文/趙 洋
飛入星辰大海
乘船出長江口，駛出若干公裡後，方見灰黃江水被藍色海水代替。在江水與海水之間，是一道若隱若現的「涇渭分明」的界限。2013年9月12日，美國科學家宣布，1977年發射的「旅行者」1號無人探測器跨越了從太陽系空間到星際空間的這道「涇渭分明」線。此時，它已出發36年，行程187億公裡，是有史以來飛離地球最遠的人造飛行器。《銀河英雄傳說》中的豪言：「我們的徵途是星辰大海」，用在一往無前的「旅行者」身上再貼切不過了。
愛德華·斯通是「旅行者」項目當年的首席科學家，也是有幸活到現在、能夠目睹這一光輝時刻的為數不多的元老之一。他說：「這是一個重要的裡程碑。當40年前我們啟動這一項目時，一直期盼著這一天——那就是我們能擁有一艘恆星際飛船。這同時也是具有歷史意義的，就像當年麥哲倫首次完成環球航行，或是阿姆斯特朗首次踏上月球表面那樣。這是我們首次得以直接探索恆星際空間。」
飛出太陽系了嗎？
過去兩年間，「旅行者」1號到底身處何地，曾引發科學界的激烈爭論。科學家們一直在嘗試採用各種不同的檢測方法弄明白它周圍的環境發生了哪些變化。後來他們發現，2012年8月25日飛船周圍太陽發出的帶電粒子數量下降，而銀河系宇宙線數量上升。這意味著，「旅行者」已經離開了日球層（包裹在太陽周圍的一個由熾熱高能粒子構成的氣泡）的懷抱，進入從來沒有被探索過的寒冷的空間。這裡與預期中的星際空間環境相符，而與太陽周圍的環境完全不同。換句話說，飛船從那時起就駛入了一片全新區域。這一天即是「旅行者」1號抵達星際空間的日子。
但是，天文學家並不認同某些媒體自行解讀出的旅行者「已飛出太陽系」的說法。因為這取決於如何定義「太陽王國」的邊界。如果太陽系的邊界是指最外面的足夠大的行星的軌道，那麼「旅行者」確實早已跑出冥王星軌道了。但冥王星外面還有不少矮行星。假如定義太陽系的邊界在位於繞太陽運轉的最外側的矮行星軌道，那麼在海王星與冥王星之外很遠的地方，可能還有和海衛一大小相似、數量眾多的未發現的矮行星。既然這樣，那麼「旅行者」仍然是在太陽系範圍內躑躅。如果把太陽系的邊緣定義為太陽引力場的作用範圍，那麼「旅行者」再飛100個世紀都不會離開太陽系。因為在距離太陽一光年的地方，還存在著由無數彗星聚集而成的小天體集合——奧爾特雲——圍繞太陽運轉。兩艘「旅行者」號還得飛兩萬年才能抵達並穿過奧爾特雲。在此之後，它們才算真正擺脫太陽的最後一絲羈絆，名副其實地衝出了太陽系。
航程回顧
「旅行者」1號和「旅行者」2號是一對孿生探測器，均於1977年發射升空，今天它們都飛行在太陽系的邊緣地帶。其探測路線是經過精心設計的。科學家利用20世紀70年代末和80年代前期「行星連珠」的機會，藉助「引力跳板」技術，使飛船可以在最短的時間內用最少的燃料對木星等四顆行星實現逐一拜訪。這樣的機會，每隔175年才有一次。這使它們成為探測太陽系行星最多、探測成果最豐富的行星際探測器。
它們發現木星也有一個光環，木星的衛星上有火山爆發；發現土衛六直徑大於木衛三，實為太陽系的第二大衛星。1986年1月，「旅行者」2號在距天王星赤道10.7萬公裡處飛過，在長達6個小時的觀察窗口裡，第一次揭開了天王星的神秘面紗。1989年8月，「旅行者」2號在距海王星北極4827千米處的最近點掠過，拍攝了6000多張彩色照片，震撼了天文學家和公眾。在「哈勃」太空望遠鏡升空之前，人類對天王星和海王星的了解主要來自於「旅行者」。此外，它們還發現或修正了16顆木星衛星、24顆土星衛星、15顆天王星衛星和8顆海王星衛星的各種數據。
