作为加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一名博士生，杰西卡·沃特金斯（Jessica Watkins）撰写了关于火星上大面积滑坡的论文。她利用的是轨道卫星和美国宇航局（NASA）火星探测器捕捉的图像，这是大多数行星地质学家离火星表面最近的所在。

 

　　但如今，作为NASA最新加入的宇航员之一，沃特金斯某一天将拥有参观那些地貌的机会。这位来自帕萨迪纳加州理工学院的博士后通过遴选成为NASA宇航员队伍的12人之一。这个新团队的配备是独一无二的，将能够帮助NASA实现他们的目标，通过一系列新型运载工具将人类再次送上太空，并最终登陆火星。

 

　　在这12人中，尽管大多数是拥有所需专业技术知识和丰富飞行经验的现役军人，但其中有4名新宇航员是持有科学和工程学博士学位的普通公民。沃特金斯是这支队伍中的两名地质学家之一，她们一直在密切关注这颗红色星球。另一位是泽娜·卡德曼（Zena Cardeman），宾夕法尼亚州立大学的天体生物学博士生。她花了数年时间研究如何利用地球作为模拟，来了解火星目前的状况及其演化方式。

 

　　这份平民科学花名册还包括沃伦·霍伯格（Warren Hoburg），他是位于坎布里奇的麻省理工学院的航空学助理教授。

 

　　霍伯格是第一位从一所重要研究型大学的终身教职中被选中的宇航员。“我们习惯了我们的世界级科学家被其他大学挖走，但NASA没有这样做过。”麻省理工学院主管研究的副校长、地理物理学家玛利亚·朱伯（Maria Zuber）表示。该校有41名校友成为宇航员。第4位新宇航员是罗伯·库林（Robb Kulin），拥有工程学博士学位，任职于加州霍桑的太空探索技术公司（SpaceX）。还有两名入选的军事飞行员也持有医学学位。

 

　　霍伯格、沃特金斯和卡德曼分别是助理教授、博士后和研究生。对他们来说，成为一名宇航员可谓实现了毕生的梦想。然而，考虑到可能性极小，他们从未期望过能够入选（第22批宇航员创纪录地收到了18300份申请，选中的总人数增至350人)。他们接到那个决定命运并召唤他们前往德克萨斯州休斯敦的电话之前，每个人都已经打下了坚实的科学基础。8月份，他们开始在那里接受为期两年的严格训练。他们实现太空飞行目标的道路异于寻常，诠释了下一代美国科学家和工程师的训练方式。以下是他们的故事。

　　要了解霍伯格何以脱颖而出，首先得了解他接下来原本要做什么――如果NASA没有选择他，他将操纵一架无人驾驶的太阳能飞机，在世界各地不间断飞行。

 

　　霍伯格表示：“做这类事情令我兴奋不已。”他现年31岁，十几岁时就成为一名业余火箭爱好者。2008年，他获得麻省理工学院学士学位。2014年，在取得加州大学伯克利分校电气工程博士学位后，他重返麻省理工学院，成为该校的一名教职人员。

　　如果成功，霍伯格的实验室将会成为世界上第一家完成环球航行的实验室。在他的生活中，挑战极限可谓家常便饭，有时候他是滑雪者、攀岩者、飞行员、急救医疗医生，有时候又是搜救小组成员。

 

　　不过，同样重要的是，这架太阳能飞机将使用GPkit定位系统――霍伯格自己开发的一款软件工具，它将几何编程的数学原理与工程设计联系起来。GPkit已经帮助他和他在麻省理工的同事为“丛林鹰鸮号”（JHO）选择了最佳设计。JHO是为美国空军建造的轻型无人机，可为发生在世界各地的灾难提供长期通讯服务。

 

　　JHO的设计是为了满足空军的严格限制：在海拔4600米的地方，飞机可以在有效荷载达4.5千克的条件下在同一地点驻留5天。霍伯格介绍说，目前的飞机都不适合完成这项工作。此外，GPkit还帮助研究人员做出了一个违背常理的决定――使用燃气动力飞机，而非太阳能动力飞机。

 

　　“我们发现，太阳能飞机的体积大得简直有点荒谬，”霍伯格说道，“而燃气飞机的尺寸较为合理。此外，GPkit的帮助使我们在信息有限的情况下，在早期做出了非常明智的决定。”

 

　　JHO最近进行了试飞，只在低空飞行了几分钟。霍伯格希望团队能在夏季结束之前向世人展示无人机的持久力。

 

　　JHO项目是麻省理工学院航空航天系大四学生毕业设计的一部分。霍伯格表示，不能和大学生一起工作可能是他离开麻省理工学院的最大遗憾。

 

　　他说：“作为一名NASA宇航员，我将有很多机会与学校团体交流并鼓励学生从事科学、工程学和数学方面的工作。我自己可能也会更有动力。但我会想念教书育人的日子。能够从工程学的角度了解事物如何工作是一件非常棒的事情。但我将无法再深入到这些工作中去了。”

