要怎样才能在宇宙的其他地方找到生命？

2011 年 7 月 8 日早晨，佛罗里达州卡纳维拉尔角上空阴云密布，海风阵阵吹来，估计有 75 万名旁观者冒着酷暑向 NASA 的亚特兰蒂斯号航天飞机告别，为他们送行。这是一项已有 30 年历史的航天计划的最后一次飞行，也是人类可能在星际间发现生命世界的不确定时代的开始。

随着最后的倒计时开始，航天器指挥官克里斯·弗格森与任务发射主管迈克·莱因巴赫一起考虑了该计划的结束。“航天飞机将永远体现出一个伟大的国家敢于大胆并致力于坚持到底时所能取得的成就，”弗格森从他位于十八层楼高、重达 450 万磅的航天飞机上的座位上通过无线电说道。“我们今天不会结束旅程，迈克，我们正在完成一段永无止境的旅程的一个篇章。”

和许多前辈一样，弗格森也呼应了现代火箭科学之父、隐居哲学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基的核心观点。当奥维尔和威尔伯·莱特在基蒂霍克开创动力飞行时，齐奥尔科夫斯基在俄罗斯偏远的小木屋里满怀激情地撰写了关于太空探索和人类在星空中的命运的文章。他设想将多级火箭发射到轨道上，在外太空生活和工作，并有朝一日逃离太阳系。他还提出了著名的“火箭方程”，这是一个数学公式，囊括了影响火箭机动的所有关键变量。“人类的大部分可能永远不会灭亡，只是会继续从一个太阳移动到另一个太阳，因为每个太阳都会灭亡，”齐奥尔科夫斯基在一篇早期论文中写道，阐述了他工作背后的远见卓识的动力。“因此，人类的生命、进化和进步是没有尽头的。人类将永远进步。如果是这样，他肯定会获得永生。”尽管这种对地球以外无限未来的愿景只是隐含的但很少被明确承认，但它仍然是人类任何太空计划背后最纯粹、最崇高的目的。

弗格森在卡纳维拉尔角向齐奥尔科夫斯基发出指令后不久，航天飞机的发动机和火箭助推器便开始轰鸣。亚特兰蒂斯号在金色火焰和电蓝色冲击钻石的颤动瀑布上将机组人员送上天空。然而，这一盛大的场面却让航天计划陷入了悄然衰败：NASA 缺乏航天飞机舰队的现成替代品，并正在缩减整个机构的项目。

航天飞机是在阿波罗任务的技术酝酿中构思出来的，它本应是革命性的、可重复使用的航天器，每周飞行一次。它将使太空旅行变得便宜、频繁和常规。然而，理查德·尼克松总统却对预计的费用望而却步，最终出现的嵌合体飞行器优雅、多功能，但存在无法弥补的缺陷。在几乎所有方面——成本、频率、可重复使用性和安全性——航天飞机计划都是一头毁灭性的累赘，未能兑现其最重要的承诺。

唯一的例外可以说是哈勃太空望远镜，这是一台校车大小的机器人天文台，由发现号航天飞机于 1990 年送入近地轨道。在经过一次大胆的太空修复工作后，哈勃望远镜开始发挥作用。它的视野足够清晰，可以辨别火星的天气变化、彗星对木星的爆炸性撞击以及土星幽灵般的极光。望远镜凝视着附近的恒星形成区，发现了年轻的恒星被包裹在旋转的气体和尘埃盘中，这些盘正在形成行星。哈勃望远镜最终表明，仙女座星系将在大约 40 亿年后与我们的银河系相撞并合并。此外，在检查周围的星系时，它发现几乎所有星系的中心都有超大质量黑洞。

在哈勃望远镜发射和维修后的几年里，NASA 宣布了它的继任者：下一代太空望远镜，后来更名为詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)。它的任务是全面揭开宇宙中最早的星系，这些星系在哈勃最深的图像中只显示为微小的红色斑点。

