在外星天空中漂浮

編譯 劉聲遠(yuǎn)

在外星天空中漂浮

編譯 劉聲遠(yuǎn)

假如生命將在地球之外被發(fā)現(xiàn)，那么它們離地球最近的藏身之處可能就是外星海洋的幽暗深淵?？茖W(xué)家已經(jīng)證實(shí)，地球并非太陽系中唯一被海洋主宰的世界，在木星和土星的多達(dá)5顆衛(wèi)星的冰封外殼下面隱藏著海洋。

為了得到這些外星世界隱秘海洋的更多信息，兩個(gè)野心勃勃的探索計(jì)劃眼下正在加緊籌劃之中。如果一切順利，從現(xiàn)在起再過大約10年，一對(duì)探測(cè)器就將升空去探索木星的衛(wèi)星，尤其是加尼美得（木衛(wèi)三）和歐羅巴（木衛(wèi)二），這兩顆衛(wèi)星上幾乎可以肯定存在海洋。假如真是這樣，這對(duì)探測(cè)器屆時(shí)的主要任務(wù)就是查明它們的海洋深度。

在此之后幾年，一項(xiàng)更大膽的任務(wù)將展開——探測(cè)器將飛向土星，在其冰雪覆蓋的衛(wèi)星恩克拉多斯（土衛(wèi)二）的極地嗅聞海洋氣息。接下來，探測(cè)器將飛向泰坦（土衛(wèi)六），在這顆衛(wèi)星上或許擁有太陽系中最驚人的地外風(fēng)景。為探索泰坦，探測(cè)器將攜帶兩個(gè)看似古董的裝置——熱氣球和小船（探測(cè)筏）。屆時(shí)我們將會(huì)看到：熱氣球在泰坦的沙漠和山脈上空飄浮，小船在泰坦的由液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成的海面上隨波逐流。

科學(xué)家早就向往探索歐羅巴的地下海洋。歐羅巴地下海洋的海底或許也有地球海底那樣的熱液噴口（想象圖）

1 跳著“雙人舞”去木衛(wèi)

在木星的兩顆衛(wèi)星上幾乎可以肯定存在海洋。

2009年2月，美國宇航局和歐洲空間局宣布了由它們共同策劃實(shí)施的上述宏偉計(jì)劃。按照計(jì)劃，2020年年初，美國宇航局的“木星-歐羅巴軌道器”（簡稱JEO）和歐空局的“木星-加尼美得軌道器”（簡稱JGO）將在一個(gè)月之內(nèi)相繼發(fā)射，并以平行軌道飛往木星；大約6年后，兩部軌道器抵達(dá)木星，之后它們將跳著復(fù)雜的“雙人舞步”依次造訪不同的木星衛(wèi)星。

兩部軌道器中，JEO的任務(wù)更艱巨，這是因?yàn)樗鼘⒃谀拘堑妮椛鋷?nèi)圈待很長時(shí)間，在那里它將遭遇高能電子的密集轟炸。通常的飛行器在這種猛攻面前很快就會(huì)崩潰，而JEO為了應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境，不僅采用了電子強(qiáng)化裝置來抵御輻射，而且還披上了鋁制盔甲。

當(dāng)最終進(jìn)入環(huán)繞歐羅巴的軌道后，JEO將使用它攜帶的儀器探索這顆木衛(wèi)的表面，同時(shí)還要測(cè)量其海洋深度。歐羅巴海洋的首批證據(jù)來自于1979年，當(dāng)時(shí)美國宇航局的“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”探測(cè)器經(jīng)過歐羅巴，發(fā)現(xiàn)它的平坦地表上交叉分布著裂縫，這暗示在它的表面下存在液態(tài)水海洋。20世紀(jì)90年代，這一觀測(cè)結(jié)果被美國宇航局的另一艘飛船——“伽利略號(hào)”所證實(shí)?！百だ蕴?hào)”還發(fā)現(xiàn)，歐羅巴扭曲了木星的磁力線，這也暗示在歐羅巴冰封的地表下存在一個(gè)導(dǎo)電層。許多行星學(xué)家認(rèn)為，這是歐羅巴存在地下咸水海洋的最驚人證據(jù)。

JEO將對(duì)歐羅巴的磁場和引力場進(jìn)行測(cè)量，這兩方面信息加在一起，有助于科學(xué)家進(jìn)一步了解這顆木衛(wèi)的結(jié)構(gòu)，尤其是它的冰殼厚度和它的地下海洋深度。JEO還配備有穿冰雷達(dá)，假如歐羅巴冰殼的厚度僅為幾千米，這部雷達(dá)或許就能看穿它并看見下面的海洋。

