太空探索接班人

章江

邁爾斯·所羅門（Miles Soloman）是英國謝菲爾德市塔普頓高中一名17歲的中學生，2017年3月在一次檢查輻射傳感器指標表的校園研究中，他意外地發現美國國家航空和宇宙航行局（NASA）的科學家犯了一個數據錯誤。

邁爾斯之所以能夠拿到NASA的數據，是因為他參與了學校一個名為“TimPix”（教育與推廣活動計劃）研究項目的一部分。“TimPix”是一個由英國慈善信托機構“在校研究機構”（IRIS）發起，英國空間局運作，首位造訪國際空間站并進行太空漫步的英國宇航員蒂姆·皮克（Tim Peake）參與完成的耗資300萬英鎊的研究項目，旨在為學生和老師提供在學校進行實際科學研究的機會，把真正的科學計劃帶入教室和課堂，提高孩子們對空間科學和STEM（科學、技術、工程和數學）專業的興趣。皮克在2015年12月去往國際空間站后，實施了一個了解太空輻射對人類影響的研究項目，通過使用USB形狀的Timepix偵測器來監視國際太空站的輻射。這些偵測器插入電腦，并定期將數據送回地球，而在校的中學生們則有機會分析輻射探測器所記錄的有關輻射水平的數據，尋找其中的模式或異常，獲得更多的發現。

邁爾斯和他的同學在一大堆的Excel電子表格中得到Timepix的測量數據，與物理老師詹姆斯·奧尼爾一起按能量等級對數據進行排序和科學分析。“我們拿到手的是一大堆電子表格，聽起來好像很無趣，其實研究起來有趣極了。我直接查至列表最底部，去看最低的能量，結果注意到了異常。”邁爾斯在接受英國廣播公司（BBC）采訪時回憶道，“國際空間站上的輻射探測器沒有與任何物體發生碰撞，但在一個存儲單元卻出現了‘—1這樣一個數字。我一開始認為‘不能有負能量，但經過認真仔細的思考后認定上面記錄的是一項錯誤數據，因為能量值不能為負數。于是我在討論中提出，為什么這里寫著能量為‘—1？”

邁爾斯和詹姆斯老師一起迅速采取行動，馬上向NASA發送電子郵件。“此前從來沒有人注意到這個問題，包括NASA的專家在內，但我發現了。”邁爾斯開心地說，“這真是太酷啦，我可以告訴我的朋友，NASA的科學家正在閱讀我做的圖表呢！”NASA對于邁爾斯給予的幫助表示感謝，答復道：“我們已經知道了錯誤的地方，但相信這種錯誤一年也就發生一兩次。”但邁爾斯發現，這個錯誤實際上每天發生好幾次。

休斯頓大學物理學家拉里·平克西教授與NASA合作研究輻射探測器，也參與了TimPix項目，并且是國際太空站輻射監測計劃的共同研究者。他表示：“我在NASA的同事們認為自己已經搞定了這個問題，但實際并非如此。問題主要出在轉換原始數據的一些演算法略有偏離，會以負數作為轉換結果。”

作為國際上最權威的航空和宇宙航行局，NASA自1958年創立半個多世紀至今，收到的表示祝賀、敬仰和提問的信函、電話和郵件不計其數，但被告知數據出錯的事情則少之又少，而出自中學生之手的更是絕無僅有。

在被問到一名中學生做出這樣的糾錯是否令人尷尬時，拉里教授坦然回答說，自己從來沒有這樣想過，“這體現了IRIS項目的價值，學生們在實際參與研究活動的過程中能發現專業人士沒時間發現的問題。”他表揚道，“我們雖然有尷尬，但更多的是感激。邁爾斯能發現NASA的錯誤數據，這是一種很值得贊賞的行為。IRIS提倡‘在課堂上擴展真正的科學，讓學生接觸真正的科學研究，不管他們是什么背景或者他們就讀的學校是什么背景，這種經歷將激勵他們成為新一代的科學家。”