但就在 NASA 全力支持詹姆斯·韦伯太空望远镜的同时，系外行星学领域开始迅速崛起。天文学家首次可以理性地讨论寻找其他类地行星的可能性，这引起了公众的极大兴趣和赞誉。行星猎人计算出，在星际距离上，我们的世界在哈勃深空图像中会比典型的星系略暗一些。理论上，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以探测到这一点，而且该望远镜确实擅长拍摄远离恒星的炽热年轻气态巨行星。但实际上，宜居行星离它们明亮得多的宿主恒星太近了。

拍摄一颗围绕恒星运转的岩石行星就像拍摄一颗爆炸的氢弹旁边的未点燃火柴。例如，我们的地球在可见光下比太阳暗一百亿倍——每从地球反射到太空一个光子，我们的恒星就会发射一百亿个光子。在红外线下，对比度变得更有利——在这些波长下，太阳只比我们的地球亮一千万倍。拍摄一颗围绕恒星运转的岩石行星就像拍摄一颗几乎紧贴热核火球尖端的暗淡尘埃斑点，就像拍摄一颗爆炸的氢弹旁边的未点燃火柴。你必须遮挡数百万或数十亿个热核光子，这样才能看到从行星反射的哪怕一个光子。只有太空天文台才能避免地球大气层的模糊干扰，并传送围绕许多其他恒星运行的任何可能宜居行星的光线。

1996 年初，在德克萨斯州圣安东尼奥举行的美国天文学会会议上，NASA 当时的局长丹·戈尔丁登台发言。他提出了一个诱人的愿景，即 JWST 之后 NASA 将立即开展哪些工作：围绕天体生物学重塑 NASA 的整个科学计划，以新型生命探测太空望远镜为耀眼焦点。他解释说：“大约十年后，NASA 可能准备发射一个“行星探测器”，这是一个可以定位潜在宜居星球并拍摄低分辨率照片的天文台。它将在每个小行星像素团的光谱中寻找大气生物特征。这是 NASA 最早公开提及的“类地行星探测器”（TPF）任务概念之一。戈尔丁告诉全神贯注的听众，如果 TPF 在附近的恒星周围发现了有希望的行星，那么“也许在 25 年后”，就可以建造更雄心勃勃的望远镜，可以对这些行星进行成像，“分辨率可以达到海洋、云层、大陆和山脉”。他后来表示，在 21 世纪的某个时候，那些被发现为生命行星的行星可能会成为机器人星际探测器的主要目标。

不幸的是，詹姆斯·韦伯太空望远镜的开发比计划的要困难得多。为了拍摄最早的恒星和星系，该望远镜需要比哈勃望远镜更大的主镜，一个针对红外波长（分子云、巨行星和最早的星系在红外波长下发出的光最亮）进行优化的主镜。镜子需要整齐地折叠在火箭整流罩内。在太空中，它需要低温冷却，这样它自身的内部热量就不会冲淡宇宙黎明的脆弱光芒。最后，它无法在低地球轨道上运行，因为我们星球在红外波长下发出的灯泡般的光芒会污染精密的观测。

许多国际合作伙伴签约建造仪器或提供运载火箭，但 NASA 将承担大部分费用，早期估计约为 15 亿美元。发射时间暂定于 2010 年左右。随着该项目的真正复杂性和规模变得清晰，成本估算不断上调，但几乎没有增加资金。相反，詹姆斯·韦伯太空望远镜的资金必须来自 NASA 的其他空间科学项目。最终，仅技术开发就需要 20 多亿美元。詹姆斯·韦伯太空望远镜的时间表开始推迟。该项目的总成本将越来越多的主要支出转移到未来。到 2012 年，詹姆斯·韦伯太空望远镜的建造、测试、发射和头五年的运行估计将花费近 90 亿美元，发射日期不早于 2018 年。

