那個埋葬在月球上的男人，今天90歲生日
原標題：那個埋葬在月球上的男人，今天90歲生日
來源 | 中國科普博覽（ID：kepubolan）
作者 | haibaraemily
1928年4月28日，90年前的今天，尤金·舒梅克（Eugene Shoemaker）誕生於美國加州洛杉磯。
他是一名偉大的天文學家，是行星科學這門新興學科的開拓者和奠基人之一。
同時，他也是唯一一個埋葬在地球以外天體上的人類。
然而，這個未來天文學家的青少年時代，卻和天文沒有一點兒關係。
他本是一個為地質而生的人。
根正苗紅的地質學家
從小學開始，尤金就對石頭產生了濃厚的興趣，而且不止於興趣。小學四年級他就開始參加學校和博物館的地質培訓，還提前學習了高中的地質相關課程。他對收集礦石非常著迷，高一暑假還去當了寶石工匠的學徒……
這種走火入魔的架勢讓作為教育工作者的爹媽非常憂慮：這孩子莫不是連大學都不想上了，去當個職業寶石工匠吧！
並沒有。
尤金不僅想上大學，而且還是個有理想有追求的學霸：非加州理工不去。
1944年，16歲的尤金如願入讀加州理工大學，從此，他開啟了開掛的人生：他用人家一個本科的時間把本碩學位都搞定了，19歲大學畢業，20歲碩士畢業。他碩士的研究方向是新墨西哥北部的前寒武紀變質岩。
這樣的青年才俊，剛一畢業就毫無懸念地進入了美國地質調查局（USGS），這是美國做地質考察和繪製各種地圖的機構。當然，彼時剛20歲的尤金不會想到，此後終其一生他都會和這個機構有著割捨不斷的羈絆。
只不過，這麼根正苗紅的地質學背景出身，尤金本應該在地質學，或者更準確地說，在岩石學的路上發足狂奔，怎麼奔著奔著就成天文學家了呢？
這件事乍看起來挺不可思議的，但細細想來，其實一步步又是那麼自然而然。這一切還得從尤金的第一份工作說起。
從研究石頭到研究隕石坑
1948年，美國地質調查局（USGS）分配給尤金的第一份工作，是讓他去搜尋科羅拉多州和猶他州的鈾礦。鈾是一种放射性元素，也是各國製造核武器的重要材料。
找鈾的工作延續了好幾年，其間尤金還開始在普林斯頓攻讀博士學位，打算繼續研究變質岩石學老本行，然而這個計劃沒能實現…因為當時人們發現被侵蝕的火山口附近經常有含鈾沉積物富集。
於是，他的東家大手一揮：你去研究一下火山過程吧。於是尤金只好收拾行囊，跑去了位於亞利桑那州北部的一個叫做Hopi Buttes的火山地帶，在這裡，他邂逅了他的宿命之地——巴林傑隕石坑（Barringer Crater，也叫Meteor Crater）。
不過那時這個地方還不叫隕石坑，因為大多數人都不相信這是隕石撞擊形成的，畢竟憑空想像地球曾經被天外來客撞出那麼大一個坑，這種說法一時挺難接受的，而把這些凹陷當做火山噴發的遺迹就容易接受多了。
然而，學霸尤金對這個起源有爭議的碗狀窪地產生了巨大的興趣，他利用自己紮實的地質學和岩石學經驗，以及出色的繪畫功底，對巴林傑隕石坑一帶的地質情況和地層結構進行了詳細的考察。
考察巴林傑隕石坑底部的尤金童鞋。來源：USGS
先感受一下他在1956-1958年間繪製的地質圖：
巴林傑隕石坑周邊的地質情況。來源：USGS報告
隨著冷戰時期的需求從鈾轉移到另一種核反應元素鈈，USGS又大手一揮，轉而讓尤金去研究內華達州的核爆破坑，而這份新工作給了他絕好的契機來將巴林傑隕石坑和和爆破坑進行對比。
他在前人工作的基礎上進一步確認了巴林傑隕石坑和核爆產生的坑確實非常相似，也就是說，這樣的碗狀凹陷更像是劇烈的衝擊作用由外而內引起的，而非火山噴發。
這是尤金童鞋繪製的巴林傑隕石坑剖面結構圖，中央的豎線是鑽孔採樣的地方。來源：USGS報告
這是尤金童鞋繪製的核爆產生的坑。來源：USGS報告
