天文科普:和太陽(yáng)系說(shuō)再見(jiàn),旅行者號(hào)要把人類的愛(ài)情講給外星人聽(tīng)
來(lái)源:科普中國(guó)
發(fā)布時(shí)間:2023-02-16
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我看到了我的愛(ài)戀,我飛到她的身邊,我捧出給她的禮物。那是一小塊凝固的時(shí)間,時(shí)間上有美麗的條紋,摸起來(lái)像淺海的泥一樣柔軟。

——《三體·死神永生》

1990年2月14日,情人節(jié)。

一艘人類制造的航天器正在沖向太陽(yáng)系的邊緣。

她所剩不多的電池功率,已經(jīng)不足以維持航天器上的全部載荷運(yùn)轉(zhuǎn)。那個(gè)看過(guò)了無(wú)數(shù)新世界的相機(jī),此刻即將關(guān)閉。

那一天,她轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái),深情地凝望了自己?jiǎn)⒊痰牡胤?。在六十億公里之外,那個(gè)生生不息、豐富多彩的藍(lán)色星球僅僅是星空中的一個(gè)暗淡藍(lán)點(diǎn)。

在記下了地球的樣子后,她繼續(xù)向前,準(zhǔn)備和太陽(yáng)系說(shuō)再見(jiàn)。

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著名的“暗淡藍(lán)點(diǎn)”圖片,地球是圖片右側(cè)紅色條紋上,中部偏下位置的藍(lán)點(diǎn)。這張圖片被賦予了廣泛的、科學(xué)之外的文化意義,被廣泛使用。電影《流浪地球2》中,中國(guó)外交官曾向其他國(guó)家官員展示了這幅圖片。來(lái)源:NASA

這艘飛船名叫旅行者1號(hào)。在自己的眼睛再也看不見(jiàn)之前,她除了想記住地球的模樣,還一直記掛著一個(gè)愛(ài)情故事,準(zhǔn)備把一位27歲的姑娘相愛(ài)時(shí)的心動(dòng)講給外星人聽(tīng)。

01

記錄相愛(ài)時(shí)的心動(dòng)

將愛(ài)情故事講給外星人

旅行者 1 號(hào)和旅行者 2 號(hào)是一對(duì)“孿生”航天器,人們賦予她們的使命是在深空中推進(jìn)人類太空探索的最后邊界。

上世紀(jì)七十年代,土星、木星、天王星和海王星的位置,讓航天器可以利用借力飛行,一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)火星以外的大行星的探測(cè)。

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旅行者號(hào)飛船。來(lái)源:NASA

所謂借力飛行,就是借助天體的引力,來(lái)為人造的航天器加速。

如果把飛行器看作一位步行的旅人,那么借力飛行就相當(dāng)于搭了一趟免費(fèi)的巴士,不但能減少飛行所需的能量、降低發(fā)射難度,還能提高飛船的飛行速度。

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兩艘旅行者號(hào)飛船的飛行過(guò)程。來(lái)源:NASA

除了開(kāi)展科學(xué)探測(cè),科學(xué)家們還賦予了旅行者號(hào)另一項(xiàng)使命:向地外文明介紹人類。

在兩艘旅行者號(hào)飛船上,搭載了儲(chǔ)存有數(shù)字信息的金唱盤(pán)。

科學(xué)家們期盼有朝一日這樣的場(chǎng)景能夠在宇宙的某個(gè)角落出現(xiàn):一個(gè)地外文明捕獲了旅行者號(hào),從金唱盤(pán)中解碼了圖片、聲音等等信息,從中認(rèn)識(shí)地球和人類。

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旅行者號(hào)搭載的金唱盤(pán)盤(pán)面。來(lái)源:NASA

為了完成這項(xiàng)任務(wù),NASA 組織了一個(gè)跨界的團(tuán)隊(duì)。

除了科學(xué)家和工程師外,團(tuán)隊(duì)中還有科普作家、藝術(shù)家甚至流行音樂(lè)雜志編輯。各行各業(yè)的人們集思廣益,為金唱盤(pán)安排了豐富的內(nèi)容。

