用潛艇探測土衛(wèi)六

尹懷勤

地球上的生命起源于海洋。美國康奈爾大學(xué)的科學(xué)家最新研究認(rèn)為，土衛(wèi)六上的生命形式同樣能夠存在于海洋。不同于地球的海洋，土衛(wèi)六的海洋由液體甲烷和乙烷組成;不同于地球的生命形式，土衛(wèi)六的生命形式可能是一種無氧的有機(jī)氮化合物，科學(xué)家暫將其稱為“含氮體”。美國宇航局則公布了一個(gè)用于探測土衛(wèi)六液態(tài)甲烷和乙烷海洋中是否存在生命跡象的潛水機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，非常新穎且富有創(chuàng)造性。

土衛(wèi)六的海洋

在已知的土星衛(wèi)星中，土衛(wèi)六是體積最大的，又被稱為“泰坦”星。迄今有4個(gè)航天器先后探測過土星，它們是先驅(qū)者11號(hào)、旅行者1號(hào)和2號(hào)以及卡西尼號(hào)，其中卡西尼號(hào)目前還在工作。它們都向地球發(fā)回大量數(shù)據(jù)資料，大大豐富了人類對(duì)土星和土衛(wèi)六等衛(wèi)星的認(rèn)識(shí)。

卡西尼號(hào)于2004年7月1日進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道，它釋放的惠更斯號(hào)子探測器于2005年1月14日著陸于土衛(wèi)六表面，進(jìn)行了1.5個(gè)小時(shí)的探測工作。從惠更斯號(hào)在距離土衛(wèi)六表面16千米處拍攝的照片上能夠清楚地看到一些深色線條，這可能是液體流動(dòng)形成的河床。它們流入一片深色區(qū)域，該處或許是液態(tài)甲烷和乙烷的海洋，其中的淺色斑塊可能是島嶼。

2008年12月，卡西尼號(hào)對(duì)土衛(wèi)六的探測也表明，在其冰凍的表面上，擁有液態(tài)甲烷和乙烷形成的海洋，類似于生命進(jìn)化前的環(huán)境。2009年2月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六狂降甲烷雨，并在其南極形成了一個(gè)面積為3.4萬平方米的新的液體甲烷湖泊。這首次證明，土衛(wèi)六可能也像地球一樣存在著活躍的“水文循環(huán)”，只不過其循環(huán)主角是碳?xì)浠衔锛淄?。同?1月，研究人員發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)六北極的液體甲烷及乙烷湖泊所覆蓋的面積比南極多出20倍。由于北半球光照變強(qiáng)，2013年7月10日，卡西尼號(hào)發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六北半球的新秘密，例如被研究人員稱為“魔幻島”的神秘明亮物體。這個(gè)亮點(diǎn)位于土衛(wèi)六的第二大海麗姬亞海。2014年8月21日，卡西尼號(hào)飛越土衛(wèi)六時(shí)捕捉到的景觀表明，其北極海洋反射太陽光，反射點(diǎn)發(fā)生在土衛(wèi)六上最大海洋克拉肯-馬雷的南部。這些亮點(diǎn)是土衛(wèi)六上的甲烷和乙烷可能因夏季溫暖而活躍起來的跡象之一，這與地球上的湖泊應(yīng)對(duì)季節(jié)變換的方式相似。

土衛(wèi)六的生命線索

以前的觀測就發(fā)現(xiàn)，距離土星122萬千米的土衛(wèi)六具有明顯的大氣。其大氣層厚度達(dá)2700千米，氣壓竟是地球的1.5倍。科學(xué)家們認(rèn)為，它既有大氣就可能有生命。尤為突出的是，在太陽系各大行星及其衛(wèi)星中，唯有地球和土衛(wèi)六大氣中富含氮，顯得特別寶貴。它富含氮?dú)獾拇髿鈱蛹热缓屑淄樵坪鸵环N可以孕育生命的氬氰酸有機(jī)分子，就有可能依舊保存著早期地球大氣層演化的線索。

土衛(wèi)六表面湖泊的主要成分是液體甲烷，其次是乙烷，在湖下冰殼深處則是由水和氨組成的海洋。生命存活的必要條件之一是有液體提供養(yǎng)分和幫助完成新陳代謝，由此推測土衛(wèi)六具有孕育生命的環(huán)境。