兩艘無人飛船傳回的數據達5萬億比特，發回了10萬張精美照片，這些信息相當於6000套《不列顛百科全書》的容量，平均每個地球人可以分得700比特信息。兩個「旅行者」在三十年間所採集的行星信息，比過去幾個世紀天文學家獲得的行星知識加起來還要多。
「旅行者」眼中的行星世界
1655年，荷蘭天文學家惠更斯通過望遠鏡發現了大小介於月球與火星之間的土衛六——泰坦。1989年，「旅行者」1號稍稍靠近了這個模糊不清的天體，紅外攝像顯示了泰坦上怪誕詭奇的環境，那裡的甲烷海洋拍打著冰雪皚皚的峭壁，而雲彩則裹挾著液態碳氫化合物的暴雨，而這正是產生生命的來自天空的有機物。在研究人員看來，土衛六更接近於地球上的環境，它是一個荒涼的離地球8億千米的衛星。那上面的壓力是地球上大氣壓力的1.5倍，非常類似於人躺在遊泳池底的感覺。土衛六上面的一天很長，相當於地球上的16天，而且極其寒冷，即使在正午時分，遙遠的太陽也只能投射一個微弱的影子在泰坦表面。但是，土衛六最引起人類興趣的是，它上面發生的由太陽激發的化學反應過程特別類似於地球上40億年前發生的反應，那正是原始生命形式開始出現之時。
1986年，來自「旅行者」2號的影像資料顯示，天王星實際上是一顆平平無奇的行星，在其可見光的影像中沒有出現類似其他巨行星所擁有的雲彩或風暴。然而，近年來，隨著天王星接近晝夜平分點，觀測發現天王星有季節變化的跡象和漸增的天氣活動。天王星內部的自轉周期是17小時14分鐘，但和所有巨行星一樣，其上部的大氣層朝自轉的方向可以產生非常強勁的風，風速可達每秒250米。
海王星有太陽系最強烈的風，測量到的時速高達2100千米，而地球上的12級大風時速不過才118千米。1989年，「旅行者」2號探測器飛掠海王星時，對其南半球的大黑斑（面積相當於歐亞大陸）和木星的大紅斑做了比較。但後來用哈勃太空望遠鏡觀察海王星時，發現大黑斑已經消失。大黑斑起初被認為是一大塊雲，據後來推斷，它應該是可見雲層上的一個孔洞。海王星雲頂的溫度是－218°C，是太陽系最冷的地區之一。因為軌道距離太陽很遠，海王星從太陽得到的熱量很少，僅相當於地球得到的千分之一，但海王星釋放的能量比它從太陽得到的還多，其內部熱量的來源仍然是未知的。加熱機制的一個解釋是行星磁場與離子的交互作用；另一個解釋是來自內部的重力波在大氣層中的消耗。
這些奇景很快被科幻界採納，如1984年上映的 《2010：威震太陽神》中，就有對木星世界的精確再現。
長壽得益於先進技術
現在，「旅行者」1號的信號以光速傳回地球需要17個小時。飛得稍慢的「旅行者」2號傳回信號也要14個小時。而飛船的天線功率只有22瓦，僅相當於冰箱內照明燈泡的功率。但地面總能接收到它們的信號，並向其發送指令進行調姿和科學探測。順暢的通信全賴美國宇航局深空網的威力。深空網共包括三座經度間隔120度的大型測控站，分別設在美國加州莫哈維沙漠，西班牙馬德裡和澳大利亞坎培拉。這種覆蓋全球的站址分布使接收深空信號可以不受地球轉動的影響，總能保證有一個天線能對目標進行監控。相比之下，我國每次進行重大航天發射，只能向遠海派出「遠望」號測量船隊保證不間斷的測控。
