互动科普

新视野号是人类第一艘飞越冥王星的探测器。这个取得巨大成功的项目实际上历尽坎坷。首席科学家斯特恩曾表示：如果这个冥王星任务是只猫，它可能早就死了，因为猫也只有九条命。

“冥王星地下党”

1989年5月5日，还在美国科罗拉多大学攻读博士学位的斯特恩，见到了时任NASA行星探索部主管的杰夫·布里格斯（Geoff Briggs）。斯特恩问，为什么美国没有探索冥王星的任务？布里格斯回答，因为从来没有科学家提出想去探索冥王星。

确实，尽管那时离人类发现冥王星已过去约60年，但由于冥王星远离地球，探测难度巨大，加之科学家普遍认为探索冥王星对研究地球和行星的形成缺乏借鉴意义，在斯特恩之前还真的没有人提出要去探索冥王星的建议。

另一个可以佐证的事实是，1989年8月25日，旅行者2号飞船飞越海王星，传回了海王星和海卫一的清晰照片。此时，旅行者2号调查太阳系的主要任务已经完成，本来可以调转飞行方向，顺便探访冥王星。但当时参与旅行者2号项目的科学家们对这颗游荡在外太阳系的孤独天体实在没有兴趣，所以旅行者2号失去了这次创造第一的机会，继续飞往太阳系深空。

NASA主管的回答无疑激励了斯特恩。当然，斯特恩也并非心血来潮。“我从小就对这些感兴趣”，在《冥王星之年》的纪录片中他说，他此生一直沉浸在这一兴趣中。在崇尚探索和冒险的美国年轻人中，斯特恩不会是唯一对冥王星感兴趣的人。很快，一批对未知世界充满好奇、热衷于探索宇宙的年轻人开始聚集在一起，自发组成研究小组，经常在一起讨论探索冥王星的可行性。这一小组后来被人们戏称为“冥王星地下党”（Pluto underground）。

“冥王星就在那儿，这是驱使我的最大动力。”小组元老马克·布伊（Marc Buie）在《冥王星之年》中说：“因为我们对它实在了解得太少了。”20世纪90年代航天技术的快速发展，让年轻人开始思考哪里是太阳系探索的极限。这一问题的答案也呼之欲出，那就是唯一未被航天器探测过的行星，也是太阳系最遥远的行星—冥王星。

一波三折的项目申请

1985～1990年，冥王星与冥卫一卡戎出现行星互掩，即两者交替从对方前面经过。利用行星互掩过程中的光度变化，“冥王星地下党”和其他天文学家合作绘制了第一张冥王星图像。图像显示，冥王星表面的不同地区具有显著差异，是太阳系中表面对比度最大的天体之一。此后，“冥王星地下党”成员也借助哈勃太空望远镜，第一次用直接成像法观测了冥王星表面。这些努力显然有助于推动冥王星探索任务的立项。

20世纪90年代末，NASA制定了一项名为“冥王星-柯伊伯快车”(Pluto-Kuiper Express）的探测计划，原计划2004年12月18日发射，主要探测冥王星、卡戎及其他柯伊伯带天体。但由于研制经费超支，NASA宣布取消该计划。

消息公布后，遭到了包括“冥王星地下党”在内的众多天文学家的强烈抗议，他们四处游说，以拯救冥王星计划。2000年12月20日，NASA宣布重新论证冥王星计划，并且首次向全球公开征集探索方案。在项目指南中，NASA提出了两项苛刻的要求：一是飞船必须在2015年前抵达冥王星，二是研制经费必须低于5亿美元。而且提交申请书的截止时间是2001年3月19日。这意味着，只有不到3个月时间来开展所有的任务设计。

NASA这么做也是迫不得已。冥王星的轨道为椭圆形，绕日运行的周期长达248年。它最近一次抵达近日点的时间是1989年，之后越来越远离太阳，而2015年是快速抵达冥王星的最后时机，一旦错过，这种机会就只有百年之后才有了。而且从NASA的管理体制来说，5亿美元的项目是这类以科学发现为目的的小型探索任务中规模最大的了。

“冥王星地下党”自然不能错过这个百年一遇的机会，斯特恩所在的美国西南研究院团队开始了积极的申请筹备工作。他们的竞争对手共有4家，其中包括大名鼎鼎、已经成功探索过除冥王星外所有太阳系行星的喷气推进实验室（JPL）。

为了实现超远距离的测控通信，传统的飞船测距方法是由地面控制中心发射信号，飞船接收信号后再回传至控制中心。但由于冥王星距离遥远，这种方法回收到的信号微弱，且容易受到环境干扰。斯特恩团队设计出了新型信号接收装置，增加了降噪功能，使遥远距离回传的测距信号依然保持清晰。

为保证冥王星探索的科研产出，又不突破预算限制，斯特恩为首的设计团队只设计了三大基本科学目标：拍摄冥王星和卡戎表面的形貌；探测冥王星和卡戎的表面物质成分；测量冥王星大气的逃逸速率。此外，还计划探测冥王星附近的高能粒子、磁场、电离层、太阳风等环境特性。

即便如此，第一轮设计的成本核算依然远超NASA所能提供的经费额度。如何缩减经费成为设计团队的核心任务。缩小探测器尺寸，缩减科研内容，优化各项设备，设计团队甚至试图不用美国的火箭，而购买俄罗斯火箭进行发射。但不管怎样，经费依然超支严重。斯特恩走投无路之际，JPL的竞争对手APL主动联系斯特恩，希望与他联手共同击败JPL。APL的加盟，使项目最终成本压缩到7亿美元。

斯特恩等好不容易满足了NASA的要求，却遇到了NASA也无能为力的事情。2001年2月6日，刚刚上台1个月的布什政府公布了新一届政府的预算支出报告，新报告宣布取消冥王星探索任务，而此时离NASA要求提交探索冥王星任务申请书的截止时间仅有40多天。

眼看多年努力的心血即将付诸流水，生死存亡关头，APL和JPL也放下多年恩怨，一起动员各方力量，共同游说国会议员，告诉他们探索冥王星的重要意义。经过努力，国会通知NASA：保留探索冥王星的任务。

2001年4月6日，NASA宣布，斯特恩领导的新视野号团队将与JPL领导的冥王星团队进行最终角逐，并于当年9月18日举行最终评审。正当双方信心满满，准备上场答辩的时候，又一个意外发生了，发生在9月11日的“911”恐怖袭击打乱了整个美国的节奏，APL与JPL的决战日期被延至10月19日。11月29日，NASA宣布新视野号团队的探测方案最终胜出。实际上，APL设计的探测器并不比JPL的设计方案有明显优势，但新视野号探测器上搭载的硬盘可以存储48G的探测数据，是JPL设计方案的6倍，这一点显然打动了希望获得更多探测数据的科学家评委。

图. 技术人员为新视野号贴上徽标

但APL刚刚胜出三个月，还沉浸在喜悦中的新视野号团队就接到了另一个不幸的消息：2002年1月，布什政府再次宣布取消探索冥王星的计划。这一次，新视野号团队建立了一个专门网站，用英语、法语等8国语言，请求全球民众支持他们的冥王星探索计划，最终收集到1万多个来自全球各地的签名。负责评价各类太阳系探索任务科学优先性的美国科学院，这次也打破沉默，集体决定将探索冥王星及其所在的柯伊伯带，列为美国需要最优先开展的太阳系探索任务之一。

2003年2月，布什政府终于正式批准新视野号任务。而此时距离探测器发射升空的最佳时间，只有不到3年了。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）