2009年8月，巴西坎皮納斯國家光學(xué)同步實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家獲得一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谕列l(wèi)六環(huán)境仿真模擬條件下獲得腺嘌呤分子，而腺嘌呤是組成DNA的4種堿基之一，是構(gòu)成生命的重要基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)顯示，土衛(wèi)六上具有存在生命的可能性。

用潛艇去探測土衛(wèi)六

用無人潛艇深入土衛(wèi)六甲烷和乙烷的海洋進(jìn)行考察，乃是科學(xué)家設(shè)想的一個(gè)最新方案，雖然這個(gè)方案尚處于設(shè)計(jì)階段。

這個(gè)潛艇看起來像是一個(gè)早期的潛艇，實(shí)際卻是高科技的體現(xiàn)，因?yàn)樗仨氁诜浅＿b遠(yuǎn)的極為寒冷惡劣的環(huán)境中開展各種探測工作。最有可能投放該潛艇的地點(diǎn)是極地海洋克拉肯-馬雷，探測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)這片海洋面積大約39.88萬平方千米，深大約160米。這片海不是靜止不動(dòng)的，也有海流和潮汐。

美國宇航局希望該潛艇能夠在2040年飛往土衛(wèi)六，屆時(shí)此舉將成為首開先河的深空探測方式。為了到達(dá)那里，科學(xué)家設(shè)想了讓航天器先飛抵環(huán)繞土衛(wèi)六運(yùn)行的軌道，然后降低高度并拋掉保護(hù)罩，釋放出一種帶翼飛船在大氣層中飛行，先抵達(dá)土衛(wèi)六預(yù)定表面，然后下潛到極地海洋，釋放出潛艇。

與潛艇的通信也是一個(gè)問題，研究人員設(shè)想了一個(gè)專用系統(tǒng)，能夠讓潛艇每隔16個(gè)小時(shí)上浮一次，使上部露出海面，然后再將無線電波信號(hào)傳回地球，通常從信號(hào)發(fā)出到地球接收要花費(fèi)1.5小時(shí)。由此可知，地面發(fā)出遙控指令的時(shí)間也應(yīng)與其露面時(shí)機(jī)相適應(yīng)。作為一個(gè)海底探測器，它不能使用太陽能電池，所以研制團(tuán)隊(duì)設(shè)想用熱輻射發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)器，還要開發(fā)一個(gè)特殊的活塞驅(qū)動(dòng)型系統(tǒng)來防止鎮(zhèn)流器結(jié)凍。潛艇要用所攜帶的科學(xué)儀器在海洋中進(jìn)行多種多樣的探測工作，從而獲得比較豐富的數(shù)據(jù)資料，能在海水中尋找表明生命曾經(jīng)存在的化合物乃至原始生命。

種種跡象表明，土衛(wèi)六的地表情況和大氣構(gòu)成類似于地球40億年前的狀態(tài)，這對(duì)研究地球大氣層的形成和演化以及生命的起源具有重大意義。進(jìn)一步的多種方式的航天探測，必將深化人類對(duì)相關(guān)問題的認(rèn)識(shí)，尤其會(huì)幫助科學(xué)家們考察土衛(wèi)六是否適合人類移民。相比于火星，首先，土衛(wèi)六上有厚厚的大氣層，這是抵御宇宙射線侵害的最有力的屏障;其次，土衛(wèi)六遠(yuǎn)離太陽，即使是幾十億年后太陽膨脹，也產(chǎn)生不了多大影響。同時(shí)，原本寒冷的土衛(wèi)六將被膨脹的太陽的高溫加熱到人類可以接受的地步，再加上那時(shí)候土衛(wèi)六上的大氣也將稀釋，其壓力已基本上適合類地生命存活，這里將變成人類的又一個(gè)新的生活家園。以上這些，在火星上是很難辦到的，因?yàn)榛鹦谴髿膺^于稀薄，更重要的是，那時(shí)作為地球近鄰的火星也將會(huì)被膨脹的太陽所吞沒。由此可見，發(fā)展航天技術(shù)進(jìn)一步探測土衛(wèi)六的意義重大。

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