任重而道远的艺术

《科学研究的艺术》由澳大利亚微生物学家、动物病理学家贝佛里奇撰写。《科学研究的艺术》中文版第一版由科学出版社于1979年2月出版，目前由我社再版，曾荣登三联书店“20年来对中国影响最大的100本书”之列。《科学研究的艺术》从科学研究的实践与思维技巧方面综合了一些著名科学家具有普遍意义的观点，分析了在科学上作出新发现的方法，总结了科学研究中有益而又有趣的经验教训，提出了可供各种学科参考的指导原则与思维技巧。正如书中引言：
“科学研究是一种艺术，不是科学。——W•H•乔治”
什么是科学研究的艺术？我想到这样一个传奇：一个多月以前，NASA的一位传奇科学家去世了，NASA专门发微信回顾了他的传奇经历，引起全世界网友的热议。他叫Robert Farquhar，之前在美国NASA工作了几十年，参与了很多太空探测项目。他最擅长的，就是卫星轨道的计算。别人都说，他能把任何飞船送入人们想要送去的任何地方，他就是“轨道计算的大师”！
1981年，NASA发射了一颗普通探测太阳粒子的卫星ISEE-3，这颗卫星被发射到了一个地球和太阳之间的某条轨道上，在这条轨道上，卫星受到的太阳和地球的引力相抵消，不用耗费什么燃料就可以在停留在地球和太阳之间相对静止的运行。这是人类历史上第一颗被发送到这条“神奇轨道”的卫星，而算出这条轨道的人，就是Robert。这个探测器在这个点上观察太阳观察了5年，卫星的使命也即将结束……
然而，在那个时候，全世界的宇航科学家们都在做一件事情： 哈雷彗星。那时，这颗全世界最著名的彗星马上就要在1986年回归地球。在那个太空竞赛的年代，俄罗斯，欧洲和日本都争相发射了彗星探测器，准备要在1986年探测哈雷彗星，这些彗星探测器提前几年就开始向哈雷彗星飞奔，史称——“哈雷舰队”。
但是，哈雷舰队里并没有美国的探测器。美国表示，彗星任务太花钱，他们不准备去探索。Robert却并不这样认为，他自己计算出了一个复杂的轨道，先让ISEE-3卫星返回地球，环绕N圈，利用月球的重力加速，去追赶彗星。放到几百年前，在牛顿或者开普勒的年代，如果有任何一个然敢画出这样的轨道的人，都会受到毫不留情的取笑。因为这轨道中的一切，都不符合牛顿和开普勒定律的基础。然而在他的计算和现代科技的结合下，这真的发生了！ 1985年的9月，在世界上其他所有国家发射的卫星到达哈雷彗星之前，这颗卫星就已经穿越并探测了一颗叫Giacobini-Zinner的彗星（正好在哈雷之前路过的另一颗彗星）。又在1年后的1986年， 探测了哈雷彗星，他计算的一条轨道，正好能穿越两颗彗星的慧尾。就这样，他的这颗卫星，不但成了世界宇航史上第一个探测彗星慧尾的探测器，还成为了第一个两次探测两颗不同彗星慧尾的探测器。他靠他的这颗几乎要退役的卫星，又一次赢得了太空竞赛的胜利。
“我们打败了所有国家，”Robert后来回忆说，“欧洲的航天局，俄罗斯的，日本的。”连当时里根总统也给他发来了祝贺信。在完成探测彗星的任务之后，他又给卫星设定了一条轨道，让它在31年之后的2014年重新回归地球。恩……31年，这一次，Robert第一次向世人展示了他真正的才能。之前大家只知道他牛，没想到到他居然这么牛。
让我们再来说说他的另一个传奇计划，那是十年之后的1997年，那一年，他主导了一个叫NEAR的探测项目，这是一个探测一颗名叫爱神星的小行星的探测器。Robert设计了一整条探测的轨道，精确的，在2000年2月14号情人节这天，他把探测器送入了爱神星的轨道，在爱神的重力怀抱里，开始围绕运行。整个探测器围绕着爱神星探索了接近一年，研究了各种数据……在任务即将结束的时候，Robert又有了新的想法：反正既然这颗都已经完成任务了，不如再让我利用一下，直接把它降落到爱神星的表面怎么样？
