去土衛(wèi)六，搜索生命

陳壯叔

20世紀(jì)60年代，美國航空航天局(NASA)發(fā)射了一系列阿波羅探月飛船，打開了月球的大門，同時(shí)也打破了許多人對(duì)月亮的美好幻夢(mèng)。那是一個(gè)布滿隕石坑的毫無生氣的沙漠，這幅荒涼景象是跟其缺乏大氣相關(guān)的。

那么我們有望在太陽系內(nèi)(地球除外)找到生命嗎?要回答這個(gè)問題，首先得問，生命在宇宙中究竟是一種偶然，抑或是一種必然？現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)到，生命是宇宙演化的必然結(jié)果，因而它具有普遍性，只要具有類似地球的條件，生命就可能出現(xiàn)，決非地球的專利。但另一方面，科學(xué)家們面對(duì)一個(gè)尷尬的事實(shí)，他們研究生命的惟一樣品，無可選擇地只能來自我們的家鄉(xiāng)地球，他們模擬地球的原始條件，對(duì)一些有機(jī)分子施以閃光和紫外光照射，再加上氧。結(jié)果頗遂人愿，他們合成出氨基酸。許多年的努力過去了，研究者未能再前進(jìn)一步，始終沒有一個(gè)具有自我復(fù)制能力的生命分子跨出實(shí)驗(yàn)室的大門。

現(xiàn)在人們把目光轉(zhuǎn)移到其他行星或衛(wèi)星上，其中最看好的一顆星球是土星的衛(wèi)星——土衛(wèi)六(或稱泰坦)。

遠(yuǎn)在300多年前的1656年，科學(xué)家惠更斯首次觀察到了這顆大月亮，它不僅在土星的23顆衛(wèi)星群中首屈一指，在整個(gè)太陽系內(nèi)的眾多衛(wèi)星中，也名列第二，其直徑達(dá)4800千米。它是科學(xué)家長期以來感興趣的一顆星球，因?yàn)樗写髿鈱?，這意味著它可能藏有生命，不過其表面溫度甚低，僅為－190℃左右?！奥眯姓摺碧綔y(cè)飛船在其大氣頂部觀測(cè)到了孕育生命的有機(jī)分子氬氰酸，更讓人困惑的是它不時(shí)發(fā)射出射電波，迄今還不知道它的起因。

它的富有有機(jī)氮的大氣層，以及其大氣層的化學(xué)過程，可能很類似于原始地球的那種情況。最近還從紅外線的觀測(cè)中看到，這個(gè)大月亮上空還飄浮著甲烷云，因而在這個(gè)星球上極有可能存在生命，諸如蛋白質(zhì)，甚至活細(xì)胞。所有這些，都有助于我們揭開生命起源之謎。

NASA已于1997年發(fā)射探測(cè)飛船“卡西尼亞”去那里探秘，它將在2004年到達(dá)此月亮上空并將釋放一臺(tái)探測(cè)器“赫琴”，它將在蒙蒙的紅色大氣中探查各種有機(jī)分子。

雖然“卡西尼亞”還在去土衛(wèi)六的途中，而第二次的探測(cè)籌備活動(dòng)也已展開，取名“土衛(wèi)六生物探測(cè)者”的飛行器擬進(jìn)行8年的實(shí)地查看并取樣，NASA的專家正在緊鑼密鼓地進(jìn)行活動(dòng)，以解決“探測(cè)者”所需的具有挑戰(zhàn)性的新技術(shù)。

科學(xué)家們?yōu)楹螌?duì)此月亮有如此大的興趣?人們?cè)鐝耐h(yuǎn)鏡中觀測(cè)到那里有約20種不同的化合物，其中含量最豐富的要數(shù)乙烷，它們可能匯集在該星表面的海洋和大湖之中，但是要形成生命，還需要一個(gè)重要的東西——氧。

那里有氧嗎?從觀測(cè)中可知，它的大氣中含有氧化物，而表面上的全部氧都鎖在堅(jiān)冰中。退一步說，就算那里有足夠的氧，但在那樣嚴(yán)寒的世界中能容納生命嗎?科學(xué)家塞根等人提出了一種看法，在太陽系形成的早期階段，隕石、小行星對(duì)行星的碰撞是家常便飯，一旦碰在土衛(wèi)六上，在受撞擊的區(qū)域?qū)a(chǎn)生高溫，其表面的冰殼將被融化，從而使得有機(jī)分子跟液態(tài)“水”中的氧產(chǎn)生反應(yīng)。據(jù)他們的計(jì)算，碰撞點(diǎn)周圍冰殼中的有機(jī)分子有可能暴露在氧氣中長達(dá)200萬年之久。這么長的時(shí)間，足可產(chǎn)生氨基酸，以后是否會(huì)出現(xiàn)蛋白質(zhì)、糖甚至活細(xì)胞?要了解這些化合物需經(jīng)過多長時(shí)間才能進(jìn)入生命，惟一的辦法只能是在土衛(wèi)六上進(jìn)行實(shí)物取樣。

科學(xué)家考慮了去那里的幾種辦法。

氣球，這是一種既廉價(jià)又簡單的手段，不過氣球很難靠風(fēng)固定住，并產(chǎn)生足夠的下降力從堅(jiān)硬的表面挖掘樣品。估計(jì)這是一條困難重重的途徑。