「旅行者」飛船本身也代表著20世紀70年代的最高科技水平。每個「旅行者」重721.9千克，由6.5萬個零件組成，其中有105千克是科學探測儀器的重量。飛船主體呈扁平的十面稜柱狀，頂端裝有一條直徑為3.7米的拋物面天線，左右兩側各伸出一根懸臂，較長的一根是磁強計支柱，較短的一根是科學儀器支架。探測儀器有10種，主要是行星及其衛星的攝像設備和各種空間環境探測設備。因為離太陽越來越遠，無法依靠太陽能電池供電，能源採用核電源，把鈽放射性衰變產生的熱量轉化為電力，功率僅為420瓦特，換句話說，每小時只能發出0.42度電。但就是這樣微弱卻綿長的電力，持續供應了36年，賦予了飛船以「生命」。即便如此，飛船的電力仍在慢慢衰減，近十幾年來，不斷有功能因電力有限而停止運作，如1998年停止了掃描平臺及紫外線觀測；2012年停止了迴轉運作，只能以每秒1400位元組的速率傳回信息。預計到2016年，儀器間將無法共享電力，到2020年以後，將沒有足夠電力啟動任何儀器了。地面控制人員還得不斷地拆東牆補西牆，為最必要的儀器挪用電能。2011年11月「旅行者」2號接到地面命令，切換到備用姿態控制推進器，這一措施節省了大約12瓦的電能消耗。此時，主推進器已經點火31.8萬次。飛船各部件壽命之長、質量之精，令人讚嘆。儘管上面的某些設備用目前的技術標準來看簡直「弱爆了」——八通道磁帶記錄機和只有現在智慧型手機內存24萬分之一電腦存儲空間。但就是這樣簡單卻耐用的設備，支持它們飛了36年，而且還將繼續飛下去。英國皇家天文學家馬丁·裡斯爵士就曾感慨道：「實在讓人感到不可思議，這個人類利用70年代的技術製造的脆弱物體，竟然能夠抵達如此遙遠的空間。」
可想而知，未來的長壽命深空探測器，除了要配備更大功率、更耐久的核電源之外，還會搭載人工智慧計算機以減少對地面控制的依賴（隨距離而變得嚴重的延時效應，令實時操控變得不可能），飛船還要有自我修復能力，以應對零部件不斷老化失靈的境況。目前，美國科學家正在研製智能照相機，不僅能夠給外星球上的巖石拍照，同時還能對照片進行分析，並根據分析結果決定下一步的行動。以火星探測為例，它與地球看似很近，但往來通信也要消耗飛船的大量能量，如果未來的火星車能夠自行決定哪些研究對象在科學上具有重要意義，便會給這些對象拍攝更多照片，而後將照片傳給地球。而且，智能化的太空探測器還可以自主操控，以抵消與地球通信延遲造成的影響。
說到未來無人探測飛船上的人工智慧，我們就會想到「旅行者」在大銀幕上的光彩出鏡。那是在1979年，《星際迷航》系列科幻劇終於登陸電影院。在當年上映的第一部《星際迷航：無限太空》電影版的故事裡，一團龐大的能量雲摧毀了沿途的文明設施，航跡恰好指向地球。「進取」號星艦奉命攔截。溝通之後發現，這團能量雲具有意識，目的是要尋找自己的創造者。真相大白時，「進取」號的船員驚訝地發現，原來能量雲的核心就是美國宇航局在二十世紀末發射的「旅行者」6號，它的電腦已經進化成為智慧生命，想要回到老家看一看。當然，現實中並不存在這樣一艘探測器飛船。到目前為止，「旅行者」也只有兩艘。但可以看出，在20世紀70年代末，好萊塢的觀眾們是多麼為「旅行者」探測器感到驕傲，還盼望著它們變得「擬人化」後展開尋根之旅。該影片結尾說：「人類探險之旅才剛剛開始。」可謂點睛之筆。
「地球之音」：
向外星人說「你好」
當時，參與「旅行者」項目的科學家——康奈爾大學的行星天文學家卡爾·薩根、美國國家天文與電離層研究中心主任德裡克和藝術家琳達·蘇爾茲曼——確實希望即將踏上遙遠航程的飛船，成為人類與「外星人」交流的使者。兩艘「旅行者」各自攜帶一張「地球之音」唱片，由鍍金銅板和金剛石唱針構成，可在太空中保存十億年。唱片裡包含115幅照片（包括長城），多種大自然的聲音，55種語言的問候語和總長90分鐘的各國名曲（包括中國古琴曲《高山流水》），附有播放方法的說明以及用14顆脈衝星定位的太陽系位置。當年美國卡特總統的致詞也在其中：「這是一個來自遙遠的小小星球的禮物，它是我們全部聲音、科學、影像、音樂、思想和感情的縮影。我們正努力延續自己的歲月，希望有朝一日能與你們同在。」