在幽暗的歐羅巴地下海洋中是否存在生命？在地球上，大多數(shù)生命最終都是從陽光中汲取養(yǎng)分。但是，假如歐羅巴地下海洋中真的存在生命，它們顯然不可能從陽光中獲取營養(yǎng)，那它們何以為生呢？一些天體生物學(xué)家認(rèn)為，歐羅巴海洋生命有可能依靠海底熱液噴泉噴出的硫化氫或甲烷來維持生命，就跟一些動(dòng)物在地球海洋中的情況一樣。為了消化吸收這種“化合物湯”，歐羅巴生命形式也必須要有氧化劑的供給，可氧化劑從何而來？除了歐羅巴的表面，很難想象其他來源。在歐羅巴表面，環(huán)繞木星的密集輻射將水分子撕裂為氫和氧，雖然大多數(shù)氫逃逸了，氧卻有可能被鎖定在歐羅巴表面的分子上?？蓡栴}是，氧怎樣才能沉到歐羅巴地下海洋中，從而被那里的生命利用呢？

這里就涉及到了“水管效應(yīng)”。假如歐羅巴的地殼很薄，地殼上一些地方的冰就可能融化，于是水就會(huì)沿著地下海洋與地表之間的裂縫汩汩流出。如果歐羅巴的地殼很厚（大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家相信實(shí)際情況正是這樣），“水管”或許就會(huì)流得很慢，但隨著溫度稍高的冰團(tuán)上涌，地殼物質(zhì)下沉替代上升冰團(tuán)，照樣會(huì)有些許氧進(jìn)入地下海洋。

JEO甚至還有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)歐羅巴地下海洋生命的直接證據(jù)：木星引力或許會(huì)導(dǎo)致歐羅巴的地殼裂開，地下海洋中的物質(zhì)由此噴涌而出，JEO就可以取樣并用攜帶的質(zhì)譜儀分析其中包含的分子。如果能發(fā)現(xiàn)碳水化合物，科學(xué)家將非常興奮；如果能發(fā)現(xiàn)縮氨酸鏈甚至蛋白質(zhì)，他們將大喜過望，因?yàn)檫@些東西正是構(gòu)筑生命大廈的“磚瓦”。

發(fā)現(xiàn)這類復(fù)雜分子當(dāng)然是爆炸性新聞，但卻沒有理由相信歐羅巴生命和地球生命擁有類似的生物化學(xué)構(gòu)成，因此科學(xué)家必須把網(wǎng)撒得更開。正在設(shè)計(jì)中的JEO船載儀器不但應(yīng)該對(duì)我們所熟悉的生命信息敏感，而且還應(yīng)該對(duì)我們意想不到的生命信息敏感。再來看這項(xiàng)計(jì)劃中的另一部軌道器——JGO。當(dāng)它進(jìn)入環(huán)繞加尼美得的軌道后，或許將證實(shí)一個(gè)還要大得多的海洋的存在，因?yàn)榧幽崦赖檬翘栂抵凶畲蟮囊活w衛(wèi)星。假如在加尼美得地表下果然存在海洋，那么它無疑將是太陽系中除地球海洋之外最大的海洋，面積將超過8000萬平方千米，也就是跟大西洋大小相當(dāng)。

木星-歐羅巴軌道器（JEO）探測(cè)歐羅巴（想象圖）

作為地外生命的棲息地，加尼美得其實(shí)遠(yuǎn)比歐羅巴條件差。“伽利略號(hào)”探測(cè)器對(duì)加尼美得磁場的測(cè)量結(jié)果暗示，它的地下海洋可能深達(dá)150千米，夾在上面一個(gè)古老且靜態(tài)的冰殼和下面一個(gè)更厚的冰層之間。處在這樣的位置，很難想象加尼美得生命（假如存在的話）能夠找到什么可以吃的東西。

JGO還將飛過木星最外圍的大衛(wèi)星——卡里斯托（木衛(wèi)四）?？茖W(xué)家推測(cè)，就算是極度寒冷的卡里斯托，在其古老隕擊坑密布的冰殼下面也照樣可能存在海洋。不過，跟加尼美得的情況相似，卡里斯托地下海洋中存在生命的可能性恐怕也微乎其微。

