美国太空船采集彗星尘埃 | |||||||||
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| http://www.sina.com.cn 2006年08月03日09:47 南方新闻网-南方周末 | |||||||||
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华人科学家花小钱办大事 □本报记者 李虎军 □实习生袁王月
今年1月，美国宇航局“星尘号”太空船成功返航，人类第一次从遥远的太空带回彗星尘埃样品。此后，来自全球各 地的科学家着手研究这些珍贵的“天外来客”。 7月21日，“星尘计划”副首席科学家邹哲PeterTsou在北京举行的第36届世界空间科学大会上透 露，彗星样品的初步研究结果将于今年9月公布，教科书上关于彗星的一些内容将因此而改写。邹哲教授作完学术报告之后， 本报记者对这位来自加州理工学院喷气推进实验室的华人科学家进行了专访。 两大难题 早在25年前，邹哲的脑海中就开始酝酿一个大胆的梦想：采集彗星尘埃。 要采集彗星样本，最理想的情况当然是登陆彗星表面。但这是一个成本极高的方案，几乎不可能被采纳。邹哲说：“ 我不希望一个报告始终放在书架上，我要做有生之年可以看到结果的事情。” 于是，他提出一个“费用最低、可能性最高”的方案。太空船不在彗星表面降落，而是飞到彗星附近，去捕捉彗星尘 埃。 邹哲遇到的第一个难题是：在高速状态下逮捕尘埃样品，同时又不能让尘埃完全融化而失去研究价值。如果太空船和 彗星尘埃的速度差距达到每秒10公里，就相当于40倍普通手枪子弹的速度。 通过上千次地面实验，邹哲证实了这种高难度动作的可行性。但他又遇到另一个挑战：起初选择的材料在地面上用得 很好，却无法带上太空船。 在太空船上使用的这种材料必须又轻又小，禁得起高强度的紫外线和巨大的温差。此外，材料最好是透明的，因为彗 星粒子非常小，比人的头发细上100倍到1000倍，如果逮捕到不透明的材料里面很难观测。 曾经有实验室对邹哲说，如果提供1000万美元和10年时间，可以试试看，但不能保证结果。“这不开玩笑吗？ 我哪里有这么多钱？而且结果还不能保证！” 终于有一天，他无意间在洛斯·阿拉莫斯国家实验室看到一种像烟一样透明的固体。这种材料被称为气溶胶aerogel ，邹哲则称之为稀密封。它由石英制成，质量超轻，耐紫外线和温差，非常适合太空环境。 但邹哲说，当时的稀密封材料密度还不够低，不能满足捕捉彗星样品的要求。他便向利弗莫尔国家实验室的研究人员 反复讲述其实验构想，最终竟说服对方免费去改善材料的性能。 “每一个组织其实都有足够的经费做一些额外的事情，如果不要他们太花时间，说服他们多做一点事情是不成问题的 。”邹哲不无得意地说，我有很多东西都是免费得来的。 13次申请 两大难题解决以后，邹哲不停地参加学术会议，发表学术文章，向同行介绍其设想。 他说，这样做是为了说服同行，因为太空探测方案需要通过同行评议。“你发表了文章，就会有同行去验证，科学上 的问题一定要能证实。如果是上层组织来作决定，可能根本不懂得你做的是什么。而同行懂得你做的是什么，他们的决定在技 术方面更为可靠。” 此后，邹哲开始向美国宇航局提交捕捉彗星尘埃的计划申请。他前后写了13次申请，每次修改申请方案都要花几个 月。 1994年，邹哲的申请终于被美国宇航局接受。纽约州立大学的弗莱因(GeorgeFlynn)说：“通常50 份申请可能才会有1个成功，所以邹申请13次就成功已经很幸运了。” 这种幸运或许离不开邹哲方案构思的巧妙和成本的低廉。