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旅行者號(hào)金唱盤(pán)中存儲(chǔ)的一幅圖片,拍攝了牛頓的巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中的第6頁(yè)。來(lái)源:NASA

外星人們能從數(shù)學(xué)、物理公式和 DNA 結(jié)構(gòu)中看到我們的科學(xué)水平,從泰坦火箭、宇航員、阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡等圖片中了解我們的技術(shù)能力。

甚至他們會(huì)聽(tīng)到中文普通話的語(yǔ)音問(wèn)候:“各位都好吧?我們很想念你們,有空請(qǐng)到這來(lái)玩?!彼麄冞€能欣賞到人類所創(chuàng)作的音樂(lè),從巴赫婉轉(zhuǎn)的《第二號(hào)勃蘭登堡協(xié)奏曲》到我們恬淡的《高山流水》。

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將金唱盤(pán)安裝到旅行者號(hào)飛船表面。來(lái)源:NASA

02

金唱盤(pán)中還有愛(ài)情故事

而且和音樂(lè)有關(guān)

1977 年 6 月,金唱盤(pán)的創(chuàng)意總監(jiān)安·德魯彥在選取音樂(lè)的問(wèn)題上犯了愁。

在她看來(lái),中華文明源遠(yuǎn)流長(zhǎng)幾千年,金唱盤(pán)中理應(yīng)記錄一段中國(guó)音樂(lè)。但不巧的是,她本人并沒(méi)有這方面的知識(shí)儲(chǔ)備。

于是,27 歲的她給金唱盤(pán)的負(fù)責(zé)人卡爾·薩根打了一個(gè)電話,希望跨界人才薩根能夠?yàn)檫@個(gè)難題提供一些建議。

薩根有著天文學(xué)家、科普科幻作家等多重身份,霍金曾經(jīng)邀請(qǐng)薩根為《時(shí)間簡(jiǎn)史》作序。

在之前的兩年中,德魯彥和薩根是同事,也是朋友,在工作中逐漸熟識(shí)。

德魯彥的電話一開(kāi)始并沒(méi)有打通,薩根的電話留言機(jī)接待了她。

而當(dāng)薩根把電話打回去之后,一件小說(shuō)電影都不敢想象的事情發(fā)生了:在幾十分鐘的電話里,兩顆心迅速地接近,迸發(fā)出愛(ài)情的火花。

之前沒(méi)有牽手擁抱,沒(méi)有任何親密關(guān)系的德魯彥和薩根決定結(jié)婚,陪伴彼此走之后的路。

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年輕時(shí)的薩根和德魯彥。來(lái)源:whalebonemag.com

有些人把人沉浸于愛(ài)情中的感覺(jué)稱為“戀愛(ài)腦”,并頗為“理性”地認(rèn)為這將導(dǎo)致一系列悲劇的結(jié)局。

然而這短短幾十分鐘內(nèi)迸發(fā)的愛(ài)情火花,讓德魯彥和薩根相守了二十多年,直到薩根離世。

2019 年,已經(jīng)七十歲的德魯彥依然能夠清晰的回憶起那時(shí)的心動(dòng):

“我們的家庭、工作、內(nèi)心和思想,我們的每個(gè)日夜,在接下來(lái)的二十年里,一直幸福地渾然一體,直到死亡將我們分離?!?/p>

兩個(gè)人的工作并沒(méi)有因?yàn)閻?ài)情的到來(lái)而停止。一次,德魯彥問(wèn)薩根,“幾億年后捕獲這艘飛船的地外文明,能否從腦電波中解讀出人類在當(dāng)時(shí)的思緒?”

薩根的回答是,既然我們不知道,為什么不試試呢?