將兩艘飛船同時(shí)置于木星系統(tǒng)，就能進(jìn)行一些獨(dú)特的觀測(cè)。例如，將外圍木衛(wèi)跟歐羅巴進(jìn)行比較，有助于了解衛(wèi)星在木星這樣的氣態(tài)巨行星周圍是如何形成的。在其他恒星周圍，這樣的巨無霸行星很常見，其中許多行星的軌道距離母恒星都比木星和水星距離太陽近得多，因此表面溫度也高得多。其中一些行星的衛(wèi)星表面可能存在海洋，因此也就可能存在生命。

加尼美得的地下海洋（示意圖）

2 到泰坦上去看風(fēng)景

泰坦上或許擁有太陽系中最驚人的地外風(fēng)景。

其實(shí)，就算在太陽系中，除地球海洋之外，也并非所有外星海洋都被鎖閉在冰封的外殼下面。上述外星海洋探測(cè)計(jì)劃中的第二步，就是發(fā)射飛船去拜訪土星的衛(wèi)星，尤其是泰坦。泰坦位于太陽系的外圍，那里非常寒冷，因此泰坦表面不可能存在由液態(tài)水組成的海洋。但天文學(xué)家普遍相信，泰坦表面存在由碳?xì)浠衔锝M成的海洋，這些化合物在地球上呈氣態(tài)。美國宇航局和歐空局計(jì)劃在2025年前后發(fā)射的“泰坦-土星系統(tǒng)探測(cè)器”（簡稱TSSM），將不僅在外星海洋里取樣，甚至還將在外星海面上行船。

在環(huán)繞土星的過程中，TSSM還將造訪小小的恩克拉多斯。科學(xué)家相信，這顆土衛(wèi)的厚厚冰殼下包裹著一個(gè)巖石內(nèi)核。當(dāng)之前的探測(cè)器發(fā)現(xiàn)恩克拉多斯南極有巨大的水冰煙柱噴出時(shí)，科學(xué)家驚呆了，因?yàn)檫@意味著這顆冰質(zhì)衛(wèi)星正在吐出自己的內(nèi)臟，而通常像恩克拉多斯這樣的冰冷小衛(wèi)星上面是不應(yīng)該存在火山活動(dòng)的。目前仍不清楚的是，這種煙柱究竟是起源于恩克拉多斯冰殼下面的液態(tài)水海洋（假如存在的話），還是發(fā)端于這顆土衛(wèi)地殼中的溫暖大洞穴。如果能進(jìn)一步證實(shí)恩克拉多斯煙柱中的鹽濃度很高，就暗示這種煙柱應(yīng)該是起源于恩克拉多斯的地下海洋。

TSSM的終極探測(cè)目標(biāo)是泰坦。在“惠更斯號(hào)”探測(cè)器于2005年借助降落傘登陸泰坦表面之前，科學(xué)家對(duì)這顆土衛(wèi)的表面情況一直是“霧里看花”（泰坦表面被朦朦朧朧的大氣層遮蓋著），而現(xiàn)在他們已經(jīng)知道，泰坦的表面有沙丘，有水冰山脈，有液態(tài)甲烷構(gòu)成的江河湖海，真是太陽系中不可多見的多姿多彩又令人迷惑的地外風(fēng)景。TSSM的探測(cè)將進(jìn)一步揭示泰坦這顆巨大衛(wèi)星的構(gòu)成情況，包括在它的冰冷表面下是否也存在一個(gè)由液態(tài)水組成的海洋。

事實(shí)上，除地球表面存在海洋之外，泰坦是迄今已知表面存在海洋的唯一其他星球，它將為我們揚(yáng)帆外星海洋提供一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)——TSSM將發(fā)射一對(duì)看起來很古董的探測(cè)裝置：一只用以窺視泰坦沙漠和山脈的熱氣球和一艘浮游于泰坦表面由液態(tài)甲烷和乙烷構(gòu)成的海洋中的小筏子——探測(cè)筏。

泰坦湖岸風(fēng)景（根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)繪制的想象圖）

在泰坦上放氣球

科學(xué)家指出，要想在太陽系除地球外的其他星球上施放氣球，泰坦是一個(gè)好去處，因?yàn)樵谀抢锓艢馇虿坏仍诮鹦腔蚧鹦巧先菀椎枚啵冶仍诘厍蛏线€容易。

泰坦的引力只有地球的1/10，但大氣層稠密，天氣十分平靜?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，熱氣球在泰坦上不會(huì)遭遇強(qiáng)風(fēng)暴襲擊，充其量只會(huì)遇到罕見的甲烷雨。如果那樣的話，氣球上就可能覆上一層暗色物質(zhì)——產(chǎn)生于泰坦大氣上層的有機(jī)物。