 

　　霍伯格说，“自从开始建造火箭，成为一名宇航员就一直是我的梦想。”但他又表示，自己从未奢望这一切会变成现实。他强调说，当他向麻省理工学院申请教职时，绝对不是因为这所大学培养了众多宇航员。即使在成为最后50名宇航员候选人之一之后，他仍然没有把这个消息告诉自己的父母。

 

　　“我不想让他们承受压力，”他说，“这看起来太不现实。”（他的父亲詹姆斯是宾夕法尼亚州匹兹堡市卡耐基梅隆大学的电气工程专业退休教授。在那里，他的母亲抚养他和弟弟一起长大。）

 

　　不过，既然已经梦想成真，霍伯格要做的就是平稳过渡，让他的研究生能够在其他导师指导下继续开展他们的研究。“我希望能够继续做一个没有报酬的首席研究员，这样我就可以留在我的学生们的论文委员会中。

 

　　与此同时，他强迫自己接受这样的事实：他不可能和他们在一起了。“一旦我向休斯敦报到，我就得放手离开，”他说，“每当我想到要离开麻省理工学院时就非常难过。但是我无法拒绝NASA，这毕竟是一个千载难逢的机会。”

　　如果沃特金斯能在火星上行走，她想去的一个地方肯定是诺克卢福高原。这位行星地质学家喜欢在岩石和岩架上爬来爬去，这对NASA的“好奇号”火星车来说太危险了。过去5年，“好奇号”一直在探索这颗红色星球的盖尔陨石坑。

　　“我愿意弄脏我的双手，去检查这些断裂面，并试着去了解它们的起源、分布以及它们之间的区别。”沃特金斯表示。

 

　　沃特金斯现年29岁，是新一批宇航员中年龄最小的，从记事起就一直梦想成为一名宇航员。然而，她对地质学的热爱是在很久以后才开始的。当时她还是位于加州帕洛阿尔托的斯坦福大学的一名本科生，此前刚刚放弃成为机械工程师的最初计划。

 

　　“我当时认为，工程学是我成为一名宇航员的必经之路。”她说道。但在大二的橄榄球赛季期间，她选修的工程学课程成了“一个可怕的组合”，这迫使她重新考虑自己的职业规划。

 

　　“所以我不得不在这两件事之间寻求平衡，”她回忆道，“我要么必须找到一种新办法，使我能够充满激情地去做一些有助于成为宇航员的事情；要么放弃这个目标。我努力寻找另一扇敞开的门。就这样，我决定攻读地质学。”

 

　　她在加州大学洛杉矶分校的研究生阶段研究的长径流滑坡主要见于水手谷――火星上一条长4 000千米，深7千米的峡谷。但地球上也存在类似的滑坡，它们通常见于冰川。行星地质学家认为这一现象是有联系的，而这种联系恰恰对沃特金斯具有吸引力。

 

　　“可以这么说，立足地球并将地球地质作为行星地质的基础对我来说一直都很重要。”她说道。因此，从加州大学洛杉矶分校毕业后，沃特金斯选择成为地质学家约翰·格洛辛格（John Grotzinger）的博士后，之后又担任NASA喷气推进实验室管辖下的火星科学实验室（MSL）及其“好奇号”火星车的项目科学家。

 

　　格洛辛格现在是加州理工学院地质与行星科学部门的主席。他非常熟悉沃特金斯的工作，认为那是该领域的主流趋势，但沃特金斯对另一份事业的投入却令他大吃一惊。

 

　　“我们一起谈论过橄榄球，我曾问过她是否打算参加国家队的选拔，备战2016年奥运会，”他回忆道，“她不喜欢夸夸其谈。但她当时告诉我，‘我进过国家队，但我决定退出，因为我想成为一名宇航员。’”

 

　　“天啊，她真的有这个意思，”他记得自己当时这样想，“这些年，还有几个学生对我说过这样的话，”他继续说道，“但我通常会想，‘想法不错，但不现实。’然而，她这么说时却给人一种不一样的感觉。”

 

　　格洛辛格说，沃特金斯的职业道德使她有能力同时为火星科学实验室的操作和科学团队做出贡献。“这真的非同寻常，”他解释道，“操作是劳动密集型工作，具有挑战性，而且大多数人也没有精力再去参与科学工作。”

 

　　然而，对于沃特金斯来说，这两者却可以轻而易举地兼顾。“我很幸运能够同时做两份工作。我无须做出任何牺牲，就能成为第一批看到来自火星的图像的人之一。但我也真的热爱操作方面的工作，和同事一起决定每天想要获取哪些数据。”

 

　　她正在修改一份描述盖尔陨石坑内夏普山沉积层不整合的手稿，它记录了火星上交替进行的干湿循环。她希望在8月去休斯敦之前完成这一工作。

 

