1991 年,美國郵政署發佈了他們委派插畫師 Ron Miller 設計的「太空探索」系列郵票,紀念多年來我們把太空船送到不同天體進行探索任務的努力。這系列 29 美分的郵票中,其中九張都印有已探索的各個行星和負責任務的飛行器,例如於 1974 及 75 年先後三次飛越水星的水手 10 號 (Mariner 10),1976 年到達火星並且成功登陸的維京號 (Viking 1&2),其後在 80 年代利用 175 年才一遇的機會一口氣飛越了木星[1]、土星、天王星和海王星幾個巨行星的航行者 2 號 (Voyager 2),甚至包括月球軌道計畫的衛星。第十張郵票,上面卻印著冥王星的「藝術想像圖」,寫著

未曾探索 (Not Yet Explored)。

自航行者號達成任務後 30 年來,從來沒有太空船造訪過它,也從來沒有人知道它是長甚麼樣的。可是今天,我們不能再這樣說了。打破這番話的,是用了長達 9 年,3460 多天,飛行了 48 億公里,剛剛在 7 月 14 日近距離飛越冥王星的新視野號,郵政署要發行新的紀念票了。

一封給冥王星的信

從新視野號團隊在 2000 年年底正式成立,在任務初期因經費問題險被腰斬,在 2006 年升空數月後冥王星被重新歸類為矮行星,到終於達到目的地,花了 15 年的時間。但其實探索冥王星這項挑戰,在更早的任務中已被提及過。參與航行者任務的科學家曾經考慮,當航行者 1 號飛越土星時,可利用土星重力助推把飛行器的路徑作調整,前往冥王星,但眾人都認為土星最大的天然衛星 — 土衛六 (Titan,又稱泰坦) 的科學研究價值較高,所以選擇了讓航行者 1 號靠近土衛六,此舉採取的路徑亦讓冥王星一行無法實現。

冥王星之夢一直都在,新視野號項目負責人 Alan Stern 其實早在 1989 年便與一批科學家組成「地下冥王」 (“Pluto Underground”) 的非官方組織,開始研究把太空船送到這個遙遠的國度的可行性。那張郵票特別成為一代科學家的動力,「未曾探索」所帶來的迴響,亦讓太空總署積極投放資源發展計畫。往後這段日子,出現過的是新視野號的兩個前身 (“Pluto Fast Flyby” 和 “Pluto Kuiper Express”),雖然兩者後來都因為經費不足而遭擱置,也正因為如此讓很多人下了誓要讓冥王星探索計畫復活的決心。2001 年辦公室因為九一一恐襲而關閉,為了要在眾多「冥王星計畫」的計畫書中脫穎而出,Stern 更一度要在附近的酒店內把它完成。最後新視野號在 2002 年,每十年進行一次的調查訪問中被科學界選為首位優先須實行的任務,亦獲得太空總署行政部門的正式支持。[2]

從航行者 1 號到今天,所有被考慮過作為飛越冥王星任務的太空船 (來源: Jason Davis / The Planetary Society. CC BY-NC 3.0)
從航行者 1 號到今天,所有被考慮過作為飛越冥王星任務的太空船
(來源: Jason Davis / The Planetary Society. CC BY-NC 3.0)

Stern 也曾說這張郵票對他意義重大,所以新視野號此行把郵票也帶上!除此之外,新視野號上還有些很有趣的物件,作為帶給冥王星的手信 (畢竟郵費也只是 29 分…):

  • 兩張 CD,一張記錄了新視野號團隊每個人的照片,另一張記錄了 40 多萬人的名字,如果你有參與「把你的名字送到冥王星」(“Send your name to Pluto”) 活動,你的名字就在裡面!
  • 兩個 25 分硬幣,分別是馬利蘭州 (Maryland) 和佛羅里達州 (Florida) 的紀念幣。前者是新視野號建造之地,後者則是發射升空之地,更印有穿梭機的圖案,寫有「發現之路」(“Gateway to Discovery”),特別切題 (而且,話說找紀念幣的過程一點也不簡單[3]);
  • 第一架由私人公司建造,成功完成載人太空飛行的太空飛機「太空船 1 號」(“SpaceShipOne”) 機身的碳纖維物料;
  • 一個「人」—— 克萊德·湯博 (Clyde Tombaugh) 的部分骨灰。今天的一切,都是因為他 —— 1930 年發現了冥王星。

為何偏偏找到你

冥王星被列為矮行星,已經不是新聞了,關於我們為甚麼會對行星的定義有所修訂,可看看一些科普文章詳盡的解釋。近年,越來越多冥王星的同類 — 柯伊伯帶物體 (Kuiper belt objects) 如鬩神星 (Eris)、鳥神星 (Makemake, “mah-kee-mah-kee”)、妊神星 (Haumea) 等先後被發現,我們不禁會問,既然這些矮行星都那麼像,對於湯博來說都是天上的一個點,為甚麼是冥王星首先被發現?當然,這些天體都有著不同的大小、軌道,可能讓某幾個在某些時候比較容易被觀測到,但除此之外,其實冥王星的發現可算是一個意外,這就要從天文學家追蹤「新行星」開始說起。

在 17 世紀以前,人類都是以肉眼研究星空,自遠古時代,我們知道「太陽系」中有八個成員:太陽、月球、水星、金星、地球、火星、木星和土星,因為他們都能被肉眼直接觀測到。太陽系「第七顆行星」—— 天王星,一直要到 1781 年才被英國天文學家赫歇爾 (William Herschel) 所發現。其實在觀測條件較好的情況下,天王星是可憑肉眼所見,但由於實在是比較暗、軌道周期比較長 (84 地球年!),古時候一直都被看成是一顆在背景的星星,唯有在赫歇爾的望遠鏡下,天王星在天上緩慢的移動路徑才被發現,成為第一個用望遠鏡被發現的行星。

