1999年9月11日，科學家發(fā)現(xiàn)了一顆近地小行星——貝努。它源于太陽系誕生之初，蘊含著揭示生命起源奧秘的關鍵線索，因而科學意義非凡。同時預測顯示，貝努有可能在2182年9月24日與地球相撞。
NASA（美國航空航天局）首席研究員但丁·勞雷塔博士帶領團隊克服重重困難，從貝努表面獲取了珍貴樣本，以期解開生命起源之謎并防范潛在的災難。勞雷塔以其親身經(jīng)歷和第一手資料寫成這本《小行星獵人》，將這場驚心動魄的太空探險與科學探索背后鮮為人知的復雜機制娓娓道來。
《小行星獵人》， [美]但丁·勞雷塔 著，茍利軍 譯，未讀·天津科學技術天津科學技術出版社，2025年3月。
揭開太陽系中的謎團
站在密西西比河洪水泛濫的河岸上，對我這個來自沙漠的男孩來說，這條河水奇跡般地充盈，而圣路易斯也顯露著大城市的氣息。沒有地平線上的群山來指引方向，我在衰敗的舊工廠拼湊的街區(qū)里感到迷失，顯而易見的種族隔離和“藍色法規(guī)”讓我困惑不已。
盡管如此，在華盛頓大學，我的前方還有機會，自己也很感激能來這里。我漫步在丹福思校區(qū)（Danforth Campus），欣賞著學院的哥特式建筑物，這里設有很多研究機構，包括地球和行星科學系。我花了許多個下午欣賞它的方塔、角樓和拱形通道，被那些棲息在角落、門楣上方和窗沿上形態(tài)各異的滴水獸所吸引。與亞利桑那大學的對比是如此鮮明。
雷·阿維德森博士用一個承諾把我引誘到圣路易斯，那就是我們處在現(xiàn)代火星探索的前沿——自1982年海盜1號著陸器因人為錯誤導致天線故障而與地球失聯(lián)以來的第一支研究火星的團隊。
從本科生到研究生的轉(zhuǎn)變對我來說是一個啟示。在圖森，我盡情沉浸于各種興趣中，在學習硬核物理課程的同時，還學習了東亞文化。然而，在圣路易斯，我把全部精力都放在太空探索領域上，仔細研究每一項新發(fā)現(xiàn)，在午餐時討論行星的構成，癡迷于這股新的火星探索熱潮，值得注意的是，我正是其中的一員。那些無所事事、煎雞蛋的日子一去不復返了；我開始從事嚴肅的研究，盡我所能地成為一名真正的研究人員。
當我到達圣路易斯加入火星觀察者任務小組時，探測器將在一個多月后進入火星軌道。想到即將發(fā)生的一切，我?guī)缀鯚o法抑制自己的興奮和期待。探測器配備了一系列令人印象深刻的儀器，用于研究火星表面的成分、繪制地形和重力圖、搜索磁場、觀測天氣和沙塵暴，以及探索大氣層的結構和環(huán)流——研究火星的大氣層、氣候、地質(zhì)及其衛(wèi)星火衛(wèi)一的特征的工具。但對我和其他許多人來說，更重要的是，這次任務有望揭開太陽系中最大的那些謎團。
電影《火星救援》（The Martian，2015）劇照。
在前一年的春天，亞利桑那州舉行的太空基金研討會上，我聽了菲爾·克里斯滕森（Phil Christensen）的主題演講，他是熱發(fā)射光譜儀（Thermal Emission Spectrometer,TES）的首席研究員；TES是火星探測器上的6臺儀器之一，用于測量火星表面散發(fā)的熱量。
令人驚訝的是，這些紅外光子攜帶著地表巖石的礦物含量、霜凍和云層成分的信息。菲爾當時只是一個博士后，他在演講中帶我們經(jīng)歷了建造、測試和將TES送上飛船的整個過程。我坐在觀眾席上，心中充滿敬畏，意識到通過贏得向太空發(fā)射科學儀器的合同，菲爾也開啟了自己的職業(yè)生涯。
在LPL（亞利桑那大學月球與行星實驗室）工作期間，我還有幸參加了比爾·博因頓（Bill Boy-nton）教授的研討會，他也是火星觀察者號探測儀器的研究者之一。他的伽馬射線光譜儀測量了火星表面核反應所產(chǎn)生的高能光子。計劃是利用儀器的中子探測器繪制出整個火星表面氫氣（因此也是水）的分布圖。
