“伽利略”探測器提供的數(shù)據(jù)表明,木衛(wèi)二冰冷的外殼下存在一個巨大的海洋。圖片來源:美國太空網(wǎng)
在地球上,從地表以上的云層到地殼深處,幾乎有水的地方就有生命。“逐水而居”是從古至今人類生存與發(fā)展一直遵循的基本規(guī)則,正因如此,科學(xué)家在地外天體尋找生命時,通常會“逐水而行”,聚焦有水的天體。
據(jù)美國太空網(wǎng)近日報道,在外太陽系中存在大量液態(tài)水,這些液態(tài)水潛藏于衛(wèi)星冰殼下。其中最引人矚目的是土星衛(wèi)星——土衛(wèi)二“恩克拉多斯”和木星衛(wèi)星——木衛(wèi)二“歐羅巴”,據(jù)信這兩顆衛(wèi)星的地下海洋都可能與巖心接觸,從而使各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生。
許多科學(xué)家相信,在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二黑暗、寒冷的海洋內(nèi),可能有微型生物在其中游弋,他們也希望派機器人前往這些衛(wèi)星的地下海洋,搜尋生命的“蛛絲馬跡”。美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室(JPL)行星保護工程師艾米莉·科洛尼克接受太空網(wǎng)采訪時表示:“這是‘逐水而行’劇情的高潮。”
前往“歐羅巴”
拜訪木衛(wèi)二的“歐羅巴快帆”任務(wù)目前正有條不紊地進行中,擬于20年代中期發(fā)射。到達木星軌道后,將數(shù)十次飛越木衛(wèi)二,繪制其海洋特征圖譜,詳細研究其冰面,并執(zhí)行其他任務(wù)。此外,歐洲空間局(ESA)的“木星冰月探測器”(JUICE)也將研究木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木星本身。JUICE是木星軌道器,計劃2022年發(fā)射。
“歐羅巴快帆”這一任務(wù)將為未來的木衛(wèi)二著陸器鋪平道路,美國國會已指示NASA開發(fā)木衛(wèi)二著陸器,目前還處于概念研究階段。它將深入木衛(wèi)二表面之下10厘米的地方,尋找生命。NASA官員說,在這樣的深度下,任何生物分子都會在其上方冰層的保護下免受輻射危害。
科學(xué)家指出,木衛(wèi)二上的大多數(shù)生物分子最終可能都源于其寬闊的海洋,海洋擁有的水量約為地球所有海洋總水量的兩倍。因此,科洛尼克等人希望派遣一個尋找生命的機器人前往,機器人可能是一只會游泳的“烏賊”,也可能是一個可以沿著海洋冰層滾動的機器人。
鉆探系統(tǒng)很關(guān)鍵
但是,木衛(wèi)二的冰殼厚達15—25公里,因此探險任務(wù)必須攜帶一臺功能強大的鉆機。NASA正嘗試通過“歐羅巴科學(xué)探索地下訪問機制”(SESAME)計劃來促進這一先進技術(shù)。SESAME的終極目標(biāo)是研制出一種由核動力驅(qū)動的“鉆探系統(tǒng)”,能在運行3年內(nèi)下降約15公里。該“鉆探系統(tǒng)”不超過200公斤,屆時將由著陸器運送到木衛(wèi)二表面,此外,著陸器還將為鉆探設(shè)備和地球之間的通信提供中繼。
目前,JPL、喬治亞理工學(xué)院、約翰·霍普金斯大學(xué)、“石頭航空航天”公司和“蜜蜂機器人”公司等都在研究這一大型系統(tǒng)的各個方面,而且均獲得了SESAME的資助。
約翰·霍普金斯大學(xué)專注于研究鉆探器與著陸器之間如何通訊;“蜜蜂機器人”公司正在開發(fā)一種混合鉆探系統(tǒng)——使用水下加熱的生命搜尋系統(tǒng)(SLUSH),該系統(tǒng)同時使用熱方法和機械方法鑿開冰層。
“蜜蜂機器人”公司主管克里斯·扎克尼表示:“最大的問題是熱,如果不以某種方式散熱,鉆頭會變得過熱。”
當(dāng)然,還有其他潛在的困難。一旦鉆具鉆探得夠深,鉆具與著陸器之間的通信可能很難通過系繩進行。JPL的湯姆·克維克指出,有鑒于此,研究人員正在研究當(dāng)鉆頭下降時在其后面部署圓盤狀調(diào)制解調(diào)器的可能性。
此外,對鉆探器和海洋探測機器人消毒也至關(guān)重要,這可以最大程度地減少地球微生物對木衛(wèi)二上環(huán)境的污染。但鑒于硬件非常復(fù)雜,這種滅菌將很難實現(xiàn)。
SESAME聯(lián)合研究員薩姆·霍維爾表示,鉆探器所需的大多數(shù)技術(shù)可能要花10—15年才能準(zhǔn)備就緒。如果從現(xiàn)在開始研制,可能到本世紀(jì)30年代后期才能前往木衛(wèi)二探測其海洋,“木衛(wèi)二遠征任務(wù)的確存在風(fēng)險,但值得冒風(fēng)險”。
遠征土衛(wèi)二
土衛(wèi)二的海洋可能比木衛(wèi)二的更“和藹可親”,但遠征木衛(wèi)二使用的一些策略也可以在土衛(wèi)二上使用。
土衛(wèi)二南極地區(qū)有許多巨大的“虎紋”裂口,這數(shù)十個間歇泉將水冰、有機分子和其他物質(zhì)從這些裂縫噴入太空,這些間歇泉創(chuàng)造出的羽流組成了土星的E環(huán)。
間歇泉的物質(zhì)很可能來自土衛(wèi)二的海洋,所以,這些虎紋裂口可能是探測器進入的入口,如此以來,就省去了鉆探冰層進入海洋的麻煩,一些科學(xué)家和工程師正在開發(fā)利用此便利裂口的技術(shù)。
JPL的一個小組正研制“外星生物現(xiàn)存生命勘探者”(EELS)裝置——一個4米長的蛇狀機器人,它將沿虎紋裂縫向下盤旋直至到達液態(tài)水內(nèi)。研究人員解釋說,一條長繩會讓EELS與地面上的著陸器相連,為海洋“探險家”提供動力。
EELS和一個著陸器是土衛(wèi)二總體探測任務(wù)的一部分,該任務(wù)還將包括一個融解探測器和一個軌道飛行器,軌道飛行器可以將數(shù)據(jù)傳回地球。
JPL的賈森·霍夫加特納及其同事表示:“這一‘旗艦’任務(wù)將在土衛(wèi)二表面、冰殼內(nèi)和地下海洋深處尋找生命,這可能是未來十年內(nèi)天體生物學(xué)領(lǐng)域最好的機會。”
“旗艦”任務(wù)是NASA“身價”最高的一類任務(wù),如“好奇號”火星探測器、“卡西尼”號土星探測器都屬于“旗艦”類項目,這些項目的投資一般都超過10億美元。
即便NASA最終沒有批準(zhǔn)這一任務(wù),科學(xué)家們也在研究間接取樣海洋的方法。此前,“卡西尼”號曾多次飛越土衛(wèi)二的羽流,未來尋找生命的探測器也可以做到這一點。“卡西尼”號任務(wù)已于2017年9月結(jié)束。目前,已經(jīng)有幾個研究小組提交了土衛(wèi)二羽流采樣任務(wù)的設(shè)計思路,但NASA仍未敲定一項開展深入研發(fā)。
這兩顆表面高冷的冰凍星月會給人類帶來什么驚喜呢?我們拭目以待。(記者 劉 霞)
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