一个可以称之为家的地方
下面的故事最早出现在2015年秋季版的W&M校友杂志上
NASA首席科学家艾伦·斯托芬83年在银河系中寻找生命
这个星球上没有黑夜。太阳永不下山。它悬挂在天空中，产生强大的，可能是危险的磁光秀，每天，一年到头。一年有35天长。
这颗行星被潮汐锁定在其恒星的轨道上，位于天琴座的某个地方。一个半球接收太阳所有的热和光，而另一个半球总是寒冷和黑暗。至少，我们是这样认为的。还有一种可能性是，大气压力的变化可能会造成一个失控的反馈循环，使整个地方变得不适合居住。
但如果人类需要逃离这个不断变化、复杂的星球，它仍然是迄今为止我们发现的最像地球的目的地。可惜要花两百万年才能到达那里。
生命迹象
这颗行星被称为开普勒438b，是一颗靠近红矮星的系外行星，距离我们大约470光年。今年1月，美国宇航局宣布它是开普勒太空天文台发现的最新系外行星之一。如果1.0是地球相似指数（例如地球本身）的最高分，那么438b的比率为0.88。即使上述令人生畏的假设描述成立，但就目前而言，这也是我们所能得到的最好结果。这是坏消息。
好消息是，根据NASA首席科学家Ellen Stofan 1983年的说法，我们才刚刚开始。438b只是目前发现的4000颗系外行星中的一颗。
“开普勒观测的是夜空中非常小的一部分，”斯托凡说，“所以这4000颗行星来自一个你基本上可以用拇指遮住的区域。
“这告诉我们，夜空中几乎每颗恒星周围都有一个行星系统，这让我大吃一惊。”
斯托凡是一名行星地质学家，她在布朗大学获得了威廉与玛丽地质学学位，并获得了硕士和博士学位，然后在加州帕萨迪纳的喷气推进佳博体育（JPL）工作了十多年。在那里，斯托凡作为美国宇航局新千年计划的首席科学家，参与了麦哲伦号宇宙飞船的金星任务和其他一些项目。离开喷气推进佳博体育后，她加入了马里兰州的Proxemy Research，在那里她参与了卡西尼-惠更斯号前往土星的任务，并领导了泰坦表面的雷达测绘。卡西尼-惠更斯号在土卫六上发现了冰火山和由充满甲烷的含水层滋养的湖泊，这个地方在项目期间“偷走了[她]的心”。2013年，她被任命为美国宇航局首席科学家，领导该机构的科学部门，为NASA的管理者提供建议，并与其他联邦组织保持联系。从那以后，她一直很享受这段旅程。
她说：“我喜欢和人们谈论我们正在做的事情，因为通常他们会对此感到非常兴奋。”“很多人不知道我们每天在这里为他们做什么，无论是研究这个星球，试图帮助地球上的人们，还是在太阳系中寻找生命，这都是公众参与的事情。”
斯托凡的父亲在她小时候就在俄亥俄州的刘易斯研究中心工作，致力于减少可能使火箭失去平衡的“燃料晃动”。现在她的办公室里放着一张他1960年的照片。
“他其实是个火箭科学家，”她说。“他是一名火箭工程师，帮助开发了一些早期火箭，实际上是首批登陆火星表面的火箭。所以我是在太空项目中长大的。”
很明显，当火星出现时，斯托凡最兴奋。对于开普勒438b来说，最坏的情况——一个微小的压力变化就会引发破坏气候的灾难——是一些人认为已经在这颗红色星球上发生的事情。但这并不能排除火星曾经是生命家园的可能性；毕竟，它确实有极地冰盖。今年4月，在NASA的一次小组讨论中，斯托芬就这个话题发表了自己的看法。
她回忆说：“我推测，在10年内，我们将找到生命的迹象——强烈的迹象，在30年内，我们将找到确凿的证据。”“当我们用漫游者前往火星时，我们正在寻找间接的迹象：岩石的化学成分，大气中的化学成分可能与生命相一致。我们已经在这条路上走了，我认为在10年内我们会有更好的证据。我们真正寻找的是火星上生命的化石证据，我确实认为这可能会让人类登上火星表面。”
具体来说，就是现在还在上小学的野外地质学家。
她说：“像我这样在威廉玛丽学院接受过野外地质学训练的人，才能成为未来的宇航员。”“通常我先问孩子们有多少人想去火星，通常大约有一半人举手。然后，当我让他们知道他们实际上是将要成为火星宇航员的一代时，他们真的喘不过气来，咯咯地笑着，开始说话。”
美国宇航局将人类送上火星的计划已经在进行中，尽管这些人类目前还在学习如何系鞋带。到2025年，该机构将捕获一颗小行星进入月球轨道，并派人去研究它。在21世纪30年代，火箭将把人类送上火星表面。