“星尘计划”耗资约2亿多美元，与美国宇航局诸多烧钱的 项目相比，已经属于很省钱的了。 不过，出任“星尘计划”首席科学家的是邹哲在伯克利加州大学就读时的同学唐纳德·布朗李(DonaldBrownlee) ，生于中国西安的邹哲却只担任副首席科学家。有华文媒体报道说，美国宇航局惯例是“谁提出谁负责”，邹哲当时未能出任 首席大概因为他是华人。 执行样品采集任务的“星尘号”太空船于1999年2月升空，并于2004年1月逼近彗星“维尔德2号”Wild2 约240公里处，以数十个“稀密封”容器连接而成、形似网球拍的样品收集器捕捉彗星粒子。 今年1月15日，“星尘号”返回地球。邹哲戴着大口罩，穿着防护服，小心翼翼地捧起样品收集器。“八年前将它 放上太空船时还是空空的，现在满满的都是样品。我当时告诉自己，一定不能掉了，”他说，“就像妈妈生出宝宝一样，那是 我人生中的尖峰时刻。” 邹哲还说：“一个人做一件事情，做上十年、二十年，才能做出点东西。而且，星尘计划也不是任何一个人可以完成 的，这个团队合作以技术为起点，靠人际关系做支撑。人际关系很重要，如果我有机会做一个科技大学的校长，我会加这样的 一门课。” 改写教科书 “星尘号”降落的第一个星期内，科学家就开始对部分彗星样品进行分析。 纽约州立大学的弗莱因与来自美国、日本和法国的同行一起参与了样品分析工作。他说，因为有邹哲等人的贡献，科 学界才第一次有机会对取自太空的彗星粒子进行分析。 在邹哲看来，彗星就像是一个时间宝盒，这些来自遥远太空的彗星粒子将为人类了解宇宙的过去打开一扇窗口。因为 彗星在太阳系边缘，温度低至零下270多摄氏度，而那样的低温下，太阳系形成之初的物质可以得到很好的保存。 他说，科学家已经检测了50多粒的彗星样品，本来以为这50多粒很多都会类似，却发现其中没有2粒是一样的。 不仅如此，他还将彗星比作一个“冰与火”共存的世界。在这么冷的地方，科学家本来觉得找到的应该只是冰之类的物质，却 发现其中一个粒子是在1700度以上的高温下形成的。这说明，“我们以前所想象的彗星成分太简单了”。 地球上的生命起源与彗星到底有无关系，也非常受人关注。邹哲说，很多科学家猜测地球上的水可能是彗星带来的。 但他们从样品中目前没有发现水，这可能是因为样品采集过程中水已经蒸发。不过，科学家还是发现了一些水的痕迹。 所有这些都只是初步的发现。邹哲说，科学家可能需要20年才能完成所有分析，而且，今后如果有更好的检测仪器 出现，可能还会得到一些新的发现。 去年7月，美国宇航局撞击彗星的“深度撞击”计划引起了人们的广泛关注。不过，邹哲说，他个人认为“深度撞击 ”没能完全达到它最初的目标——撞击彗核，了解彗核的组成，研究彗星内部结构。“深度撞击”准确地击中了目标彗星，但 科学家们如今无法分辨哪些信息是彗星内部的，哪些是彗星表面的。 在7月20日举行的一次中文科普讲座之后，邹哲将两个稀密封材料赠送给了中国科学院空间中心。 谈及稀密封，邹哲认为这种材料除了在太空探测上得到应用之外，未来的民用前景也大为可观。 例如，稀密封的保温和绝缘性能很好，有人计算过，用稀密封做建筑材料，那怕将房子建在南极，一根蜡烛就可以保 持房子的温暖，“那时候就不需要这么多石油了”。此外，一个光盘大小的稀密封表面积足有两个足球场那么大，如果用在海 水淡化上，效率可以成千倍地增加。 目前，全世界只有10多家实验室能够制造稀密封，成本奇高，还没有投入商业应用。但邹哲相信，也许将来有一天 稀密封会像玻璃一样深入千家万户 相关专题：南方周末 |
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