尼爾·格雷爾斯：帶領雨燕衛星追捕伽瑪射線暴的NASA天文物理學家

尼爾·格雷爾斯

Photo: NASA GSFC / Public domain, via Wikimedia Commons

出生	1952年10月3日 Lake Geneva, Wisconsin, United States
逝世	2017年2月6日 (64)
職業	天文物理學家
獲獎	亨利·德雷珀獎 · NASA傑出科學成就獎 · 丹·戴維德獎

近二十年來，NASA有一枚衛星能在宇宙遙遠邊陲發生爆炸時，迅速捕捉訊號，在大約一分鐘內轉向目標，並趕在閃光消逝前，把座標傳給地面望遠鏡。它服役的最後幾年，以帶領這項計畫從提案走向軌道的戈達德天文物理學家尼爾·蓋瑞爾斯（Neil Gehrels）為名；如今，它已停止觀測。這艘太空船正墜入高層大氣，已無從嘗試救援；與此同時，蓋瑞爾斯曾參與早期規劃的另一架望遠鏡，正朝著遠在月球之外的觀測位置前進。他未能親眼見證這兩個時刻。

蓋瑞爾斯出生於威斯康辛州日內瓦湖市，從小便與望遠鏡為伴，因為父親、天文學家湯姆·蓋瑞爾斯（Tom Gehrels）就在望遠鏡旁工作；一家人曾在德州麥克唐納天文台住過一段時間，後來在尼爾十四歲時定居圖森。他在亞利桑那大學原本想成為古典音樂作曲家，最後同時取得音樂與物理學位。最終，他選擇了物理。兩者並不像表面看來那麼不相干：奠定他聲名的任務，核心就在於掌握時機，讓各種儀器準時接續運作。

他在加州理工學院攻讀物理博士，1982年師從羅庫斯·福格特（Rochus Vogt）與愛德華·C·斯通（Edward C. Stone）取得學位；最初的工作之一，是校準一台即將搭載於航海家號上的宇宙射線儀器。1979年，航海家一號與二號飛越木星時，這台儀器帶來了意外發現。原本預期木星磁層中的高能粒子主要由氫和氦構成，蓋瑞爾斯卻發現，氧和硫才是主要成分；後來證實，這些物質來自木星衛星埃歐上的火山。這也成了他的博士論文題目。他還在那裡結識了同為物理系學生的艾倫·威廉斯（Ellen Williams）；兩人於1980年結婚。

1981年，他以博士後研究員身分加入位於馬里蘭州的NASA戈達德太空飛行中心，並在那裡度過餘生。他早期參與的計畫是GRIS，一台以氣球搭載的伽瑪射線光譜儀；儀器即將完成之際，1987A超新星出現在南半球天空。團隊匆忙將它升空，成功捕捉到鈷-56衰變產生的伽瑪射線譜線；譜線的展寬與位移，為爆炸恆星的殘骸呈現翻湧、偏斜的結構，提供了早期有力證據。前一年，他曾發表一篇短論文，探討在事件數量寥寥可數時如何設定信賴區間；從事小樣本計數研究的天文學家至今仍會引用這篇論文。從1991年康普頓伽瑪射線天文台發射升空，到2000年脫離軌道，他一直擔任該計畫的科學家；自1995年起，也主持戈達德的天文粒子物理實驗室。

讓他聲名大噪的，是Swift計畫。伽瑪射線暴往往只閃現幾秒，甚至更短；多年來，沒有人能及時定位，觀察爆發後留下的景象。蓋瑞爾斯帶領團隊提出衛星計畫，讓衛星在偵測到爆發後，無須等待地面指令便能自行轉向，對準目標啟動X射線與紫外線／光學望遠鏡，再將位置傳送給各地天文台。他從1999年起擔任首席研究員，直到逝世；期間經歷了2004年11月20日的發射，以及之後的任務運作。2005年，他領銜發表於《Nature》的論文，指出一次短伽瑪射線暴與一個古老橢圓星系有關，這項證據顯示，短伽瑪射線暴來自中子星等緻密天體合併，而非大質量恆星坍縮。Swift原本的設計壽命是兩年，後來觀測到逾2,000次伽瑪射線暴；早在任務結束之前，它就已成為天文界的通用警報器，能通報天空中任何突然變亮的天體。