于是,德魯彥走進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室,將許許多多的腦電波傳感器與自己相連,進(jìn)行了一個(gè)小時(shí)的冥想。

在這段時(shí)間里,雖然德魯彥竭力的想去思考人類發(fā)展進(jìn)程的種種政治、歷史問(wèn)題,但她發(fā)現(xiàn)內(nèi)心深處閃動(dòng)的卻一直是愛(ài)情帶給她的歡愉。

而這段腦電波也為了旅行者號(hào)金唱盤(pán)中最特別的一段記錄——把相愛(ài)時(shí)的心動(dòng)講給外星人聽(tīng)。

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德魯彥的腦電波,記錄下了戀愛(ài)時(shí)的美麗心情,并存儲(chǔ)于旅行者號(hào)的金唱盤(pán)中。來(lái)源:NASA

03

我們的愛(ài)

在無(wú)盡時(shí)空中永恒記錄

對(duì)于人造航天器來(lái)說(shuō),旅行者號(hào)的飛行速度已經(jīng)創(chuàng)了記錄。但面對(duì)浩瀚的宇宙,這樣的速度簡(jiǎn)直不值一提。

根據(jù)計(jì)算,旅行者號(hào)飛行到下一顆恒星需要漫長(zhǎng)的 4 萬(wàn)年。

在太空中穿行的過(guò)程中,各種天體爆發(fā)現(xiàn)象所釋放的宇宙射線會(huì)不斷侵蝕介質(zhì)上記錄的信息。

為此,這張銅質(zhì)鍍金唱盤(pán)采用了特殊的屏蔽處理,使蝕刻的信息可以保存數(shù)億年。

愛(ài)情帶給德魯彥的心動(dòng),也由此進(jìn)入了時(shí)間的長(zhǎng)河中,隨著旅行者號(hào)飛船的軌跡,在時(shí)間與空間的無(wú)限延伸中獲得了永恒。

雖然旅行者號(hào)帶去了金唱盤(pán),但卻沒(méi)有攜帶播放唱盤(pán)的“留聲機(jī)”。

為了讓地外文明能成功解碼,團(tuán)隊(duì)在金唱盤(pán)表面,用宇宙通用的語(yǔ)言——物理和數(shù)學(xué),為外星人寫(xiě)好了讀取金唱盤(pán)的說(shuō)明書(shū)。

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金唱盤(pán)表面圖示的解釋。在實(shí)際的金唱盤(pán)上并沒(méi)有文字,因?yàn)榈赝馕拿鞑豢赡芾斫獾厍蛏系娜我庖环N語(yǔ)言。我們希望他們能通過(guò)圖案代表的物理過(guò)程和數(shù)學(xué)運(yùn)算理解我們的意思。來(lái)源:NASA

或許此時(shí)你要發(fā)問(wèn)了:外星人能看懂我們的說(shuō)明書(shū)嗎?

別著急,聽(tīng)我慢慢講。

氫是宇宙中最廣泛存在的元素。

在金唱盤(pán)表面的圖示中,科學(xué)家們?cè)噲D告訴外星人,說(shuō)明書(shū)中的基本時(shí)間單位是氫原子的自旋躍遷時(shí)間,將這個(gè)時(shí)間單位與圖示給出的二進(jìn)制數(shù)字相乘,就是讀取時(shí)唱盤(pán)的轉(zhuǎn)速。

信息的編碼波形與規(guī)則也可以從圖形中獲取。

為了讓外星人們知道旅行者號(hào)來(lái)自何處,科學(xué)家們標(biāo)出了太陽(yáng)系相對(duì)于宇宙中十四顆脈沖星的相對(duì)位置。

在宇宙中,每一顆脈沖星的頻率都是獨(dú)一無(wú)二的,能夠讀懂其他信息的外星人也已經(jīng)一定能夠從唱盤(pán)上標(biāo)示的脈沖星頻率出發(fā),按圖索驥確定太陽(yáng)在哪個(gè)方位。

與動(dòng)輒以萬(wàn)年億年計(jì)時(shí)的天體及宇宙演化相比,人一生的時(shí)間不長(zhǎng),與伴侶相守的時(shí)間更短。

在想象和計(jì)劃旅行者號(hào)的未來(lái)時(shí),德魯彥和薩根都深深地體會(huì)到了這一點(diǎn)。

同時(shí),他們都是無(wú)神論者,并不相信人去世后能在另一個(gè)世界相聚。死亡將兩個(gè)人分開(kāi)了,一切就都結(jié)束了,因此要好好珍惜在一起的時(shí)光。

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中年時(shí)的薩根和德魯彥。來(lái)源:carlsagan.com

