约翰·马瑟

1974 年初，约翰·马瑟刚从伯克利毕业，带着一段不愉快的记忆去了纽约。他博士论文里那台气球载远红外干涉仪第一次飞上天，因为三处不同的毛病，什么也没量到。他在自传里说，那种感觉「伴随了我一辈子」。他本想换个领域，躲开宇宙微波背景这摊难事。

几个月后 NASA 征集小卫星方案，导师帕特里克·撒迪厄斯问组里有什么想法。马瑟脱口而出：我那个论文实验，放到太空里会好得多。

奶牛场里长大的孩子

他 1946 年生于弗吉尼亚州罗阿诺克，一岁半随父母搬到新泽西州北部一座奶牛研究站。窗外是一栋关着二十头种公牛的牛棚，山下是装着量热计和液氮罐的实验室。父亲研究奶牛育种，是最早用 IBM 穿孔卡片处理一万头奶牛产奶记录的人之一。

他没有迷上奶牛，却从父亲那里学会了两样东西：统计与微积分。小学科学展上他在厨房桌子底下养了八只小老鼠，父亲教他排一个希腊—拉丁方做方差分析，结论是狗粮加维生素长得好、光吃玉米片不行。高中暑假，国家科学基金会资助的夏令营把他送到康奈尔，第一次接触量子力学、相对论与宇宙学。

伯克利：一门从头学起的手艺

1968 年他从斯沃斯莫尔学院毕业。毕业答辩的考官里有一位普林斯顿的年轻教授戴维·威尔金森，微波背景的先驱之一，多年后成了 COBE 的创始成员。

研究生院他原本选了普林斯顿，一个暑期工作把他带到伯克利，于是改了主意。1970 年找论文题目时，他遇上保罗·理查兹与汤斯：两人刚开始测那片新发现的宇宙微波背景。第一个项目是一台地面远红外分光仪，搬到加州白山上测，精度被大气卡住。理查兹从英国休假回来，带回一种新型干涉仪的构想，要把它挂在高空气球下面，飞到 99.5% 的大气之上。

这是一场从机械、光学、低温到电子学的全面洗礼。他自认「理解强于动手」：气球升空前，天线在发射架上掉了下来——焊点是他焊的。第一次飞行失败后，同学伍迪用干冰箱找出了毛病，第二次飞成功了，写成了自己的论文。

1974：一份用打字机敲出来的方案

撒迪厄斯让他去找三个人：麻省理工的韦斯、普林斯顿的威尔金森、刚进戈达德航天飞行中心的迈克尔·豪泽。几个人凑出一颗卫星：一台远红外干涉仪测微波背景的谱，两台仪器测它在不同方向上的明暗差别，再加一台找最早一批星系留下的弥漫红外背景。

他们没有人做过空间任务，也不知道 NASA 那一轮收到约一百五十份方案，其中伯克利与喷气推进实验室的两份与他们直接撞题。1976 年 NASA 没挑任何一家，而是从三队里抽出六个人——马瑟、豪泽、威尔金森、韦斯，加上伯克利的斯穆特与喷气推进实验室的古尔基斯——组成任务定义科学组。组里推韦斯当主席，三台仪器各有一位首席研究员：斯穆特管微差微波辐射计（DMR），豪泽管弥漫红外背景实验（DIRBE），马瑟管远红外绝对分光光度计（FIRAS），同时兼研究科学家，把科学要求落到工程上。

一台只量「差」的仪器

FIRAS 的思路，是把他论文里那台气球仪器的每一处毛病都改掉。

量绝对亮度很难，量两个东西的差却可以做得极准。FIRAS 有两个输入口：一个对着天空，一个对着一块温度可调的内部黑体；仪器输出的只是两者之差。天空那一侧还可以整个盖上一块外部定标黑体，它就是一个「人造大爆炸」——温度调到与天空一致时，两路信号应当完全抵消。整个光学系统泡在 1.5 开尔文的液氦里，从天空到探测器没有一扇窗。