他持續擴大觀測網絡。他曾任費米伽瑪射線太空望遠鏡副計畫科學家，也是LIGO科學合作組織成員；2016年，他與人合寫一份策略，主張將觀測目標對準可能的宿主星系，藉此尋找重力波事件發出的光。這項研究預想的事件，於2017年8月到來：兩顆中子星合併，Swift捕捉到事後的紫外線輝光。六個月前，蓋瑞爾斯已因胰臟癌去世，享年64歲；日期是2017年2月6日。

若把他的故事簡化成一個人與一座以他為名的天文台，就會忽略他的工作方式，也看不見他所推動的計畫有多容易受到外力影響。2007年的布魯諾·羅西獎與2009年的亨利·德雷珀獎章，都是由他與Swift團隊共同獲得；這項任務則由賓州州立大學與英國、義大利的合作夥伴共同執行。2018年以他為太空船重新命名，既是對這位維繫合作聯盟的人致敬，也模糊了背後其實有多少人共同出力。這些設備從來也談不上穩妥。他以計畫科學家身分參與塑造的廣視野望遠鏡，當時稱為WFIRST，曾在2018年和2025年兩度遭白宮提議取消，最後靠國會介入及修訂預算才得以保留。Swift的結局則始於NASA把挽救任務押在商業拖船上：Katalyst的LINK原定抓住這枚老舊衛星，再將它推升至更高軌道。拖船於2026年7月發射；到了8月，因姿態控制問題，軌道提升計畫宣告取消。嘗試救援一枚從未按可維修方式設計的衛星，是一場新型態的賭注，而他的天文台就是賭注所在。

兩種結局相隔數週接連到來。以WFIRST重新命名的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡，於2026年8月30日搭乘獵鷹重型運載火箭，從甘迺迪太空中心升空，前往日地L2點；首批科學影像預計於2027年初公布。它的主鏡與哈伯太空望遠鏡相當，但相機一次能觀測的天空範圍約大上一百倍，蓋瑞爾斯曾協助設計的暗能量與系外行星巡天計畫，正是以此為基礎。Swift在軌道高度降至約275公里以下後，於2026年10月20日進行最後一次觀測；NASA預計它會在數週內重返大氣層。它的資料庫仍將開放，其中收錄超過150萬張紫外線與光學影像。

離開實驗室後，他也投入攀登。2006年和2015年，他兩度獨自攀登優勝美地酋長岩的「鼻子」路線，每次都花六天完成。艾倫·威廉斯後來出任能源部ARPA-E主任；兩人育有一子一女。他於2010年當選美國國家科學院院士，小行星16000也以他的名字命名為尼爾蓋瑞爾斯。他還與施里尼瓦斯·庫爾卡尼（Shrinivas Kulkarni）和安傑伊·烏達爾斯基（Andrzej Udalski）一同獲選為2017年丹·大衛獎三位得主之一。

從今天回望他的工作，可以看到一個道理：一項任務真正長久的成果，是它在其他人身上留下的工作習慣。Swift讓整整一代天文學家習慣接收警報，並在幾分鐘內轉向觀測；Roman則會交給他們龐大到單一團隊無法獨力完成的星圖。以他為名的衛星終將燃燒殆盡，但它培養出的即時反應，不需要它繼續留在軌道上。

標籤: 伽瑪射線暴, Nancy Grace Roman Space Telescope, Neil Gehrels, Edward C. Stone, Goddard Space Flight Center, Neil Gehrels Swift Observatory