在親身考察和幾十年來科學家們對隕石坑起源的各種理論的基礎上，尤金在1959年向USGS提交了一份題為《巴林傑隕石坑的撞擊機制》的報告。
在這份報告中，尤金認為巴林傑隕石坑並不是火山噴發造成的，而是「一顆速度高達15千米/秒的隕石撞擊地表形成的」。
尤金在報告中認為的巴林傑隕石坑形成過程。雖然從現在看來，這個撞擊機制尚有不足之處，但在當時卻是開拓性的。來源：USGS報告
幾乎在同時，尤金和另外兩名地質學家在巴林傑隕石坑的岩石中首次發現了天然的柯石英（coesite），這是一種在高壓下才可能形成的二氧化硅形態，所以不太可能出現在火山口，這一成果發表於1960年的《科學》雜誌，尤金是第二作者。這一發現成為了證明巴林傑隕石坑更可能是隕石撞擊形成的重要證據之一。
不過，這裡我們要強調的是，以現代地質學的角度來看，無論是從形態、地質特徵，還是柯石英的發現，這些依然是判定地球隕石坑的重要參考，還有其他一些重要證據，那時尚未被提出。
總之，尤金以巴林傑隕石坑的地質研究為課題完成了博士論文，於1960年獲得了普林斯頓大學的博士學位。
從地球地質到月球地質
從少年時代起，尤金就對月球充滿了憧憬。當20多歲的尤金在巴林傑隕石坑考察的無數個夜晚，他不止一次看著頭上的月亮，想著月球上密密麻麻的凹陷可能和地球上的隕石坑一樣，也是撞擊形成的。
後來我們都知道了，那些確實也都是隕石坑。
隕石坑密布的月球表面。來源：NASA
那時候的尤金就堅信，月球表面和地球表面有很多相似之處，等待地質學家去探索。因此，探索月球絕不僅僅是宇航員和天文學家的工作，地質學家才能更好地揭開這個天體表面的奧秘。他希望有一天能成為宇航員，成為親自踏上月球的土地，親自在月球上進行地質考察的人。
他並不僅僅是想想，1956-1972年，尤金為自己的月球夢做了四件事：
第一件，他開創性地用地質學理論和方法來研究月球上的地層結構。通過望遠鏡拍攝的月球表面照片，他分析了月球哥白尼撞擊坑的地層形成時間，繪製了詳細的地質地圖，並以此重建了月球表面的地質歷史。而在這之前，人們都是通過物理或者天文的方法來研究月球歷史的。可以說，這是地質學融入天文學研究最早的嘗試之一，從此，地質學家從天文學家手中分走了行星地質學這一片天地。
第二件，他在美國地質調查局（USGS）創建了天文地質學中心（Astrogeology Science Center）並被任命為首席科學家。自此，USGS不再僅僅局限於地球，而是囊括了整個太陽系所有固態天體的地質學研究和地圖繪製工作。至今，USGS仍是行星地質學領域最重要最活躍的機構之一。
USGS天文地質學中心官網（https://astrogeology.usgs.gov/）
第三件，他深度參與了美國航空航天局（NASA）早期的兩大探月項目：遊騎兵號系列任務（Ranger）和測量者號（Surveyor）系列任務。那是人類對月球表面的細節幾乎一無所知的年代，為了拍攝到月球表面的高清照片，遊騎兵7-9號選擇通過撞擊月球表面來「儘可能地接近月球」。
這些高清照片大大提升了人類對月球表面狀況的認識，在此基礎上，測量者1號無人探測器實現了美國在月球表面的第一次軟著陸（雖然比蘇聯晚了4個月）。
（左）遊騎兵7號傳回的第一張月球表面高清照片；（右）測量者1號著陸器拍攝的月球表面。來源：NASA
第四件，他深度參與NASA的阿波羅登月計劃，並負責培訓阿波羅計劃的宇航員。本來尤金自己也是有機會登上月球的，然而這個夢想在1963年被打破了：尤金被診斷出患上了阿狄森氏症，這種病會影響患者的運動機能。
培訓期間穿著宇航服的尤金。來源：USGS
