上周五，美国航空航天局宣布，飞行了36年的无人航天器旅行者1号正“飞离太阳系”，进入星际空间，尽管目前对如何理解“离开太阳系”尚有争议，但这毕竟是人类飞行器首次到达如此深远的外部空间，其意义无论如何评估都不为过。本刊特编译英国《自然》杂志今年5月的一篇报道，为大家讲述这一大科学项目背后的一些故事……

　　艾德·斯通办公室里半米长的书架上整齐地摆放着他那44本记录册。在这些精致印刷的册子里，斯通记录了人类有史以来运行时间最长的太空飞船。

　　旅行者姐妹飞船自1977年发射以来，已经史无前例地帮助人类探索了木星、土星、天王星和海王星。人类也从来自两艘飞船的数据中发现这些行星和它们的卫星要比之前预期的活跃很多。现在，两艘探测飞船要前往一个人类卫星从未触及的地方——太阳系的边缘。

　　两艘飞船尚在设计筹划时，斯通就已经参与相关工作。现在斯通是旅行者计划中第一位项目执行科学家，目前为止也是唯一一位。他的工作是协调操纵飞船的工程师和使用旅行者飞船的研究人员的需求。不论从哪个角度来讲，艾德·斯通都是成功的。英格索尔是位于帕萨迪纳市加州理工学院的行星科学家，参与过旅行者飞船探索木星和土星的工作，他调侃道：“斯通让不和谐的乐队合奏出优美的曲子”。

　　对很多人来说，处乱不惊的斯通已经成为旅行者飞船的代名词。即使现在探测飞船还没进入太阳系边缘这一崭新空间，艾德·斯通已经与旅行者飞船计划融合在了一起。目前，旅行者1号飞船在距地球190亿千米的星际区域运行。去年7月，旅行者飞船遇到了一股来自太阳的带电粒子流——这似乎预示着这艘飞船很快将飞出太阳系。

　　现年77岁的斯通当时静静地关注着飞船的情况。他不会在旅行者飞船探索科学世界如此重要的阶段结束自己的工作生涯。坐在他加州理工学院装满记录册的书架前面，这位精灵古怪的物理学家在感到退休来临时显得有些准备不足。

　　谈到他的旅行者飞船，斯通就好像在描述自己的座驾一样。他说：“旅行者飞船之所以一直在运行，就是因为它在不停地发现。”

太空物理学的雄心

 　 斯通在艾奥瓦州密西西比河边的一座叫伯灵顿的小镇长大。他爸爸做建筑施工方面的工作，经常会修理一些机器。年轻的艾德很喜欢读《大众科学》和《知识大全》，并且自学搭建无线电接收器。

 　 当时原子物理正处在黄金发展期，斯通高中毕业那年，他的一位老师给他推荐了位于伟大核物理学先驱费米的故乡——伊利诺伊州的芝加哥大学的物理学项目。于是斯通离开了家乡，开始了核物理的学习。但是在1957年10月，苏联发射了人类史上第一颗人造卫星——Sputnik。这让斯通决定做太空物理方面的工作。在研究生阶段，他参与开发的气球和卫星搭载的探测器，可以用来跟踪太空射向大气层的高速粒子和宇宙射线。1964年，凭借着之前出色的研究工作，他得到了一个研究员职位；不久之后就作为正式教员加入加州理工学院新建的太空物理研究组。

 　 斯通之前在宇宙射线探测器项目的成功吸引了位于帕萨迪纳的美国喷气推进实验室（JPL）的目光。当时美国喷气推进实验室正在开发旅行者1号飞船，起初项目名字是“1977水星——木星水手计划”。喷气推进实验室在1972年引进斯通。他的工作是作为项目执行科学家，管理飞船的科研工作请求。

　　后来，这项计划成为了有史以来最伟大的太空探索计划。

　　这次太空探索的过程并不是一帆风顺的。为旅行者2号携带科学仪器的桁架在发射后不能完全展开，在同一探针上的主雷达接收器在1978年春天完全丧失功能致使工程师们被迫改用备用系统。

　　这些问题连同其他的故障给斯通带来了很大压力，他在管理仪器的项目负责人和当时正处理这些故障的工程师之间周旋协调，还要在飞船上有限的条件下解决在科学上确实可以解决的问题。

　　“旅行者”项目的探测结果在1979那一年开始不断涌现。旅行者1号和旅行者2号先后飞过木星，发现由于木星的卫星木卫一上的火山在木星强大的引力作用下发生折曲，有硫从火山喷出。经过木卫二时，探测仪拍到了卫星覆盖冰的表层下面长长的、有点难看的碎片，这成为了木卫二海洋表面下可能存在外星生命的线索。此外“旅行者”还发现了一个温度高达数亿摄氏度的等离子体层掩盖了木星的磁层。除了这些发现之外，还有很多其他的发现，现在已经写入行星方面的科学教科书。

　　“旅行者”探测器在1980年～1981年抵达土星，在那里，它们发现了保护土星最外层行星环中冰体和尘埃的“牧羊人”卫星，它们扭曲成奇怪的形状。“旅行者”号还研究了吞噬行星南北极点的巨大极光。