天王星的路徑曾經引起物理學家和數學家的關注,在它被發現後的半個世紀裡,觀測數據一直顯示這個行星的移動路徑跟牛頓萬有引力理論所預測的略有出入,結論是在它運行的軌道外,存在著一個未知的天體 —— 另一顆行星,天王星一直受其引力拉扯著。1845 年,法國數學家勒維耶 (Urbain Le Verrier) 和英國天文、數學家亞當斯 (John Couch Adams) 分別推算出這顆新行星所在的位置。勒維耶發覺他得不到其他法國天文學家的注意,在 1846 年 8 月底去信身在柏林天文台的德國天文學家伽勒 (Johann Gottfried Galle),伽勒在 9 月 23 日收到信件當天晚上就展開觀測,結果於短短一小時內,在學生德亞瑞司特 (Heinrich Louis d’Arrest) 的協助下,發現了海王星,位置跟勒維耶預言的位置僅差少於一度!

湯博用來發現冥王星的兩張照片。(來源:Wikipedia)
湯博用來發現冥王星的兩張照片。(來源:Wikipedia)

海王星是一顆用數學發現的行星,這是數學應用在理論物理一個絕佳的例子,它的發現,激起了不少天文學家找尋新行星的想法。其實在海王星被發現之前,已有人懷疑天王星軌道與理論的偏差並不能只由一顆行星所造成,因此在海王星被發現後,天文界各人紛紛去找尋這顆行星,當中包括相當有名的「X 行星」。湯博當初的任務也是要把這顆影響著天王星的行星找出來,目標是透過比對兩張分隔兩周的照片,在茫茫星海中找出一個會移動的光點。經過近一整年的時間,對超過近 200 顆星(!)的觀測,湯博終於在 1930 年找到這顆行星—冥王星。但它並非大家一直在尋找的「X 行星」,天文學家在往後的觀測和計算中,發現這顆行星的質量實在太少,根本不足以影響天王星的軌道,在後來對這「遺失的行星」的搜索也通通落空,最終「X 行星」之說也隨著航行者 2 號的數據對海王星質量進行的修正而被撇除。

作為柯伊伯帶物體的第一個代表,有著五顆衛星,冥王星當過「X 行星」,到後來「X」之位被拿走,到後來「行星」之位被拿走,見證著我們對太陽系認知的演變,亦會因為這次新視野號的探索而繼續帶給我們驚喜,實在是獨一無二。

我們又能走多遠

幾天前在 NASA 的 Facebook 專頁上看到有人在冥王星的照片下留言說「宇宙中星星的數量,多於地球上所有海灘裡沙粒的數量,[可是] 我們一顆也不會造訪得到。」前面關於星星數量的估計也許正確[4],至於後面,未免言之尚早。

600 萬年前人類祖先在地球上活動,生活一直都非常原始,直至約十萬年前才開始懂得耕作,發明文字,建立社會;我們今天伸手可及的互聯網,更是近幾十年的產物。如果沒有為意到科技發展的步伐是多麼的迅速,我們的確會對未來作出一些回頭看來很荒寥的預測。1903 年,《紐約時報》預測等到第一部飛行機器面世,需要花上 100 至 1000 萬年[5];同年,萊特兄弟 (The Wright Brothers) 就在北卡羅來納州的 Kitty Hawk 成功進行了史上首次駕駛飛行。1908 年,有人聲稱沒有飛行機器可以從紐約市飛到巴黎 — 這竟是弟弟奧維爾·萊特說的話!我們常對「當下」有個假象,認為「今天」便是世界最終的模樣,其實人類進化史、科技史並不站在我們這邊。正如一位美國棒球名將所說:

The future ain’t what it used to be. – Yogi Berra

最後,很喜歡朋友說,「一生,至少要試一次追求知識、學問的感覺。」所以請誠實地跟著你的好奇心走吧,你會發現世上其實真的「無難事」。你會發現你應該是沒有時間的卻不知道哪裡擠出那一點點來去做你所追尋的,你會發現你只睡三個小時然後第二天仍然很精神,你會發現你突然被自己的某些想法感動到了而熱淚盈眶。這真的是一種最美好的感覺。

The prize is the pleasure of finding the thing out, the kick in the discovery. – Richard Feynman

送大家一張新鮮出爐的冥王星照片。

冥王星上發現三千多米高的山脈,可能是活躍地質活動的證據。 (來源:NASA)
冥王星上發現三千多米高的山脈,可能是活躍地質活動的證據。 (來源:NASA)

  1. 航行者 2 號實際於 1979 年 7 月飛越木星。
  2. Feature: How Alan Stern’s tenacity, drive, and command got a NASA spacecraft to Pluto” – Science 《科學》News. 詳細敍述了 Stern 小時候的生活,以及他怎樣跟新視野號計畫一路走來的故事。
  3. To Pluto, with postage: Nine mementos fly with NASA’s first mission to the last planet” – collectSPACE. 關於新視野號擕帶的九件手信的趣聞,提到 Stern 翻轉了一家 Burger King 也找不到他想要的佛羅里達州紀念幣。
  4. Are There More Grains of Sand Than Stars?” – Universe Today. 怎樣估計宇宙中的星星和地球上的沙粒數量。
  5. Flying Machines Which Do Not Fly“. 1903 年《紐約時報》對飛行機器作了個「荒寥」的預測。