然而，只有一个问题，当时设计的时候，就没准备让它降落在小行星表面过，这枚探测器根本没有任何辅助着陆的系统！它的设备也没有任何可以减震的设计，不过， Robert显然已经算计好了一切……2001年2月12号，他又成功了！在三亿多公里之外，他指挥着没有任何着陆设备设计的探测器在爱神星上软着陆成功，最终着陆的速度只有每秒1.5米。着陆之后探测器还在不断发回信号，说明完全没有坠毁，仍在不停工作。这是人类历史上第一颗在小行星表面上着陆的探测器。探测器上的仪器得以在距离表面只有20厘米的地方进行各种测量，测量得到的数据比在轨道上测得的精确10倍，这是当时的科学家想都没敢想象的精度。在爱神星的表面，探测器继续工作了16天。2001年2月28日，探测器发挥了最后一个信号。失去联系，Robert又一次证明了自己的传奇……
我们再回来说一下ISEE-3的后来的故事……前面不是说到，在探索完了两颗彗星之后， Robert把它设定了一个31年后会回归的轨道。由于1986年挑战者号宇宙飞船的空难，他的回归计划被迫搁浅。直到去年的一天，一伙当年曾经在Robert手下工作过的老科学家提出了一个疯狂的想法：趁着2014年这颗卫星回归的时候，重新跟卫星建立联络，启动飞船发动机，再送回最早飞船应该待的“神奇轨道”，再把这颗卫星“送还”给当年的地方。过了30年，当年联络用的设备早就已经退役，NASA也不会提供相应的资金……这群人想到了众筹。没想到，他们只用了30天就筹集到了整个计划所需要的15万美元。去年5月份，一个由工程师、程序员和一些NASA退休专家和Robert组成的私人研究团队正式成立。他们重新用现代的仪器搭建了当年古老的通信联络方式，又去找了波多黎各的阿雷西博天文台发射信号。Robert是一个言出必行的人。如果他31年前说会尽他所能把他“借”走了卫星归还原位，那他一定会去尝试。看着他们的努力，NASA甚至破天荒的跟他们签署了“免偿还协议”，基本就相当于可以让这个民间团队可以随意使用这颗已经退役的太空设备。这也是第一次，由一个非政府的民间机构全权操控一颗大型卫星。
然而这一次，他们没有成功……卫星上的氮气增压系统无法给推进系统提供足够的压力，无法点火就无法让卫星改变轨道。这一次拯救行动，最终还是失败了。2014年8月10日，就像Robert在31年前计算的那样，这颗卫星在飞行了31年和几十亿公里之后，准确地，回归地球，在距离月球只有一万五千多公里的地方与地球擦肩而过，飞向了离地球更远的地方……
这颗卫星的下一次回归，会在17年之后。然而那时，Robert 却已无法再见证。2015年10月18日，Robert在自己的家中因病去世，享年83岁。
科学研究的艺术，就在于此：使人坚忍不拔，让人穷极一生。
从西方文艺复兴开始，现代社会越来越重视和尊重科学研究，通过科学，人类追求知识、认识自然、了解宇宙万物，在近400年的科学熏陶下现代社会越来越理性、规矩和守秩序，我们各行各业甚至生活中的各个细节都离不开科学，科技产品让我们生活的轻松愉悦，使我们的工作从容自然，然而关键是，我们或多或少的都具备了科学的思维——逻辑。更加难能可贵的是，我们发现并越来越坚信科学的本质——求真务实。可以想象，三十多年前，改革开放之初的中国大地，是混混沌沌、懵懵懂懂的，《科学研究的艺术》这样一本书带给国人的不仅是知识，更是科学研究的方向和信心。现如今，我们的时代有我们时代的问题，所以更离不开科学的工作方法。从本质上看，整个社会应该更加理性，我们每个人都是未来的一份子，未来会变成什么样子，全靠我们用智慧去创造。
《科学研究的艺术》，远不止于此。