这两项任务都将使用NASA称之为“猎户座”的飞行器。“猎户座”太空舱让人想起阿波罗号的指令舱，可容纳4名宇航员，而不是我们熟悉的3名宇航员。它能够进行21天的主动飞行和6个月的非活动模式，在此期间宇航员将生活在一个连接的栖息地模块中。2014年12月，“猎户座”的首次无人发射测试将吊舱送到离地球表面3000英里的高空，并在圣地亚哥海岸溅落。进一步的一系列测试发射将使美国宇航局及其宇航员为小行星任务做好准备，然后为21个月的火星往返做好准备。
如果这一切听起来有点牵强，那么想想这个：上个财政年度，国会为猎户座计划批准的资金比NASA要求的多1.5亿美元。
“据估计，美国宇航局每投入一美元就有4比1的回报，”斯托凡说。“NASA提供的技术是对美国经济的巨大投资。这也是我们非常自豪的事情。”
尽管美国宇航局的预算仍不如太空竞赛全盛时期，但斯托凡看到了光明的一面。
她说：“你知道，当预算紧张时，你会更有创意。”“你会变得更有创造力。技术每年都在进步，所以我们能够利用这些技术进步，利用创新和创造力来完成我们想要完成的大科学，不管我们的预算是多少。”
斯托凡说，人类探索最直接的一步是从美国本土重新发射宇航员。通过与波音（Boeing）和SpaceX等私营公司合作，美国宇航局希望结束美国对俄罗斯联盟号（Soyuz）计划运送宇航员往返国际空间站（ISS）的依赖。宇航员们将在空间站上继续他们的开创性工作，至少到2024年。在国际空间站上所做的工作有助于确定长期太空飞行对人体的影响，这对未来的猎户座任务至关重要。
她说：“一旦这个国家看到（美国载人发射）再次发生，一旦他们意识到我们在国际空间站上所做的所有惊人的研究，以及将人类送入低地球轨道……我认为我们将继续看到两党的支持。”
但美国宇航局不会坐等“猎户座”飞船在本世纪20年代发射。斯托凡的科学家们正在竭尽所能地进行远程研究。这不是典型的远程办公。
冥界之神
当谈到行星地质学时，你所看到的并不总是你所得到的。1877年，乔瓦尼·斯基亚帕雷利在火星表面发现了他认为是运河的东西——可能是外星智慧生物建造的。当海盗1号在1976年首次登陆火星时，很明显这个星球是寒冷和干旱的。运河是视觉错觉，是山脊旁的影子。而海盗1号又在火星上发现了一张明显的“脸”，这被1998年火星全球勘测者号上更好的相机揭穿了。今年7月，“好奇号”火星探测器在远处发现了一个被一些人称为女性的身影。但在那个尺度下，她可能只有几厘米高。
因此，当天文学家在1930年第一次观测冥王星时，他们在太阳系的最远处看到了一块小小的死岩石。在某些方面，他们错了。只是花了大半个世纪的时间——以及一个名为“新视野号”的探测器——来收集细节。
“我们刚刚在冥王星上发现了山脉，”斯托凡说。“冥王星不应该有——没有人预测到冥王星上有山脉。所以我们遗漏了一些东西。”
她说：“除非（医生）有很多很多的病人，否则他们永远不会了解癌症等疾病的进展。”“对于地质学家或大气科学家来说，当你有一个行星要研究时，你就会根据这个行星建立模型。但除非你能在另一个星球上以不同的条件运行你的模型，否则你的视野真的很有限。”
冥王星是太阳系中最后一个接待地球访客的主要天体，它完成了NASA从1962年开始的一项任务（见“上门拜访”）。虽然有些人可能会质疑花7亿美元去拜访一个非行星是否明智，但斯托凡相信，通过研究我们的邻居，我们可以在这个过程中了解到我们自己的星球。美国宇航局预计冥王星会像地球的卫星一样：平坦，坑坑洼洼，地质上没有生命。相反，他们发现了一些与落基山脉相媲美的山脉，以及一个比之前认为的更晚活跃的行星核心。甚至可能有冰。对于科学家来说，被证明是错误的可能是最有趣的经历之一。
“在我们收到一些图像后的第二天，这些图像还没有向公众公布，我们在NASA总部召开了一次高级领导会议。我给这群人看了其中一张照片，然后站起来谈论起来。”“当你把它放在那里，说‘这和我们想象的完全不一样’时，每个人都很兴奋。”
尽管冥王星在2006年被国际天文学联合会重新归类为“矮行星”，但这并没有抑制人们的兴奋之情。美国宇航局已经开始了黎明号探测器前往谷神星的任务，谷神星是小行星带中的另一颗矮行星。
“它们是很酷的东西，”矮行星的斯托凡说。“它们可以告诉我们很多关于行星如何形成和随时间变化的信息，所以我们需要探索一切。”
为此，开普勒任务代表了NASA行星探索中最远、最极端的领域。开普勒太空天文台使用凌日法来测量当一颗可能的系外行星经过一颗遥远的恒星时，它发出的光是如何变化的。行星越大，对观测亮度的影响就越大。当系外行星的大气层边缘开始在恒星前面移动时，开普勒可以探测到它的大气层中可能存在什么样的元素。这有助于美国宇航局将4000多颗可能的系外行星的名单缩小到更像地球的（见上面的“第二家园”）。很快，开普勒就会得到一些帮助。