用一艘飛船去探測(cè)，這也許是可行的，從上面看下去，可以記錄大月亮表面的景觀，但一個(gè)很大的障礙是蒙蒙的大氣，它使得飛船無法取得清晰的圖像。

最后剩下直升機(jī)這惟一的選擇。在地球上它需要較大的動(dòng)力，而據(jù)行星科學(xué)家洛倫茲說，在土衛(wèi)六上所需的動(dòng)力要小得多，故可用電動(dòng)力，它既能使直升機(jī)飛越較長的距離，又能使它更精確地降落在所需的地點(diǎn)，并可十分穩(wěn)定地做采掘工作。土衛(wèi)六上的大氣要比地球上的厚實(shí)四倍，這使得飛機(jī)上的水平旋翼更易于推動(dòng)機(jī)身；另一方面，此星的引力只有地球的1／7，故機(jī)身所需的浮力要比地球上的小得多。這樣計(jì)算下來，在土衛(wèi)六上一架直升機(jī)所需的動(dòng)力要比地球上的小。

據(jù)洛氏計(jì)算，一架100千克的直升機(jī)，只需500W功率即可在那里飛行，這相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｓ玫募矣梦鼔m器的功率。直升機(jī)采用放射性同位素?zé)犭姍C(jī)(RTG)作為能源，這是一種非常昂貴的裝置。那么為何不用太陽能帆呢?原因很簡單，土衛(wèi)六離太陽的距離是地球的十幾倍，它可接收到的陽光僅為地球的1％，當(dāng)陽光穿過其蒙蒙大氣層時(shí)，又要被吸收去極大部分，以致到達(dá)其表面的陽光僅為原來到達(dá)大氣層的1／10，即相當(dāng)于地球表面的01％，太陽能帆實(shí)在無用武之地。

“卡西尼亞”配備的也是RTG(钚同位素)，其產(chǎn)電率僅為5％，但新近推出的一種可達(dá)15％，若直升機(jī)采用后者，那么所需的钚只要7千克(500W)。為了減少貴重的钚的用量，洛氏提出了一種巧妙的方法，即飛機(jī)上再配以蓄電池，當(dāng)飛機(jī)停留在表面時(shí)，可進(jìn)行充電，而蓄電池可使直升機(jī)做數(shù)十小時(shí)的飛行。按這種配置，RTG中的钚用量可降至1千克，發(fā)電量為70W，可供直升機(jī)在每個(gè)土衛(wèi)六日(相當(dāng)于16個(gè)地球日)飛行24小時(shí)。

為使直升機(jī)能在那里可靠地工作，專家們以火星的地貌為基礎(chǔ)，進(jìn)行了直升機(jī)的試驗(yàn)活動(dòng)。1998年，他們?cè)诩幽么笈_(tái)逢島上的一個(gè)古隕石區(qū)域做了無人直升機(jī)的試飛，機(jī)載電腦利用GPS衛(wèi)星網(wǎng)為飛機(jī)導(dǎo)航，飛行得很成功。可是在土衛(wèi)六上顯然沒有GPS，又該怎么辦呢?工程師們胸有成竹，他們已研制出一種視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，或稱“視覺計(jì)程儀”，它以當(dāng)?shù)氐牡孛蔡卣鳛闃?biāo)記，使得直升機(jī)知道自己身處何地。為了得悉飛機(jī)飛得多快，計(jì)程儀利用相機(jī)記錄地表的景觀，而電腦則測(cè)量這些景觀的變化速度，據(jù)此飛機(jī)可得悉這里是何處正在飛向何方。

洛氏估計(jì)，直升機(jī)的總重量為100千克，它所攜帶的小型化學(xué)儀器約重15千克，機(jī)上有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，能對(duì)各種取樣做分析，并最后判斷出是否存在生物分子，諸如氨基酸、糖等。它們具有兩種存在形式，這二者在結(jié)構(gòu)上完全一致，卻互為鏡像(即分子自旋方向相反)。沒有人知道為何出現(xiàn)這兩種形式，且地球上的所有生物分子都是左手性的。若能在土衛(wèi)六上找到生物分子，無疑有助于解開這個(gè)謎。

科學(xué)家預(yù)見到土衛(wèi)六上異乎尋常的景觀，如甲烷大雨滴，幾乎1厘米的直徑，它慢慢地從紅蒙蒙的天空降下，這是因?yàn)檫@里的引力小，自然過程中的某些運(yùn)動(dòng)節(jié)奏都很緩慢；人們還可看到噴泉噴出的乙烷“水柱”，高聳入云；直升機(jī)可精確地降落在懸崖的頂端，觀看乙烷巨浪如何沖擊海岸。

在行星探測(cè)中要跨出新的一步，決不是繁瑣小事，而且還要相當(dāng)?shù)哪托?。拿“卡西尼亞”來說，遠(yuǎn)在18年前，研究者就提出了第一個(gè)實(shí)施方案，但由于許多因素，一拖就是十多年。洛氏希望科學(xué)界關(guān)注第二次探測(cè)，并促使NASA對(duì)此進(jìn)行一次詳細(xì)的技術(shù)性研究。直升機(jī)重100千克是否可行?它是否需要一個(gè)中轉(zhuǎn)無線電通信的中繼衛(wèi)星?經(jīng)費(fèi)需要多少?整個(gè)探測(cè)工程的核查是一個(gè)冗長的過程，可是你想一想，那土衛(wèi)六上鋪著眾多的有機(jī)物，甚至生命，當(dāng)我們面對(duì)著這個(gè)可能解開生命起源之謎的寶庫，我們所付出的這些努力又算得了什么呢?