　　接下来，任务控制员将旅行者1号发送到一条离开行星表面飞向行星与星际空间的边界的轨道。旅行者2号在1986年抵达天王星，在天王星上分别发现了两个新的环带、十个新的卫星和一片离行星自转轴非常遥远的奇怪磁场。从天王星的主群卫星中最小也是最内层的卫星天卫五上拍摄的图片看，天卫五的表面极其复杂，有一个深深的V字形槽，这表明天卫五可能有奇异的地质历史。

　　1989年，旅行者2号到达如同平静的蓝色盘子一般的海王星，发现海王星上的风速高达每小时2100公里，是太阳系中最快的风，形成大小与地球相似的“大黑斑”风暴。一个能接收到的太阳辐照量仅为地球0.1%的星球上居然有这般剧烈的气象变动，这是科学家们未曾料想的。

　　斯通喜欢说在旅行者号上获得的科学发现比他料想的要多一倍，“我们学到的东西远远超出我们的想象。”

善于团队合作

　　旅行者号上的同事评价斯通在这次探险中功劳最大。作为项目的科学家，他从一开始就主持由11位主要调研员组成的科学指导小组。在小组成员对观测的优先顺序意见不能达成一致时，斯通都会介入并作出决策——从根本上选择谁来实现新的发现。

　　斯通说，他有一书架的笔记本，详细记录了每个人的投入，他让每个人知道他会进行全方位的考虑。喷气推进实验室的埃利斯·迈纳是旅行者号经过土星、天王星、海王星时的助理项目科学家，他说：“我们都确信他是公平的。”

　　斯通打破了当时的惯例，让参与旅行者号项目的科学家不是根据以往每次考察都会形成的小团体模式进行合作，而是根据新的任务进行新的组合。譬如，在即将飞临木星前，他创建了围绕4个关键主题——月亮、光环、大气和磁层4个总体工作小组，每个小组的任务都是专注于那些可以利用旅行者号上面的各种科学仪器解答的科学问题。斯通说，这一做法可以使来自不同仪器组的成员们不得不跨越组别讨论交流，“这样我就不必一直居中协调了。”

　　即便是这样，紧张的局面也仍然会发生。斯塔马修·克里米格斯是旅行者号探测器低能粒子探测设备的首席科学家，他回忆起了一次与等离子仪器组的对峙事件。当时克里米格斯的粒子探测器通过旋转传感器扫描天空的不同部分，干扰了附近等离子仪器，激怒了负责等离子仪器的科学家们。最后斯通提出了一个双方折中的解决方案：让粒子探测设备旋转有时快速旋转，有时慢下来减小震动，有时让它保持不动。如此来缓解矛盾。

　　旅行者2号1989年离开海王星后，两个飞船又被赋予了新的反映它们下一阶段任务的名字：旅行者恒星际使命。因为没人知道飞船飞行到太阳系的边界到底需要多久，这一命名承载着许多期望。这一使命实施的中间那几年斯通还是非常的忙碌。从1991年到2001年，他担任喷气推进实验室的主管，目睹了许多任务的成功，如1997年探路者号飞船着陆火星，也见证了探路者号之后一个火星轨道飞行器和一个着陆器的惊人失败。这是美国航空航天局发展更快、更好、更廉价太空飞船的时代，斯通承认，这些任务以失败告终，原因是喷气推进实验室操之过急了。

　　从繁忙的岗位上退休之后，斯通重返教职，回到加州理工学院继续从事研究工作。如今，他几乎很少踏上去往旅行者号控制中心的210高速公路，当然，也没什么必要去了，因为工程师们每天都在进行日常的任务，保证探测器的正常和与飞船的联系。他们的工作日益艰难：旅行者2号已经距离太阳152亿公里，旅行者一号距离太阳186亿公里。

　　“每当人们不再关注我，我就假装自己离开了太阳系。”

　　今年4月的一个清晨，团队和旅行者1号进行了一次极其缓慢的对话。工程师罗杰·路德维希正在测试一个新的命令程序，有了这个程序飞船就能推迟一些任务来更好地应对地球上通信的限制。相关指令以光速抵达飞船，花了超过17个小时，飞船上的回应返回地球需要同样多的时间。现在，在黎明前的几个小时里，他正焦急地等候着回音。

　　缓慢的数字流从一堆电脑显示器上弹出，路德维希从上面查看他的程序是否能够成功运行。结果看起来很不错，但是旅行者号团队在对程序做改动之前还会将代码测试几次。计划经历了这么久，工程师们不希望犯任何一点愚蠢的错误。“我们都感觉像在操纵一个国宝飞行”，路德维希说。

　　这些人中也包括斯通，他一直参与旅行者号的计划，渴望更多的发现。飞船飞离冥王星之后是漫长等待，团队经常谈及飞船进入星际空间在即，任务控制中心附近的办公室门上都有一张看起来十分孤独的旅行者号的照片，上面还有这样一段话：“每当人们不再关注我，我就假装自己离开了太阳系。”