定标黑体用掺了细铁粉的环氧树脂做成喇叭口形，一束光进去，至少要反射五次才出得来。马瑟后来写道，每一种可能的误差都被追到了百万分之几的量级。

从航天飞机到最后一枚德尔塔

1979 年前后 NASA 决定在戈达德自己造 COBE，三位首席研究员中两位就在戈达德，斯穆特也同意把 DMR 交给那里的工程师。代价是，这个项目也被当成新工程师的练兵场：别的项目一出事，他们的骨干就被调走救火。

那时 NASA 已决定今后一律用航天飞机发射，COBE 被迫改成航天飞机版本。1986 年 1 月，挑战者号在佛罗里达爆炸。所有一次性火箭早已停产，好在德尔塔还有一套备件。可德尔塔运不动原来那颗卫星：整星必须大幅缩小、减重，在不到三年里重新设计。COBE 于是成了挑战者号之后 NASA 第一个获准上天的科学任务，从优先级的末尾一下跳到仅次于哈勃的位置。

1989 年 11 月 18 日，COBE 从加州范登堡空军基地升空，进入 900 公里高的极轨道。

起立鼓掌

发射后没几周，定标还很粗糙，FIRAS 的第一批数据已经与黑体对得严丝合缝。1990 年 1 月，马瑟在美国天文学会年会上放出这条谱：温度 2.735 开尔文，偏差不到峰值的 1%——误差棒是按 1% 估的，因为真实误差还没算出来。一千多名听众起立鼓掌。

他说团队没料到这种反应，谱的形状在他们意料之中。事后想来，掌声是因为这一张图一下子了结了好几件事：它说明这片辐射确实来自一个处于热平衡的早期宇宙；而两年前一次火箭实验报告的亚毫米波段「超出」，在 FIRAS 的谱里根本看不到。

液氦撑了十个月，1990 年 9 月耗尽。数据的完整定标又花了好几年。1996 年的最终分析给出：温度 2.728 开尔文，与黑体偏差的均方根不到峰值的百万分之五十。这张谱后来印进了许多天文学教科书，误差棒比曲线本身的线宽还细。

「看见上帝」之后

1992 年 4 月，DMR 的温度涨落结果公布，斯穆特一句「如果你信教，这就像看见了上帝」传遍全世界。马瑟在诺贝尔演讲里记得那场记者会挤满了电视摄像机，「事先已有足够的宣传，也有一些泄露」。

据马瑟 2026 年为斯穆特文集写的回忆，斯穆特因为没有遵守团队关于发表与接触记者的约定、又与记者基伊·戴维森合写了《时间的褶皱》，同科学组起了冲突；科学组于是要马瑟也写一本。那就是他与科学作家约翰·博斯拉夫合著、1996 年出版的《最初的光》。他写道：「最后，这两本书都成了诺贝尔委员会要掂量的材料之一。」双方的说法见 COBE 发现页。

韦布望远镜

COBE 的工作收尾后，他开始琢磨新任务：一台发射后才展开的 2 米望远镜。同事们听了哈哈大笑，说 NASA 绝不会飞这么离经叛道、还带活动机构的东西。1995 年秋，NASA 总部打来电话，要他第二天就交一份「下一代太空望远镜」的研究方案。

这就是后来的詹姆斯·韦布空间望远镜。马瑟从 1995 年起担任它的高级项目科学家，主持科学工作组，一做就是二十八年，其间 2007 年 4 月起还兼任 NASA 科学任务部首席科学家。2021 年 12 月 25 日韦布发射，2023 年他把高级项目科学家一职交给简·里格比。

诺贝尔奖

2006 年，诺贝尔物理学奖授予马瑟与斯穆特，「因为他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式与各向异性」。

在自传里，他反复强调一件事：COBE 是一千多人的工作。团队在挑战者号之后重新设计了整个任务，把观测台测试了一遍又一遍，数据分析组又设法补偿了设计里固有的系统误差，最后的灵敏度与准确度远远超过了原定指标。