海盜號的實驗被認為已經(jīng)證明了火星上沒有生命，但我們領域的許多人仍然不是很信服。其中一項實驗在兩個海盜號著陸器上都明確發(fā)現(xiàn)了有機化合物，但這些化合物后來被證實是氯化合物，被解釋為清潔液的污染物。盡管如此，我們?nèi)匀幌Ｍ葼柕膬x器能揭示未來在火星上尋找生命證據(jù)的重點區(qū)域。
探測器上搭載的這兩個科學儀器都是在我的家鄉(xiāng)亞利桑那州設計和制造的。想到這些儀器代表著我的亞利桑那州同胞們的聰明才智和技能，我就感到無比自豪。這種與任務之間的個人聯(lián)系更加激發(fā)了我的熱情和奉獻精神，讓我更致力于讓火星觀察者號任務取得成功。
火星觀察者號失聯(lián)
當我們準備進入軌道時，雷充滿了期待的熱情，就像等待孩子出生的父母一樣。作為海盜號項目的老手，他畢生致力于火星研究，奉獻了數(shù)十年的光陰?；鹦怯^察者號于1986年由NASA資助，距離海盜號最后一次發(fā)出信號僅過了4年時間。從那時起，雷、菲爾、比爾以及無數(shù)其他人員便開始了不懈努力。
當時，NASA的火星探索計劃還處于初級階段，該機構正致力于開發(fā)一系列任務來探索這顆紅色星球。而火星觀察者號本來屬于第一個任務，旨在收集數(shù)據(jù)并為未來人類登陸火星鋪平道路。因為探測器的總成本超過9億美元，NASA行星探測計劃也變得前途未卜。
對我而言，能夠成為這個團隊的一員，致力于拓展我們對火星的認識并推動太空探索的邊界，顯然是夢想成真了！當我們準備進入軌道時，在圣路易斯乃至世界范圍內(nèi)都可以感受到這項任務所帶來的熱情洋溢的氛圍。火星觀察者號不僅僅是一艘以肼為燃料的飛行器，還承載著人類探索和理解我們星球之外宇宙的共同愿望。
電影《火星救援》（The Martian，2015）劇照。
除了振奮人心的工作，圣路易斯早期的生活中讓我感到愉悅的一點便是去社交場合。我第一次見到凱特是在前一年的冬天，當時我在參加一個面向準研究生的系里的派對。只見她昂首闊步地走進來，一副學者風范，肩上搭著一雙冰鞋，臉頰因溜冰而泛紅。凱特徑直從我身邊走過，沒有多看我一眼，就和其他同學坐在一起。從那以后，我再也無法把她從我的腦海中抹去。
開學后，每天的午餐時間，系里所有研究生會聚集在主會議室的巨大桌子旁吃飯。幾個禮拜下來，凱特始終沒露面。我開始懷疑那位滑冰美女是否只是一個幻影。終于有一天，她再次出現(xiàn)了。當她描述自己在阿迪朗達克山區(qū)被耽擱的經(jīng)歷時，大家都聽得津津有味。接下來，在礦物學課上，我看見凱特居然是我們班級的助教，這讓我突然間對這一科目產(chǎn)生了濃厚興趣。
凱特和我一樣，是一位充滿好奇心的探險家，也是一位才華橫溢的地質(zhì)學家，她渴望揭開地球深處的秘密。但她也十分穩(wěn)重、專注，她在康涅狄格州鄉(xiāng)村田園詩般的環(huán)境中長大，是她父母4個出類拔萃的孩子中唯一的女孩。當我凝視凱特那雙藍綠色的眼睛時，我看到了一種不可思議的結合：一生的冒險經(jīng)歷，以及建立我從未擁有過的家庭的可能性。
雖然我想念沙漠，想念那高大挺拔的仙人掌、木餾油清新的味道和布滿繁星的夜空，但在凱特身上我找到了新的愛情，在帶領人類重返火星的榮耀團隊中找到了新的意義。圣路易斯的生活還算順利。
不過，我的這種熱情在逐日遞減。幾周后，當我走進威爾遜大廳，打算在我與其他三名學生合用的地下辦公室里待上幾個小時，我發(fā)現(xiàn)了異樣。由于軌道插入將在第二天進行，我本以為我的同事們應該正處于一種期待，甚或歡慶的狀態(tài)中。相反，我遇到了勞拉，一個志同道合的火星研究者，她靠在墻邊抽泣。