　　当被问及是否想过回归学术界的时候，沃特金斯说她习惯于一步一个脚印。不过，格洛辛格对她是否会重回校园感到怀疑。“学术研究充满竞争，”他表示，“一旦离开，就很难追赶上来。”另外一个原因是，“杰西卡渴望成为一名宇航员，”他说，“这是她的天性。”

　　在卡德曼决定要进入太空之前，她的目标是地球上最遥远的目的地：南极洲。

 

　　“我看了一篇讲述一个学生去南极洲开展研究的文章之后，就对那儿心驰神往。”卡德曼说道。她今年29岁，刚刚考取北卡罗来纳大学教堂山分校，将在那儿主修生物学。“我想亲眼看看那儿的极端环境并对其进行研究。因此，我查阅了80名在南极洲工作的科学家的资料，并冒昧地给他们写信说：‘您好，我叫泽娜，是一名本科生。我没有任何研究经验，但恳请您将我带上。’”

 

　　毫不奇怪，大多数人都对她主动提出的请求置之不理。也有一些人礼貌地将她拒之门外，理由是缺乏资金或人员已满。但来自加州莫菲特场NASA艾姆斯研究中心的达琳·林姆（Darlene Lim）为她提供了一次机会，让她去做一些几乎一样美妙的事情：参与一个在加拿大某个湖畔的研究项目，检查早期化石记录。此外，林姆还为卡德曼提供了一个模拟在火星上从事科学研究的机会。

 

　　卡德曼随即表示同意，而在过去的10年中，她每年夏天都在不列颠哥伦比亚省的亭湖湖畔度过几个星期。“让她参与其中是一件令人高兴的事情，”在做博士后时推出该项目的林姆说道，“我们是一个小团队，每个人都必须是万金油。”（卡德曼回忆说：“我想我的正式工作是将潜水用氧气瓶拖到湖边。”）

 

　　“泽娜在她所做的每一项工作中都表现出色。”林姆说道。她是加拿大人，曾进入该国新一批宇航员选拔赛的最后一轮（只有12人进入最后一轮），“她可以充当团队的领导人，也可以是团队的普通一员。她能够让每个人都各尽其能。”

 

　　林姆目前还在开展一项类似的研究项目――与熔岩地貌相关的生物模拟科学。该项目具有双重目的，主要研究爱达荷和夏威夷的玄武岩地貌中的热液变化。卡德曼也参与了该项目，这有助于为模拟科学这一新兴领域制定规则。在该领域，地形研究也模拟其他行星的工作条件。

 

　　那些项目与卡德曼接下来希望做的事情一脉相承。“它模拟一个可能并非该科学领域专家的宇航员收集样本，然后将这些正确信息传回给一个包含专家的远程团队。”她解释道。要使这根链条正常运转，所需的后勤工作令人生畏，例如应对传输延迟30分钟、确保宇航员和专家在选择最合适的地点取样时意见一致等等。

 

　　充分利用所要部署的技术是另一个目标。“我们还要研究把相机放在哪里，”卡德曼补充道，“这就需要在捕捉一个样本的特写与再现一个更大的背景之间做出抉择，决定是否需要看见宇航员的手以了解他们在收集样本时操作是否得当也很重要。”

 

　　卡德曼之所以能够参与这些项目和其他项目，得益于两项联邦计划的资助。然而，这两项计划现在受到了特朗普政府的抨击。她最初拜访亭湖以及她在攻读硕士学位时所做的一些工作都得到了北卡罗来纳州太空项目的资助。该项目也获得了NASA教育处的固定拨款，以应对特朗普政府削减2018年科研经费的提议。在攻读博士学位时，卡德曼获得了美国国家科学基金会的研究生研究奖学金的资助。该基金会建议将这个著名项目的预算缩减一半，以应对2018年削减11%科研经费的可能。

 

　　事实上，卡德曼已经积累了许多丰富的实地考察经验。她现在的博士导师，宾夕法尼亚州立大学微生物学家珍妮弗·玛卡拉蒂（Jennifer Macalady）表示：“我在规划她的研究生项目时做了一个行政决定，无须为她安排大量的实地考察工作。”（卡德曼最终作为本科生去了3次南极洲，在位于南极洲西部半岛的美国帕尔默站进行一项长期的生态研究项目。）

 

　　当NASA给她打电话时，卡德曼关于洞穴生物膜的博士论文才完成了一半。她说她不确定自己能否完成论文。“在前两年，我们必须严格按照计划开展工作，”她说，“但之后会有更大的灵活性。”

 

　　“也许到那个时候，我会决定我真的希望获得博士学位，”她若有所思地说道，“或者，我可能会觉得它不会让我成为一名更好的宇航员，而且会因为它我无法分配到一个地面项目，甚至是一个飞行任务。”

 

　　无论她做出何种决定，林姆都将予以支持。“我所能做的就是尽我所能。这样，当泽娜去火星时，她将能够为这次旅行做好充分的准备。”