對于邁爾斯和他的同學來說，IRIS將會給他們更多探求科學的靈感。“同學們覺得我是書呆子，我告訴他們這次發現的細節時，他們既嫉妒，又覺得無聊。我在指出數據有誤時，并非想要證明NASA是錯的。我沒有試圖證明自己比NASA的研究人員更聰明，因為我顯然不是。令我感到興奮的是我還得到了NASA的邀請，去協助分析問題。要知道跟他們一起工作并向他們學習，是我夢寐以求的心愿。”

除了分析國際太空站的輻射影響外，塔普頓高中的學生還參與了其他一些項目，如進行心血管疾病方面的遺傳研究，分析火星大氣層，從事尋找磁單極跡象的大型強子對撞機MoEDAL實驗。另一項計劃還讓孩子們能與牛津大學的粒子物理學團隊合作，在《我的世界》教育游戲里做出大型強子對撞機的復制品。“我們在竭力挖掘年輕人的潛能。”詹姆斯老師展望道，“我們能夠形成的最大研究團隊就是全國各地的學生。”

此外，“TimPix”的研究項目還包括2016年初對千名小學生的太空視頻授課。利用國際空間站上時速17000英里的衛星鏈路，宇航員皮克的太空實驗實況把全英30萬小學生日常的科學課堂變成了一個生動有趣的宇宙課堂，給孩子們留下了深刻的印象。還有1萬多名老師完成了課程注冊，參與到宇宙課堂中來。

皮克通過長達20分鐘的視頻通話接受小學生們的答疑。在提問環節，一名5歲的小學生哈利首先提問：“你的窗外是什么景色？”皮克“飄”到窗邊，告訴哈利自己現在位于大西洋中部上空，正接近非洲海岸，這里的景色從太空看非常美麗。這段視頻通話十分珍貴，已收藏到利物浦世界博物館中。進入失重游戲環節后，他在太空打“水乒乓”（水滴集成的球體），并通過在水滴中加入碳酸維生素片使“乒乓球”泡增大，來為學生們演示失重狀態。皮克還應孩子們的要求完成了下蹲、轉體、觸摸腳趾和喝水等動作。

英國非常重視青少年的太空實踐，積極鼓勵孩子們參與太空科學實驗計劃。早在2007年，由英國國家太空中心和薩里衛星科技公司聯合組織的太空科學實驗競賽就吸引了14～18歲的中學生參加。優勝者提出的創意方案必須包括設計一個重量不超過1公斤的衛星模型。主辦者向優勝者頒發最高10萬英鎊的獎金。2008年，一群學生把兩只穿著太空服的泰迪熊送到了距離地面幾十公里的高度，上演了玩具宇航員太空行走的一幕，被傳為佳話。本次實驗的目的是為了監測大氣同溫層的氣候狀況，并確定什么材料在飛行中最抗寒。實驗開始后，“載”著兩只泰迪熊和試驗儀器的氦氣球一直上升，抵達30公里之外，這是人類首次將玩具送到太空船才能抵達的高度。隨著氦氣球因氣壓變化而爆炸，兩只玩具熊開始了“太空行走”。由于地球重力影響，它們落向地球，在即將墜落到地面之前，盒子中攜帶的降落傘自動打開，確保泰迪熊和盒子中的設備平穩安全地“軟著陸”。整個實驗過程歷時2小時9分鐘。

2016年4月，為了讓學生們了解宇宙太空方面的知識，英國莫克姆灣小學在科學家的幫助下集體做了一次探索宇宙太空的實驗：一只名叫Sam的玩具狗身上系著一個氦氣球，并安裝有GPS跟蹤定位設備和攝像機，以保持與地球的聯系，隨時記錄太空游行的整個畫面。然而就在Sam飛到距離地球表面12英里的地方時，畫面突然中斷，Sam意外失聯。后來，科學家們在距離伯恩利不遠的地面發現了系在狗狗身上爆裂的氦氣球和GPS裝置，可就是沒有看到它。科學家推測，Sam現在很有可能已經返回地球。莫克姆灣小學校長是該項目發起人，他表示：“我和孩子們都期待再次看到Sam，讓它告訴我們發生的一切美妙的事情。”