在薩根離世7年后,德魯彥接受記者的采訪時(shí)說(shuō):“我不期望我能與薩根重聚。

重要的是,在我們相伴的二十年中,我們清楚地認(rèn)識(shí)到生命是多么的短暫和寶貴……

我們活著、在一起的每一刻都是奇跡——不是無(wú)法解釋的、超自然的奇跡,而是慷慨而善良的偶然……在宇宙中我們找到了彼此,這是一件美妙的事情?!?/p>

《宇宙》是卡爾·薩根最經(jīng)典的科普著作,書(shū)中沒(méi)有數(shù)據(jù)分析和計(jì)算推演,有的是從歷史、藝術(shù)和哲學(xué)角度對(duì)科學(xué)認(rèn)知的審視。

在這本書(shū)的第一頁(yè),薩根寫(xiě)到:“獻(xiàn)給安·德魯彥。在浩瀚無(wú)邊的空間與綿延不絕的時(shí)間中,與安妮共享一個(gè)星球和一段時(shí)光,我很快樂(lè)?!?/strong>

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薩根撰寫(xiě)的《宇宙》第一頁(yè)上的話。來(lái)源:電子書(shū)《Cosmos》

04

帶著對(duì)遠(yuǎn)方與愛(ài)的向往,遠(yuǎn)航

兩艘旅行者號(hào)飛船的探測(cè)為我們打開(kāi)了一片全新的天地。在路過(guò)木星及其衛(wèi)星時(shí),她們第一次看到了地球之外的海洋、火山和閃電。

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旅行者號(hào)拍攝的木星大氣層中的精細(xì)結(jié)構(gòu)。來(lái)源:NASA

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旅行者號(hào)拍攝的木星衛(wèi)星上的火山活動(dòng)。來(lái)源:NASA

在路過(guò)土星及其衛(wèi)星時(shí),她們看到了土星環(huán)美得令人窒息的精細(xì)結(jié)構(gòu),還發(fā)現(xiàn)了名為“泰坦”的衛(wèi)星上擁有與地球相似的大氣層。

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旅行者號(hào)拍攝的土星環(huán)偽彩色照片。來(lái)源:NASA

在路過(guò)天王星和海王星時(shí),她們讓地球上的人們第一次清晰地看到了這兩顆氣態(tài)巨星的美麗外表,還第一次發(fā)現(xiàn)海王星“躺倒”的特殊磁場(chǎng)。

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旅行者號(hào)拍攝的海王星全貌。來(lái)源:NASA

在突破太陽(yáng)風(fēng)所及的日球?qū)禹敽?,她們第一次感受到了迎面而?lái)的風(fēng)發(fā)生了新奇的變化,感受到了星際物質(zhì)的吹拂……

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旅行者1號(hào)穿越日球?qū)禹敃r(shí)的密度探測(cè)數(shù)據(jù)。在虛線所示位置,她感受到更稠密的風(fēng)迎面而來(lái),處在了星際物質(zhì)的吹拂中。來(lái)源:Nature Astronomy

和任何拓展人類邊界的探險(xiǎn)一樣,旅行者號(hào)的旅程波瀾壯闊也歷經(jīng)坎坷。

在旅行者 1 號(hào)發(fā)射時(shí),泰坦-IIIE 火箭的第二級(jí)出現(xiàn)了燃料泄漏,沒(méi)有提供足夠的推力。

多虧承擔(dān)后續(xù)入軌任務(wù)的“半人馬座”上面級(jí)用盡了自己的備用燃料,才驚險(xiǎn)地將旅行者1號(hào)送入預(yù)定軌道。

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發(fā)射旅行者1號(hào)的泰坦-IIIE火箭起飛瞬間,這次發(fā)射險(xiǎn)些讓旅行者1號(hào)夭折。來(lái)源:NASA

在旅行者 2 號(hào)發(fā)射時(shí),火箭的震動(dòng)和旋轉(zhuǎn)使得旅行者 2 號(hào)上的控制系統(tǒng)陷入死循環(huán),不停的在主用和備用系統(tǒng)間來(lái)回切換。

旅行者 2 號(hào)一度變成了一個(gè)叛逆的孩子,拒絕執(zhí)行地面上送出的任何指令。好在工程師及時(shí)定位了故障位置,成功解決了這個(gè)問(wèn)題。