“怎么了？”我蹲在她身邊問道。
“我們在周六與探測器失去了聯(lián)系，”她抽泣道，“任務結束了。我的職業(yè)生涯結束了?！?/p>
我胸口一緊，追問道：“你確定它已經(jīng)沒了嗎？說不定只是通信出了故障。”
勞拉抬頭看著我，準備澆滅我的樂觀情緒?！罢麄€周末，我們每20分鐘就發(fā)送一次新指令——什么反饋也沒有。起初，團隊小組認為它只是偏離了軌道，我們會在某個時候重新獲得聯(lián)系。但已經(jīng)兩天多了，什么動靜都沒有，探測器本該從任何異常中恢復過來了。”
幾個月后，美國海軍研究實驗室的一個獨立調(diào)查委員會宣布了他們的調(diào)查結果：探測器推進系統(tǒng)中的一個燃料箱可能破裂了，在前往火星的長途巡航過程中導致燃料泄漏。燃料泄漏可能使探測器發(fā)生旋轉(zhuǎn)，導致其進入“安全模式”，并阻止它打開無線電發(fā)射器。
“如果這能讓你感覺好一點，我的計劃也泡湯了?！蔽覈@了口氣，幾乎沒有意識到這對我意味著什么。
“你才在這里待了多久，兩個月？”勞拉反駁道，“這有什么大不了的。”
她說得對。我的兩個月與她的兩年相比根本不算什么，與雷的幾十年相比更是微不足道。我不禁想到了比爾和菲爾，他們在職業(yè)生涯中投入了無數(shù)時間和精力來開發(fā)科學儀器，以收集關于火星的重要信息，我無法想象他們在知道這些儀器現(xiàn)在漂浮在太空中但毫無用處時會有什么感受。
火星觀察者號的失聯(lián)無情地提醒了我們太空探索的風險和不確定性。這是我今后職業(yè)生涯中將要承受的嚴酷教訓。在經(jīng)歷了SETI（搜尋地外文明計劃）和火星觀察者號任務的挫折后，我仍然致力于探索宇宙并揭開它的奧秘，我發(fā)現(xiàn)自己正在尋找一個新的精神歸宿。我需要一個可以繼續(xù)追求太空探索激情的地方，而不必擔心國會干預或航天器故障的風險。這是一個充滿挑戰(zhàn)的時期，但我滿懷感激地尋找新的機會。
幸運的是，我無須遠尋。我在華盛頓大學的一位教授有一個基于實驗室的項目，專注于早期太陽系化學和行星形成的研究。它涉及德雷克方程式中的一個關鍵變量——具有行星系統(tǒng)的恒星比例。我認為這是實現(xiàn)我SETI抱負的一條合理途徑，于是我迫不及待地簽了約。
目睹宇宙撞擊
我現(xiàn)在正致力于研究行星構成的基本要素，以揭示太陽系的起源和生命所需的條件。我們關于太陽系起源的第一個也是最大的線索，就是它的結構：所有行星的軌道都位于一個平面上，并以相同的方向在太空運動。
這種結構是“太陽星云”的結果，即星際介質(zhì)中由氣體、塵埃和冰組成的旋轉(zhuǎn)圓盤。當星云坍縮時，其致密的中心吸引了周圍的物質(zhì)，并形成了一個圍繞著一顆正在成長的年輕恒星旋轉(zhuǎn)的圓盤。這種現(xiàn)象在物理學中被稱為“角動量守恒”。一個很好的例證就是花樣滑冰運動員所表演的旋轉(zhuǎn)。當滑冰者開始旋轉(zhuǎn)時，他們的手臂就會伸展。當他們收回手臂時，就會因為角動量守恒而旋轉(zhuǎn)得更快。
電影《火星救援》（The Martian，2015）劇照。
在恒星形成的過程中也會發(fā)生同樣的事情。恒星和行星誕生于星際介質(zhì)中的巨大云團，這些云團的中心有密集的物質(zhì)，其引力會吸引周圍的太空塵埃、氣體和冰。就像滑冰者收回手臂一樣，云團在坍縮時旋轉(zhuǎn)得越來越快，形成一個圍繞著一顆正在成長的年輕恒星旋轉(zhuǎn)的圓盤。這個階段大約持續(xù)十萬年，在地質(zhì)學上只是一眨眼的工夫。圓盤中的大部分物質(zhì)最終都會用于構造恒星。在這個圓盤內(nèi)，利用僅存的少量碎片，通過化學和物理的共同作用來構造行星、衛(wèi)星，以及至少在地球上的生命。