雖然不能親身踏上月球的土地，但尤金「讓地質學家探測月球」的願望並沒有停止。這個登月夢最終由另一位地質學家哈里森·施密特代為實現了。事實上，哈里森·施密特也是登上月球的12名宇航員中唯一一名科學家。
1972年，哈里森·施密特和另外兩名宇航員一同，乘阿波羅17號踏上了月球表面，並完成了包括月球岩石採樣在內的多項月面實驗任務。
正在採集月球岩石樣本的哈里森·施密特。來源：NASA
尤金所做的這一切，讓地質學從此成為行星探測中不可缺少的重要學科，也讓NASA和USGS自此建立起了緊密的合作關係。
事實上，尤金對月球的熱忱一直持續到他的職業生涯晚期，1994年NASA發射的克萊門汀號月球探測器的研究團隊中也有尤金的身影。
從月球到太陽系更遠的地方
1969年，41歲的尤金回到母校加州理工擔任地質學教授，同時還兼任USGS的職務。
在對地球和月球隕石坑深入研究之後，尤金的好奇心自然而然地轉向了太陽系中那些「隕石坑的肇事者們」——小行星和彗星。
於是他的目標又一步一步從離地球最近的近地小行星，慢慢拓展到木星和土星的衛星，然後又拓展到彗星。
太陽系各天體的位置關係，沒有按照比例。來源：維基
最開始的幾年，他用加州帕洛馬山天文台的0.46米口徑施密特望遠鏡搜尋近地小行星的一個分支——阿波羅族（Apollo）小行星（近地小行星是一類軌道和我們所熟知的小行星帶有交叉的一類小行星）。
小行星帶（位於火星和木星之間）和近地小行星（Apollo、Aten和Amor族）的位置。來源：維基
不久，旅行者號發射，當1979-1981年間旅行者1號和2號先後飛掠木星和土星系統，傳回了大量木土星衛星表面的照片時，尤金又成為最早深入研究木衛一的火山、木衛三、木衛四以及土星幾個主要衛星表面的隕石坑形態和統計分布的行星地質學家之一。
（左）旅行者號拍攝的木衛一上的火山；（右）旅行者號拍攝的木衛四表面因為隕石撞擊形成的巨大的多環盆地。來源：NASA
1980年，當尤金開始搜尋彗星的時候，他後半生最重要的工作夥伴出現了，事實上她已經來到尤金身邊多時——那就是尤金的妻子卡羅琳。
尤金與卡羅琳相識於1950年，作為加州理工時期室友的伴郎，尤金認識了新郎的妹妹卡羅琳，那年尤金22歲，卡羅琳21歲。
卡羅琳是標準的「文科妹子」，有歷史、政治和文學的本碩學位。從小她不僅對理科沒有任何興趣，而且覺得地質這種東西簡直不能更無聊了……然而，多年後的卡羅琳在回憶這段往事時表示：「聽尤金講地質讓我發現原來地質學是一門這麼有趣和激動人心的學科！」
兩人在維持了一年筆友關係之後結婚，婚後生育了兩女一子，卡羅琳成為家庭主婦。
然而，當三個孩子陸續長大成人離開家之後，卡羅琳不想再做家庭主婦了。為了緩解「空巢綜合征」，51歲的卡羅琳開始學習天文學並和尤金一起搜尋小行星和彗星。
大器晚成的卡羅琳最終成為了一名偉大的職業天文學家，她一生參與發現了32顆彗星，800多顆小行星。
尤金和卡羅琳一直共同工作到尤金去世。
他們活成了愛情最美好的樣子：攜手風雨，死生知己。
而彼時，他們即將共同迎來一生中最閃耀的時刻。
尤金和卡羅琳在帕洛馬山天文台。來源：USGS
舒梅克-列文9號彗星！
1993年3月24日，舒梅克夫婦和大衛·列文一同在帕洛馬山天文台觀測到了木星周圍一些奇怪的碎片。
隨後的軌道計算顯示，這些碎片都是同一顆彗星被木星巨大的潮汐作用撕裂的碎片，這顆彗星以三位發現者的姓氏命名為舒梅克-列文9號彗星。
國際天文學聯合會（IAU）公報對這顆彗星發現的公示，卡羅琳是第一發現者。來源：IAU
計算結果還顯示：這些碎片將在1994年7月16日-24日之間陸續撞向木星！
哈勃望遠鏡於1994年5月17日拍攝的舒梅克-列文9號彗星的碎片，最大的一顆直徑約有2千米。21塊碎片像一串珍珠一樣連成一線。兩個月後，這些碎片依次撞向木星。來源：Hubblesite