在飛掠海王星時(shí),旅行者 2 號(hào)距離海王星北極表面的最近距離僅有 5000 公里,稍有偏差就可能在海王星強(qiáng)大引力的作用下偏離軌正常軌道。

而地球上的控制指令要經(jīng)過(guò)兩百多分鐘的傳輸才能到達(dá),很難實(shí)時(shí)糾偏。在預(yù)先周密的計(jì)算和策劃下,旅行者號(hào)最終有驚無(wú)險(xiǎn)地完成了這次飛掠,繼續(xù)向更遠(yuǎn)處的深空飛去……

和自己的戀人一起仰望璀璨的星空,是一件愜意又浪漫的事情。從地球上看,旅行者 1 號(hào)和 2 號(hào)分別處在蛇夫座和望遠(yuǎn)鏡座的方位。

也許在下一次約會(huì)時(shí),您可以把這個(gè)奔向星辰大海的愛(ài)情故事,講給您的戀人聽(tīng)。

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旅行者1號(hào)在天空中的方位變化過(guò)程,圖中黃線為黃道。來(lái)源:NASA

數(shù)萬(wàn)年甚至數(shù)億年后,當(dāng)遙遠(yuǎn)宇宙中的其他文明試圖理解什么是人類的時(shí)候,他們看到的就是戀人凝視彼此的眼睛時(shí),內(nèi)心泛起的漣漪。

在旅行者號(hào)拍攝的那個(gè)小小藍(lán)點(diǎn)上, 沒(méi)有血緣的人之間因?yàn)檫@種叫做“愛(ài)”的情感而建立起新的最緊密的關(guān)系,孕育出新的生命,使這個(gè)叫做“地球”的行星永不沉寂、永不荒涼。

成功地實(shí)施一次太陽(yáng)系邊際探測(cè),需要新奇的科學(xué)問(wèn)題,需要深厚的技術(shù)基礎(chǔ),需要精巧的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);

需要出眾的勇氣,需要高效組織許許多多受過(guò)學(xué)術(shù)和工程訓(xùn)練的人,將每個(gè)人的恪盡職守、不辭辛勞匯聚成最終的成功。

但這項(xiàng)看起來(lái)嚴(yán)肅理性的事業(yè)的“初心”,卻是人們心中對(duì)遠(yuǎn)方原始樸素的向往:我們想走出去,看看未知的世界到底是什么樣。

再有幾年,旅行者號(hào) RTG 電池中的同位素燃料將接近耗竭,輸出的功率將無(wú)法維持最基本的對(duì)地通信。

在太空漫無(wú)止境的寒冷與孤獨(dú)中,旅行者號(hào)將再也聽(tīng)不到來(lái)自家的聲音。但對(duì)于遠(yuǎn)方和愛(ài)的向往,將賦予她們?cè)谛浅介g永恒的生命。

“故事源于一句最簡(jiǎn)單的情話:我心愛(ài)的?!?/p>

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火星上的心形撞擊坑,由火星全球勘測(cè)者(MGS)飛船拍攝。來(lái)源:NASA

注1:這是劇作家廖一梅創(chuàng)作的話劇《琥珀》劇本后記中的一句話,本劇的排演由他的丈夫孟京輝擔(dān)任導(dǎo)演。

注2:旅行者號(hào)計(jì)劃由旅行者1號(hào)、旅行者2號(hào)兩艘飛船構(gòu)成。為了行文簡(jiǎn)潔,在涉及到他們共同的描述時(shí),本文統(tǒng)一使用“旅行者號(hào)”。

注3:按照航海和航空中的慣例,本文稱呼遠(yuǎn)征太空的航天器為“她”。

參考文獻(xiàn):

[1]https://www.inverse.com/article/38297-carl-sagan-birthday-ann-druyan-love-letter

[2]https://www.nationalgeographic.com/science/article/dear-voyager-how-your-billion-year-journey-carries-true-love

[3]https://blogs.scientificamerican.com/basic-space/voyager-a-binary-love-story/

出品|科普中國(guó)

作者|李會(huì)超 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)

監(jiān)制|中國(guó)科普博覽

選送單位:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心



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