飞越最后的边界

　　飞船离开行星轨道比科学家们想象的更加复杂，旅行者1号在日球层边缘附近的遭际比较典型地反映了这一点。日球层是来自太阳的带电粒子围绕太阳系形成的巨大保护层，保护行星不受到那些在星际空间飞速划过的高能量粒子的干扰。

　　2004年12月，旅行者1号上的低能量粒子仪器检测到太阳风突然减速，这一迹象表明飞船已经进入了日球层附近动荡的边界地带。

　　随后在2012年7月和8月，即便旅行者号开始记录到高能量粒子，太阳风的速度还是下降到基本为零。克里米格斯称这些变化“彻头彻尾的出乎意料”。按照他们原先的推测，认为旅行者1号可能已经飞过边界地带进入星际空间了。

　　科学小组对这一推测仍然保持谨慎，因为还没有其他迹象可以证明他们的推测。当旅行者1号真正进入星际空间时，斯通和其他人预测磁场的方向会从显著自东向西（由太阳牵引）变为随机改变方向。到目前为止，旅行者1号上磁强针的数据显示磁场方向基本没有改变。

　　科学家们一直在努力理解飞船上这些信号。今年4月的一天，斯通皱着眉头仔细检查粒子的数据图。“虽然旅行者号还不在星际空间，但我们现在能看到太阳系外是什么样子。”他说，“根据目前的磁场情况推断我们的飞船还没有走出太阳系。”他和其他任务科学家认为，旅行者1号正处在连接太阳的磁场线和星际空间的某个位置，这个位置能使带电粒子进入边界区域的“磁公路”上。在美国加州旧金山召开的美国地球物理联合会（AGU）会议上，科学家们介绍了他们的最新成果，他们将会把记录详细结果的系列论文发表在美国《科学》杂志上。

　　斯通对有关旅行者号上发来的信息发布进行了严格的控制。比如，今年3月当AGU发布旅行者1号已经离开太阳系的新闻时，他迅速行动反驳这一消息，他说只有到飞离太阳系的时候飞船才会离开。

　　而到那个时候，宇宙飞船将会进入科学上全新的领域。粒子探测仪将会测量到银河宇宙线。银河宇宙线非常微弱，不能穿过日球层进入太阳系，在太阳系内是无法测量到的。旅行者号的磁力计将首次能够精确计量附近恒星之间的磁场强度。科学家们终于能够窥视到真正的深空间是什么样子的。

　　旅行者1号离开日球层后返回来的信息“是我们从这一区域唯一可以获得的数据，这是令人难以置信的成就，”美国马萨诸塞州波士顿大学的天体物理学家梅拉夫·奥佛如是说。他不是旅行者团队的成员。

　　随着关键的转换时期越来越近，斯通愈发紧张。为了确保科学家们随时捕捉变化情况，他强烈推荐一个被称为深空网络的强大的覆盖全球的巨型天线网络。

旅行者号的能源危机

　　然而斯通和他的团队余下的时间非常有限。旅行者1号到太阳的距离是日地距离的124倍，每年还会增加3.6个这样的天文单位。飞船上的信号在逐渐减弱。两个航天器都由自带的钚产生器依靠放射性衰变产生315瓦电量，电量每年都会衰减4瓦左右。原来的10个仪器，旅行者2号上还有5个在工作，而旅行者1号上还剩4个在工作。

　　到2020年，因为电量的消退，任务的管理者将不得不开始逐个关闭掉更多的科学仪器。决定哪个仪器要先关闭的任务就落在了项目科学家的身上。斯通说如果要他做决策的话，他还没有想好要先毙掉哪一个仪器。

　　到2025年，所有的钚电源都将失去电量，旅行者号将成为永久的废船。他们将可能永远不会像靠近太阳一样靠近其他恒星，它们以及由它们创造的那些价值连城的记录将会无声地在太空漂移。

　　当然斯通是没有时间怀旧感伤的，还有许多发现要实现。此外，他还有许多其他的工作，他在30米望远镜公司的董事会任副主席。等到30米望远镜2020年代早期在美国夏威夷莫纳克亚火山顶修建完工，这架望远镜将会成为全球最大的光学望远镜。有一天，望远镜的巨大镜面将会提供比旅行者号更遥远的恒星系的影像。

　　斯通还在帮助发展太阳探测附加任务，这一任务旨在让航天器以前所未有的近距离接近太阳。航天器将会沿着精确的环形轨道飞行，几次经过金星后进入会和太阳有几次近距离的相遇，一次次划入太阳表面的10个太阳半径以内。探测器的热防护罩可以承受2000摄氏度的高温，探测器上的仪器将会搜集太阳风的形成过程和形成地点。

　　斯通站在办公室门外，注视着贴满了关于太阳过去几个活动周期活动情况打印资料的公告板。“我从来没有对探索宇宙感到沮丧和失望，”他说，“我很幸运我有正确的事情做，我很幸运我参与过十分成功的项目。”

　　新的太阳探测器将会在2018年发射,在2024年4月会经历与太阳的第一次近距离相遇。到那个时候，斯通已经年近89岁，即便是这样，他还很希望能够在新发现涌现的那时获得第一手的信息，也是在那时，旅行者号飞船将会与地球失去联系，消失在浩瀚的宇宙。