国家和全球经济灾难加剧了詹姆斯·韦伯太空望远镜的诞生之痛。NASA 的预算停滞不前，跟不上通货膨胀的步伐。20 世纪 90 年代，比尔·克林顿总统执政期间积累了数万亿美元的盈余，而在其继任者乔治·W·布什总统的减税和疯狂支出下，21 世纪出现了数万亿美元的赤字。随后，在 2003 年哥伦比亚号航天飞机失事后，布什在没有资金或国会大力支持的情况下提出了一项大胆的新任务：重返月球并将人类送上火星。

为了支付最终失败的星座计划，NASA 于 2006 年选择从其科学预算中抽取数十亿美元。詹姆斯·韦伯望远镜的开发陷入混乱，粉碎了人们迅速开发和发射 TPF 的希望，该项目被正式“无限期推迟”。2010 年，美国总统巴拉克·奥巴马取消了布什的计划，但损失已经造成。为了为詹姆斯·韦伯望远镜提供足够的资金，该机构缩减、推迟或取消了几乎所有其他主要的下一代天体物理学和行星科学任务；如果该天文台要取得成功，就必须付出巨大的代价，即取消 NASA 的大部分空间科学投资组合。由于缺乏资金和强大的机构支持，TPF 似乎与恒星本身一样遥不可及。

这个想法让约翰·格伦斯菲尔德感到很沉重，他是一位天体物理学家和美国宇航局宇航员，曾执行过五次航天飞机任务，其中三次是为了维修哈勃望远镜。媒体将格伦斯菲尔德誉为英雄，称他为“哈勃博士”。他仔细考虑了国际空间站和航天飞机上花费的数千亿美元，以及维持太空望远镜黄金时代所需的相对微不足道的资金。他想知道美国宇航局强大的载人探索计划如何再次与该机构的纯科学部门建立强大的伙伴关系。因此，在 2003 年和 2004 年，他担任美国宇航局的首席科学家，并帮助开发布什星座计划的科学应用。事实证明，大型火箭对于发射超大型望远镜和将宇航员送上月球同样有用。这样的火箭可能会使发射詹姆斯·韦伯太空望远镜和可能更大的 TPF 式天文台变得更容易和更便宜。然而，当“星座”计划给 NASA 的科研预算蒙上阴影时，这一计划却事与愿违。2010 年初，格伦斯菲尔德离开 NASA，担任马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所副所长——该研究所是哈勃望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜的核心运营机构。他与该研究所所长、天文学家马特·芒廷密切合作了近两年，为未来的 TPF 式望远镜奠定了基础。他们首选的内部设计被恰当地命名为 ATLAST，即先进技术大口径太空望远镜，旨在提供可能适合居住的系外行星的图像。哈勃博士已成为 TPF 博士、ATLAST 博士。

但在 2011 年末，格伦斯菲尔德的电话响了。NASA 希望格伦斯菲尔德掌管世界上最大的纯科学预算，尽管它很难履行其所有义务。他接受了，回来后，他淡化了过去对寻找生命的太空望远镜的强烈主张，转而强调 NASA 所有科学项目的平衡。虽然没有宣布为寻找外星地球提供大胆的新资金，但格伦斯菲尔德最亲密的朋友和前知己无法忘记他以前的热情。在与 NASA 进行了近一年的无果交流后，我试图与格伦斯菲尔德就本书进行交谈，他在之前的一次采访中坦率地告诉我，这让我感到安慰。

“哈勃和韦伯可能让我们对宇宙中是否存在其他生命的问题束手无策，”他说。“下一代大型太空望远镜需要的——也是我们能够实现的——是能够观察周围一千颗恒星周围每颗宜居行星的大气层和表面特征。我们最终会发现我们并不孤单。我们最终会找到其他宜居星球，原则上每个星球都可以被人类访问。这就是大局，我希望能够说服公众、国会和未来的政府，值得投资于下一步。”

显然，格伦斯菲尔德读过齐奥尔科夫斯基的作品。

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