「地球之音」唱片外表上鐫刻的信息之豐富，也可堪稱「地球名片」，目的是使可能看到該「名片」的地外文明了解我們的信息。特殊的材料和加工工藝可以保證「名片」在星際空間中暴露幾億年而不變形、變質。這張凹版的星際問候卡，傳遞了關於地球在宇宙中的位置和該飛船建造、發射時間的信息。其中，太陽的位置是用它與14顆脈衝星的相對位置關係來表示的。在銀河系中，脈衝星的數量不多，據此，天文學發達的地外文明可以很容易判斷太陽系的位置。而脈衝星的精確周期是用二進位碼描述的，這樣它們可以被智慧生命識別。作為「宇宙的時鐘」，脈衝星以長期恆定的速率自轉。所以，對於技術先進的文明來說，比較在宇宙飛船上記錄的脈衝星周期和飛船被再次發現時同一脈衝星周期的差異，就能夠推斷出它必定經過了長途跋涉。而唱片中的時間和距離的單位是用氫在1420兆赫（對應著的氫發射能量的21釐米波，這是宇宙中分布最廣泛的電磁輻射）的譜線來描述的。
回眸一望：人類在星空間
1990年2月，「旅行者」接到了來自地球的一道緊急指令。它馴服地掉轉相機，慢慢指向已經拋在身後很遠的出發地，拍攝了60張照片。這時，飛船離地球59億公裡，遠到載有照片信息的無線電波以光速傳播也要經過5個半小時才能被地球接收到。從這樣遠的地方回望，即使經過高解析度望遠鏡放大，靠近太陽的行星也只是一些模糊的光點。
想出這個「回眸一望」點子的天文學家卡爾·薩根，後來飽含深情地寫道：
「其中一個呈現獨特淡藍色光輝的亮點就是地球。我們認識的每一個人，愛過的每一個人，聽說過的每一個人，都在這上面度過他們的一生。我們的歡樂與痛苦都在上面聚集。每個信仰、觀念和學說都在這裡散布，每個偉大或弱小的文明都在這裡興滅——每個地球人都在這個懸浮於陽光中的塵埃小點上出生、生活、死去……人類虛妄的唯我獨尊，受到這個淡藍色光點的無聲挑戰。地球是目前所知存在生命的唯一星球。在可以預見的近未來，人類無法遷居到大氣層之外。這個光點還將是我們唯一的家園。」
每個看過這張「暗淡藍點」照片的人，面對著遼闊漆黑太空背景中呈現為寥寥像素的地球身影，都會感慨萬千。這張照片有助於喚醒我們對行星地球的整體意識。它提供了無可爭辯的證據，表明人類同處在一顆脆弱的行星上面。它提醒著我們，什麼是重要的，什麼不是。這也許是「旅行者」任務最大的意義之所在。
「地球之音」唱片中的一段話表達了人類的願望：「我們正努力延續時光，以期能與你們的時光共融。希望有一天在克服了所面臨的困難之後，我們能置身於銀河文明之列。」
如果「旅行者」2號一直能順利地飛行下去，從理論上講，它將在公元8571年飛抵距離地球4光年的巴納德星附近；而到公元20319年，它將飛抵距離半人馬座3.5光年的地方；到公元296036年，它將到達距天狼星約4.3光年處。
經過難以計數的時間後，閱歷無數宇宙風景的「旅行者」或許可以這樣自豪地面對追上來的人類飛船說：「我曾見過你們人類無法置信之事──太空戰艦在獵戶星座的肩膀熊熊燃燒。我注視過萬丈光芒在天國之門的黑暗裡閃耀。所有的那些瞬間，都將在時間中消逝，一如雨中之淚……」（《銀翼殺手》中生化人羅格的獨白）
【責任編輯：楊 楓】