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木衛二、土衛二成尋找生命「希望之星」

2020-03-05      來源:科技日報   VIEW:

木卫二

「伽利略」探測器提供的數據表明,木衛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

在地球上,從地表以上的雲層到地殼深處,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展一直遵循的基本規則,正因如此,科學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。

據美國太空網近日報道,在外太陽系中存在大量液態水,這些液態水潛藏於衛星冰殼下。其中最引人矚目的是土星衛星——土衛二「恩克拉多斯」和木星衛星——木衛二「歐羅巴」,據信這兩顆衛星的地下海洋都可能與岩心接觸,從而使各種複雜的化學反應得以發生。

許多科學家相信,在木衛二和土衛二黑暗、寒冷的海洋內,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採訪時表示:「這是『逐水而行』劇情的高潮。」

前往「歐羅巴」

拜訪木衛二的「歐羅巴快帆」任務目前正有條不紊地進行中,擬於20年代中期發射。到達木星軌道後,將數十次飛越木衛二,繪製其海洋特徵圖譜,詳細研究其冰面,並執行其他任務。此外,歐洲空間局(ESA)的「木星冰月探測器」(JUICE)也將研究木衛二、木衛三和木星本身。JUICE是木星軌道器,計畫2022年發射。

「歐羅巴快帆」這一任務將為未來的木衛二著陸器鋪平道路,美國國會已指示NASA開發木衛二著陸器,目前還處於概念研究階段。它將深入木衛二表面之下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。

科學家指出,木衛二上的大多數生物分子最終可能都源於其寬闊的海洋,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,機器人可能是一隻會游泳的「烏賊」,也可能是一個可以沿著海洋冰層滾動的機器人。

鑽探系統很關鍵

但是,木衛二的冰殼厚達15—25公里,因此探險任務必須攜帶一臺功能強大的鑽機。NASA正嘗試通過「歐羅巴科學探索地下訪問機制」(SESAME)計畫來促進這一先進技術。SESAME的終極目標是研製出一種由核動力驅動的「鑽探系統」,能在運行3年內下降約15公里。該「鑽探系統」不超過200公斤,屆時將由著陸器運送到木衛二表面,此外,著陸器還將為鑽探設備和地球之間的通信提供中繼。

目前,JPL、喬治亞理工學院、約翰·霍普金斯大學、「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的各個方面,而且均獲得了SESAME的資助。

約翰·霍普金斯大學專注於研究鑽探器與著陸器之間如何通訊;「蜜蜂機器人」公司正在開發一種混合鑽探系統——使用水下加熱的生命搜尋系統(SLUSH),該系統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,鑽頭會變得過熱。」

當然,還有其他潛在的困難。一旦鑽具鑽探得夠深,鑽具與著陸器之間的通信可能很難通過繫繩進行。JPL的湯姆·克維克指出,有鑑於此,研究人員正在研究當鑽頭下降時在其後面部署圓盤狀調製解調器的可能性。

此外,對鑽探器和海洋探測機器人消毒也至關重要,這可以最大程度地減少地球微生物對木衛二上環境的汙染。但鑑於硬體非常複雜,這種滅菌將很難實現。

SESAME聯合研究員薩姆·霍維爾表示,鑽探器所需的大多數技術可能要花10—15年才能準備就緒。如果從現在開始研製,可能到本世紀30年代後期才能前往木衛二探測其海洋,「木衛二遠征任務的確存在風險,但值得冒風險」。

遠征土衛二

土衛二的海洋可能比木衛二的更「和藹可親」,但遠征木衛二使用的一些策略也可以在土衛二上使用。

土衛二南極地區有許多巨大的「虎紋」裂口,這數十個間歇泉將水冰、有機分子和其他物質從這些裂縫噴入太空,這些間歇泉創造出的羽流組成了土星的E環。

間歇泉的物質很可能來自土衛二的海洋,所以,這些虎紋裂口可能是探測器進入的入口,如此以來,就省去了鑽探冰層進入海洋的麻煩,一些科學家和工程師正在開發利用此便利裂口的技術。

JPL的一個小組正研製「外星生物現存生命勘探者」(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水內。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二總體探測任務的一部分,該任務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據傳回地球。

JPL的賈森·霍夫加特納及其同事表示:「這一『旗艦』任務將在土衛二表面、冰殼內和地下海洋深處尋找生命,這可能是未來十年內天體生物學領域最好的機會。」

「旗艦」任務是NASA「身價」最高的一類任務,如「好奇號」火星探測器、「卡西尼」號土星探測器都屬於「旗艦」類項目,這些項目的投資一般都超過10億美元。

即便NASA最終沒有批准這一任務,科學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」號任務已於2017年9月結束。目前,已經有幾個研究小組提交了土衛二羽流采樣任務的設計思路,但NASA仍未敲定一項開展深入研發。

這兩顆表面高冷的冰凍星月會給人類帶來什麼驚喜呢?我們拭目以待。

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