星云的向內(nèi)坍縮會導致整個系統(tǒng)升溫。在那里旋轉(zhuǎn)了數(shù)百萬年的塵埃和冰瞬間就蒸發(fā)了。隨著星云的演化，星盤再次冷卻，最早的行星部件開始形成。正如水蒸氣結晶形成雪花時一樣，行星的形成也始于凝結。在這種情況下，“雪花”是由巖石、金屬和硫構成的，這是太陽系尺度的氣候現(xiàn)象。物質(zhì)從氣體凝結成行星的組成部分，我著手研究的正是這個過程。我的最終目標是弄清楚地球是如何成為一個宜居的世界，以及生命是如何在這里立足的。我希望通過這種方式揭開太陽系起源的秘密，并探索地球以外生命存在的可能性。
當我建立了一個實驗系統(tǒng)來研究原行星盤中的硫化學時，我對行星形成的復雜性、宇宙中支配力量的微妙平衡，以及我們的太陽系是多么神奇和古老而驚嘆不已。在許多方面，這比SETI或火星探測更實際，但同樣令人興奮。這是我太陽系探索之旅的起點。隨著一系列發(fā)現(xiàn)震撼了行星科學界，我的工作的重要性也變得更加明顯。
1993年春天，夫妻搭檔吉恩·舒梅克（Gene Shoemaker）和卡羅琳·舒梅克（Carolyn Shoemaker）在圣地亞哥的帕洛馬天文臺（Palomar Observatory）進行巡天觀測。吉恩是天體地質(zhì)學的先驅(qū)，20世紀60年代時曾在杰拉德·柯伊伯的指導下參與繪制了月球地圖。
他深信冰冷的彗星為地球帶來了水和生命所需的其他元素，并擔心如果有彗星再次撞擊地球，對人類文明會造成什么影響。他花了數(shù)十年時間研究隕石坑，并系統(tǒng)地搜索具有潛在危險的天體。
但最終是吉恩的妻子卡羅琳——一位51歲的家庭主婦，后來成為業(yè)余天文學家——第一個看到后來被稱為舒梅克-列維9號（Shoemaker–Levy9）的彗星。（根據(jù)《紐約時報》對她的訃告，在那個特殊且令人興奮的時刻，“舒梅克女士在人生中唯一一次直接對著香檳酒瓶喝香檳”。）雖然卡羅琳此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了32顆彗星（創(chuàng)下了世界紀錄），但這顆彗星與眾不同。它已經(jīng)被木星的潮汐力撕裂，現(xiàn)在宛如一串熾熱的珍珠，以13.4萬英里每小時的速度在太空中疾馳，即將與太陽系的行星之王——木星相撞。
人類有史以來第一次有機會看到彗星撞擊的壯觀景象，并研究它們的構成、它們?nèi)绾卧谔栂抵写┬校约八鼈儗π行堑拇髿鈱雍蛢?nèi)部會造成什么影響。舒梅克-列維9號的撞擊不僅會導致與其他彗星撞擊相比前所未有的爆炸，而且將使我們更深入地了解木星、地球以及彗星在我們的起源中可能發(fā)揮的作用。
在1994年7月的8天里，所有的目光和所有的太空儀器（包括伽利略號、旅行者2號、尤利西斯號和哈勃太空船）都轉(zhuǎn)向了木星，因為這顆彗星的21塊碎片以3億顆原子彈的威力撞擊了木星，這被《時代》（Time）雜志稱為“宇宙撞擊”。
當我凝視著這令人震驚的景象時，這一事件的巨大規(guī)模震撼了我。木星表面上每個被碎片撞擊的地方都留下了驕傲的傷疤。在紅外線圖像中，撞擊點像木星左下方的一個巨大疣體一樣發(fā)光。隨著行星的旋轉(zhuǎn)，這個傷口繼續(xù)放射出光芒。當我驚嘆于舒梅克-列維9號彗星在木星大氣層留下的深刻而持久的影響時，我不禁思考：如果這顆彗星撞向我們，會發(fā)生什么呢？我一直懷著敬畏之情仰望夜空。在舒梅克-列維9號之后，我也開始擔心我們的安全，以及人類如何應對這種來自太空的災難性威脅。