“在几年内，我们将发射另一架望远镜，凌日系外行星勘测卫星，我们不喜欢说，”斯托凡说。“我们简称它为TESS。”
TESS将寻找比开普勒离地球更近的系外行星，并且在更大的范围内——要挡住它的范围，需要的不仅仅是一个拇指指纹。美国宇航局预计，TESS将花费两年时间，在50多万颗恒星上寻找各种类型的系外行星。然后，在2018年，詹姆斯·韦伯太空望远镜将作为哈勃望远镜的继任者发射升空。
“詹姆斯韦伯将开始观察其他恒星周围行星的大气层，”斯托凡说。“这才是真正有趣的地方。
“然后你可以看看行星大气中的气体。有水蒸气吗？什么都没有吗？有没有二氧化碳或其他与地球上的生命有关的气体？”
这些气体中的任何一种都可能表明存在一颗可能存在生命的行星。但斯托芬仍然认为，我们还需要几十年的时间才能找到另一个星球上存在生命的确凿证据。因此，除了所有这些深空研究，她说，美国宇航局还关注一个我们确信生命丰富的星球：地球。
往上看往下看
美国国家航空航天局（NASA）以将人类和探测器送往其他世界而闻名，但也有很多人进入太空只是为了回头看看它们从哪里来。今天，22颗NASA卫星绕地球运行，传输有关云层覆盖、水温和大气成分的数据。“我们生活在太阳系中最美丽的星球上，”斯托凡说，但我们从这些卫星发回的数据并不总是一幅美好的画面。
“我们现在的重点是气候变化。总统说过，这是这个国家未来面临的最大威胁。”“所以在NASA，我们真的在努力记录地球上正在发生的事情，以及我们如何改进模型，以便更好地预测。然后，当然，我们如何尝试将这些信息传达给公众？”
几个月前，斯托凡帮助发布了NASA在几种不同气候变化情景下的降雨量和温度预测数据集。这些数据以25公里的分辨率预测到2099年，希望能给从南美到爱荷华州的农民带来真正的改变，因为他们试图种植更有弹性的作物。
“气候变化令人担忧，”她说。“你看看这些温度，看看这些情景，这是非常令人担忧的。我不想粉饰事实。气候变化不仅仅是未来可能发生的抽象事情。这种情况每天都在发生。
“我们正在失去北极的冰；我们正在失去永久冻土；由于所有的开阔水域，阿拉斯加海岸比以往任何时候都更容易受到风暴的影响。随着气温变暖，林木线正在向北移动——我们现在就看到了这些影响。”
斯托芬希望利用美国宇航局的数据来帮助减轻气候变化的一些危险，并试图改变我们的行为，这样情况就不会变得更糟。但NASA无法独自改变世界。斯托凡的任务之一是教育和倡导下一代科学家，他们将推动美国宇航局在地球和太空的任务。
其中一种方法是让普通人参与一种众包数据收集实验。NASA称其为“公民科学”，其目的是让未经训练的人在梳理大量数据时发挥作用。美国宇航局的宽视场红外巡天望远镜在2011年至2013年期间收集了数千张恒星图像，计算机在检查系外行星指示尘埃云方面不如人类好。在将图像发布到公共网站后，美国宇航局收到了公众对100多万颗恒星的分类。没有。一位发现者陪同美国国家航空航天局的科学家到智利的望远镜帮助进行进一步的观察。
“我认为发现的兴奋是每个人的，”斯托凡说。“我们正在设法吸引更多的人进来。”
每个月，斯托芬都会去一所小学或中学，作为对学生的宣传，她认为这和她在NASA的其他角色一样重要。她甚至多次回到威廉与玛丽学院，与学生们谈论行星地质学，但最兴奋的还是小孩子，尤其是女孩。当一个小女孩画了一个穿着白色佳博体育大褂的女科学家而不是男人时，斯托芬自己也很兴奋。
“去火星很难。应对气候变化的工作很难，”她说。“如果只有一半的人口在努力解决这些问题，我们就永远无法解决这些问题。”
毕竟，这些孩子可能会在21世纪30年代乘坐猎户座前往火星。或者他们会研究詹姆斯·韦伯太空望远镜传回的系外行星数据。斯托凡认为自己是地球上的一员，这在一定程度上要归功于她在美国宇航局早期发射的经历。
“当我四岁的时候，火箭在发射台爆炸了，”她说。“所以也许这就是为什么我从来不想成为一名宇航员。”
但是，在她位于华盛顿特区的办公室里，或者在她度假时收到数据时，发现的兴奋感同样强大。
“这是一种难以置信的探索和发现的感觉，”她说。“但如果你是像我这样的胆小鬼，这意味着我可以穿着睡衣在家把图片下载到我的电脑上。这是一种非常舒适的方式来进行惊人的探索和发现。这就是我喜欢这份工作的原因。”
在一个非常晴朗的夜晚，她有时可以从弗吉尼亚家中的甲板上看到火箭向天空发射，飞向未被探索过的浩瀚太空。
也许有一天，甚至是遥远神秘的开普勒435b。