探測(cè)筏漂浮在泰坦湖面進(jìn)行考察（想象圖）

泰坦氣球?qū)⒁蕾嚐釟怏w維持自己飄浮。在它進(jìn)入泰坦大氣層的過程中，一種特殊裝置將為它供熱，這種裝置中含有強(qiáng)放射性的钚同位素。換言之，泰坦氣球是一只核動(dòng)力熱氣球。

“卡西尼號(hào)”探測(cè)器已經(jīng)證實(shí)，泰坦表面有東-西向微風(fēng)。為了避免受風(fēng)的影響，泰坦氣球應(yīng)該在離泰坦表面約10千米的高度飄飛。泰坦氣球繞泰坦一圈大約需要花6個(gè)月時(shí)間，行程累計(jì)可達(dá)16000千米。

盡管眼下的探測(cè)計(jì)劃并不包括如何提取有機(jī)物樣本，但科學(xué)家認(rèn)為可以考慮用系繩扔下取樣包，或者讓氣球登陸泰坦進(jìn)行取樣?？茖W(xué)家正在研究不同高度泰坦風(fēng)的風(fēng)向情況：或者只需稍微改變氣球的高度就能抓住適合方向的風(fēng)；或者只需配備一部由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳就可調(diào)節(jié)氣球的運(yùn)動(dòng)方向；甚或氣球根本就可以不受約束地在泰坦的天空中自由飛翔。

足夠幸運(yùn)的話，泰坦氣球就能看見泰坦表面的液態(tài)水海洋（注意，不是甲烷海洋或乙烷海洋）。

探測(cè)氣球在泰坦大氣中飄飛（想象圖）

在泰坦上漂流

至于泰坦小筏子，它應(yīng)該能仔細(xì)品鑒這顆土衛(wèi)上的地球般的奇異風(fēng)景。泰坦的赤道被一連串水冰山脈和一系列大沙漠雄霸，沙漠中平行的沙丘由干燥的有機(jī)物沙礫構(gòu)成，這些有機(jī)物是從泰坦的天空中隨甲烷雨降下的。

這艘小筏子將降落在泰坦北極附近的克拉肯海，其直徑超過1000千米，是泰坦表面最大的水體。小筏子的電池預(yù)計(jì)能供電4小時(shí)，在此期間，小筏子將掃描泰坦表面并提取泰坦海洋的海水樣本（海水溫度低至零下180℃左右），分析海水中含有的碳基化合物。根據(jù)已掌握的信息，這些化合物分子不是由生命產(chǎn)生的，而是由來自太陽的紫外光在泰坦大氣層中驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)形成的，然后被甲烷風(fēng)暴捕捉，最終墜落至泰坦表面?？茖W(xué)家推測(cè)，泰坦表面的有機(jī)材料可能比地球上還多。

泰坦肯定時(shí)不時(shí)地遭受彗星或小行星的撞擊。電腦模擬結(jié)果顯示，被撞擊的泰坦地殼將融化并形成水坑；對(duì)最大的撞擊來說，形成的水坑能存在超過10萬年。再加上周圍分布的所有那些復(fù)雜有機(jī)分子，誰能確定誕生生命的歷程在泰坦上究竟已走到哪一步了呢？為了破解生命的奧秘，泰坦小筏子將運(yùn)用氣相層析質(zhì)譜儀來辨認(rèn)那些復(fù)雜的化合物。在泰坦表面的極度低溫條件下，生命的存在幾無可能，但假若存在生命，小筏子應(yīng)該能嗅得到它們的氣息。至少在地球上，生命的化學(xué)特征之一就是有能力辨認(rèn)鏡像分子，并且總體上偏向于“左撇子”而非“右撇子”結(jié)構(gòu)。小筏子攜帶的儀器應(yīng)該能夠查明是否有這種傾向存在。此外，地球生命在自己分子中的同位素構(gòu)成方面也留下了記號(hào)，例如地球上的植物偏好碳12，而不是較重的碳13。假如類似的情況出現(xiàn)在泰坦上，小筏子應(yīng)該也能查出來。

探測(cè)筏降落至泰坦湖面（想象圖）

探測(cè)泰坦表面的有機(jī)物（想象圖）

這一趟泰坦之旅聽起來真是萬無一失，讓科學(xué)家充滿期待。不過，它最早也要到2024年或2025年才能成行，而且完成這趟旅程還要再花9年以上的時(shí)間。也就是說，在地球上制造的探測(cè)儀器要等到2035年前后才有可能乘氣球翱翔在泰坦上空，坐小筏子乘風(fēng)破浪，完成地球使者在外星海洋的處女航。

（本文圖片由美國宇航局提供）