学家们一直等待着到达终止激波——斯通在水槽里为我模拟的边界，在那里每秒250英里的太阳风冲入速度不到其十分之一的星际物质。突然减速应该伴随着独特的无线电信号和粒子流模式，但探测它并非易事。

作为两个探测器中速度较快的一个，“旅行者1号”准备率先抵达星际空间，但其用于测量太阳风的仪器在1980年停止工作。这迫使斯通和他的同事们不得不依赖间接证据，导致了一系列确定探测器何时真正穿越的艰苦努力。

根据斯通的说法，“旅行者1号”于2004年12月到达终止激波，距离地球90亿英里。“旅行者2号”指向与它的双子探测器几乎成90度的方向，于2007年在不到80亿英里的距离处撞击了激波。显然，太阳的外边界层是不对称的。更令人困惑的是，终止激波仍然不符合真正的星际空间，因为它与太阳风完全混合。斯通监测着“旅行者”号剩余的五台活跃仪器的读数，等待着进入未稀释的星际流的重大时刻。然后继续等待。

终于，在2013年，所有数据都已收集完毕，所有争议都已解决。“旅行者1号”于2012年8月25日正式进入星际空间。让这一天成为人类成为星际物种的日子。

很难想象有比这更极端的征服之地了，但斯通听起来一如既往地不知疲倦。“我们身处外部，但我们仍然没有置身于原始的星际风中。我们只是刚刚进入星际空间，”他说。“而且我们实际上要再过大约4万年才能离开太阳系。”他的意思是，太阳的引力影响远远超出了太阳泡，一直延伸到9万亿英里之外的奥尔特云边缘——而“旅行者1号”要再过400个世纪才能到达那里。

斯通似乎有点沮丧，但片刻之后，他又兴致勃勃地讨论起他的下一个项目：他正在帮助建造世界上最大的望远镜，它将仔细观测遥远的星系，并担任一个太空探测器的顾问，该探测器将比以往任何时候都更接近太阳。56年来，斯通仍然全职工作，一如既往地有条不紊地探索着前沿。

那么，没有退休的计划咯？他半疑惑半微笑着回答：“我的工作就是我的放松，真的。我很幸运。”