不可思议的气凝胶：随星尘号远航

马克·米奥多尼克

星尘号的远航

2002年夏秋两季，星尘号宇宙飞船来到遥远的外太空，方圆数百万千米内见不到半颗行星。星尘号打开活门，伸出涂满气凝胶的巨型球拍，只不过，这场“星际网球赛”并没有对手，而且球拍要接的球小到要用显微镜才看得见。其他的恒星残骸早已消逝无踪，只剩太阳系的尘埃还在太空中飘浮。

但是，星尘号不能在遥远的外太空逗留太久，它还得赶去跟刚刚通过太阳系外围、朝太阳系中心奔去的Wild-2彗星碰面。随后，星尘号收起气凝胶球拍，加速迎向这位每6.5年接近太阳系一次的访客。

耗费一年多时间，星尘号才抵达会面地点。2004年1月2日，它发现这颗直径5千米的彗星就在前方，正加速朝太阳逼近。星尘号调整方向，飞入彗星后方237千米处的彗尾里，然后再次打开活门，伸出气凝胶球拍（这回使用的是球拍的反面），开始执行人类的首次彗星尘埃采集任务。

任务完成后，星尘号起程返航，两年后返抵地球。快抵达地球时，它改变航向并抛出一个胶囊——返回舱。这个返回舱受地球重力牵引，以12.9千米/ 秒的速度穿越大气层，创下返回地球的最快速度，自己也化成了流星。

自由坠落15秒并达到炽热温度后，返回舱打开减速降落伞，减缓下降速度，并于几分钟后来到了美国犹他州沙漠上空3千米处。返回舱上的减速降落伞脱落，主降落伞张开。这时，地面的回收小组已经差不多知道返回舱会落在何处，正朝沙漠驶去，预备迎接经历了7年旅程，来回航行了40亿千米的返回舱降落。最终，格林尼治标准时间上午10点12分，返回舱落地，日期是2006年1月25日星期三。

NASA（美国航空航天局）加州帕萨迪纳喷射推进实验室的星尘计划主持人德克斯布里表示：我们的感觉就像父母亲迎接少小离家终于归来的孩子一样，而他带回来的答案，将足以解开我们太阳系最深邃的谜团。

不过，在打开返回舱观察气凝胶采集到的样本之前，科学家自己也不晓得它到底带回了什么，又能解开哪些谜团。也许太空尘埃直接穿过气凝胶，什么也没留下来;也许返回地球的震荡和减速让气凝胶解体了，变成了无用的细粉;也许星球之间根本没有太空尘埃。

其实根本不用担心。当科学家把返回舱带回NASA 的实验室打开后发现，气凝胶没有受损，而且几乎完好无缺，仅表面出现了一些微小的凿痕。检查后证实，那些都是太空尘埃的进入点。面对一颗早在地球诞生之前就已经存在的彗星，气凝胶完成了其他材料都无法达成的任务——把彗星抛出的尘埃样本原封不动地带回地球。

取回返回舱后，NASA的科学家花了许多年找出气凝胶内的尘埃。他们寻找的微粒肉眼根本看不到，必须靠显微镜帮忙，因此才需要这么长时间。由于工程太过庞大，NASA甚至邀请民众参与“在家找星尘”计划——训练民众担任志愿者，使用自家计算机观察数千张气凝胶样本的显微影像，寻找太空尘埃的痕迹。

这项研究已经取得了一些有趣的发现。其中，最令人意外的是，从Wild-2彗星上取得的尘埃中，绝大多数都带有含铝熔滴，但是熔滴需要1200℃以上的高温才能形成。由于一般认为，彗星是在太阳系诞生之初形成的冰岩，且始终在冰冷的太空中飞行，实在很难想象其会有这类化合物。这使得熔滴的存在就算不是不可能，也有些令人意外。这似乎显示，彗星形成过程的传统解释是错的，或者，我们对太阳系的形成还有许多不了解之处。

星尘号完成任务后燃料用尽。2011年3月24日，在距离地球3.12亿千米外的太空，星尘号最后一次回应，表示收到了NASA 要求停止通信的指令，接着便永远告别了我们。目前，它正在浩瀚无垠的宇宙中航行，成了一颗人造彗星。

天空般的材料：气凝胶

星尘号的任务结束了，气凝胶的光辉岁月是不是也走到了尽头？ 虽然气凝胶是世界上最好的绝热体，但价格太贵，人类是不是真的愿意考虑量产气凝胶呢？目前，已有公司销售气凝胶绝热体，但多半还是供极端环境（如钻油工程）使用。

或许环境因素会让能源价格越来越高。一旦能源费用过高，不难想象目前盛行的双层玻璃或许会由更先进的玻璃材料取代，例如气凝胶。研发新式气凝胶的脚步正逐渐加快，目前已经有一些新技术能制造出具有弹性的可弯折气凝胶，不再像二氧化硅气凝胶那么脆弱易碎。这种名为“X 气凝胶”的材料是用化学反应把刚硬的气凝胶泡沫墙分解，插入聚合物分子当成铰链，以增加气凝胶的弹性。X 气凝胶可以做成极具弹性的材料，如纺织原料，可以用来制作世界上最轻暖的毯子，取代羽毛被和睡袋之类的产品。还有，气凝胶重量极轻，因此很适合制作极端环境使用的户外服饰和鞋子，甚至能取代运动鞋内的泡绵鞋底，增加鞋底的弹性。此外，最近还有人开发出可导电的碳气凝胶，以及吸收力超强、可以吸收有毒废料和气体的气凝胶。

或许，气凝胶一时还无法成为我们日常生活的一部分，除非环境变得更加极端与多变。身为材料科学家，虽然我很高兴人类已经找到可以适应新环境的材料，以防全球暖化万一无法逆转，但我可不希望我的孩子遭遇这样的未来。

如今有太多材料都能量产，连从前备受崇敬的金和银也不例外。但我仍旧期望，人们能单纯因为某个材料的美和意义而欣赏它。大多数人一辈子都没机会见到气凝胶，但摸过它的人永远也忘不了。那是非常独特的体验。你把它放在手里不会感觉到任何重量，它的边缘非常不明显，几乎分不清哪里是它的边角、哪里是空气。加上那幻影般的藍色，让人真有抓着一块天空的错觉。

气凝胶的诞生纯粹出于人的好奇、天才与奇想。在这个强调创意并奖励创造的时代，还用金、银、钢制作奖牌实在奇怪。若要用一种材料来代表人类能仰望天空并思考自身存在，能把岩石遍布的星球化为富饶神奇之地，能探索浩瀚的太阳系却又不忘自身的柔弱与渺小，如果有一种材料好比蓝天，那就是气凝胶。