這是人類第一次親眼目睹小天體（小行星和彗星等）撞上大天體的樣子，也讓人類從直觀上相信確實會有隕石撞上行星這樣的事發生，並且這種撞擊在整個太陽系天體表面的塑造過程中都起了至關重要的作用。
這次彗木相撞是全世界天文愛好者的一場盛會，也是無數孩子最早的天文啟蒙。
人類被撞擊產生的巨大威力深深震撼：碎片中最大的一枚（編號為G，直徑約2千米）在木星表面撞出了一個直徑超過12000千米的「疤痕」，比地球還要大。
彗木撞擊在當時的木星表面留下的「疤痕」（紅色箭頭處）。來源：NASA
死別：君埋月上塵銷骨，我寄人間雪滿頭
1993年，尤金正式退休，但他依然並沒有停止科學研究和探索。
1997年初，海爾·波普彗星回歸，這是是舒梅克夫婦最後一顆共同觀測的彗星。
同年7月18日，舒梅克夫婦在澳大利亞考察撞擊坑的路上遭遇車禍，尤金不治身亡。
卡羅琳在車禍重傷後生還，一直工作到退休。
為了紀念尤金，澳大利亞的舒梅克隕石坑、小行星舒梅剋星，還有NASA於1996年發射的會合-舒梅克號探測器都是以尤金的姓氏命名的。
（左）澳大利亞的舒梅克隕石坑；（右）會合-舒梅克號和它探測的小行星們（愛神星和梅西爾德星）的示意圖。來源：維基
但最動人的紀念還是1998年1月7日NASA發射的月球探勘者號探測器，這顆探測器攜帶了一些尤金的骨灰來到了月球。
月球探勘者號的主要目標之一，是在月球極區尋找水冰。極區的隕石坑作為天然的屏障，使得坑內有些地方永遠不能被陽光照射到，這些地方被稱為「永久陰影區」，這些永久陰影區里很可能就有水冰存在。
因此，當任務快要結束時，這顆探測器撞在了南極一個直徑50千米的隕石坑內墜毀，目的是想看看會不會觀察到水冰氣化產生的羽流。
於是，尤金的一部分骨灰就這麼永遠埋葬在了月球南極，和月球的土地融為一體。
2001年，這個隕石坑被命名為舒梅克隕石坑，如一塊墓標一樣。
他成為唯一一個埋葬在地球以外天體上的人。
至此，尤金終於實現了少年時的登月夢。
月球南極的舒梅克隕石坑（紅色箭頭）。來源：維基
而卡羅琳在觀看了月球探勘者號發射之後表示：
「我想，尤金絕對不會想到，他的骨灰會被送到月球上。他絕對會欣喜若狂的！」
「以後每當我抬頭看月亮，就會想到，尤金就在那裡。」
除了舒梅克的骨灰，這顆探測器還攜帶了舒梅克的一生最美好的回憶：巴林傑隕石坑和海爾·波普彗星的照片。還有一段為他的一生聚光的詩句，如此恰切，彷彿莎翁不是為思念羅密歐的朱麗葉，而是為紀念他的世人而寫。
And, when he shall die
Take him and cut him out in little stars
And he will make the face of heaven so fine
That all the world will be in love with night
And pay no worship to the garish sun.
等他死了以後，
你再把他帶去，分散成無數的星星，
把天空裝飾得如此美麗，
使全世界都戀愛著黑夜，
不再崇拜炫目的太陽。
——莎士比亞《羅密歐與朱麗葉》朱生豪譯本
參考文獻：略
出品 | 科普中國
製作 | haibaraemily
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本文轉載自微信公眾號「中國科普博覽（ID：kepubolan）」，原標題《那個埋葬在月球上的男人，今天90歲生日》，作者 | haibaraemily
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