舒梅克-列維9號撞擊木星的事件為我們提供了一個新視角，強調(diào)研究小行星及其可能對地球未來產(chǎn)生的影響的重要性。畢竟，如果6500萬年前沒有那顆小行星的到來，哺乳動物就不會取代恐龍成為地球的主宰。在宇宙之錘落下之前，那些龐大的爬行動物統(tǒng)治了地球1.4億年。
如果沒有那次撞擊，它們沒有理由不繼續(xù)統(tǒng)治地球。如果我們的哺乳動物祖先沒有在那場世界末日中幸存下來，那么人類就不會進化，射電望遠鏡也就永遠不會被造出來，德雷克方程式中代表能夠發(fā)展出無線電波技術的文明因子數(shù)也會減少一個。
當許多天文學家都專注于尋找可能對地球構成威脅的小行星和彗星時，另一些人則致力于在天空中搜尋宇宙起源的證據(jù)。1995年10月，一對瑞士天文學家發(fā)現(xiàn)了第一顆系外行星，即太陽系之外的行星，它距離地球約50光年。當列維博士勸我放棄搜尋外星智能的雄心時，科學家們知道的太陽系行星只有9顆——我們在小學時熟記于心的那些。
當時，科學家們估計擁有行星系統(tǒng)的恒星比例低至萬分之一。這一發(fā)現(xiàn)讓我感覺宇宙就像亞利桑那州沙漠中的那座老礦井一樣，在向我發(fā)出探索的邀請。到如今，已知至少有一半的鄰近恒星都擁有行星，這為生命的存在提供了無限可能。
仿佛一切都在同時匯聚，為我指明道路。1996年8月，NASA的一支科學家團隊宣布了一項轟動科學界乃至全世界的大新聞。據(jù)報道，他們在12年前于南極洲收集的一塊火星隕石的碎片中發(fā)現(xiàn)了原始微生物生命的證據(jù)。這是迄今為止生命可能存在于地球之外的最有力證據(jù)。這一消息在世界范圍內(nèi)成為頭條新聞，甚至促使當時的美國總統(tǒng)比爾·克林頓發(fā)表了正式的電視講話，以紀念這一事件。
這次發(fā)現(xiàn)對我而言意義非凡，因為它凸顯了行星形成和生命在地球之外產(chǎn)生的可能性之間的相互聯(lián)系?；鹦请E石中的微生物化石生命也增加了這種可能性：海盜號可能確實探測到了生命，這加深了我對研究宜居行星形成條件的興趣，并賦予了新的緊迫感。探尋宇宙生命的猶豫感在此刻消散無蹤了。
這是科學首次接近證明地球之外可能存在生命，同時我們也發(fā)現(xiàn)了可能探尋到生命的廣闊未知領域。圍繞這一發(fā)現(xiàn)的興奮和熱議是顯而易見的，它催生了天體生物學這一新領域，該領域旨在研究宇宙中生命的起源、演化和分布。即使是以微生物化石的形式存在，外星生命的可能性也改變了我對我們?nèi)祟愒谟钪嬷械奈恢玫目捶?。我心想，也許我們并不孤單。
我在實驗室里加倍努力，實驗工作進展迅速。不到4年，我就在為我的博士論文做最后的潤色。在那個決定職業(yè)生涯的時刻到來之前，許多挑戰(zhàn)考驗了我的韌性和決心。然而，在所有的辛勤工作和學術壓力中，還有一個快樂幸福的亮點：那個拿著冰鞋的女孩。
在答辯前的幾個月，我鼓起勇氣，決定向凱特求婚。這是一個大膽的舉動，而且我不確定自己是否準備好了。但我的內(nèi)心告訴我，這是正確的事情，她就是我的另一半。她答應的那一刻，我感到無比喜悅。我至今還記得那種仿佛重擔從肩上卸下的感覺。突然間，一切似乎都有可能發(fā)生。
回首那一刻，我意識到那是我生命中的一個轉(zhuǎn)折點。它標志著一個新篇章的開始，一個充滿愛與希望的新篇章。即使前方道路充滿了考驗和挫折，我知道我永遠不必獨自面對了。
作者/[美]但丁·勞雷塔
摘編/荷花
編輯/王菡
導語校對/柳寶慶
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