木衛(wèi)二、土衛(wèi)二成尋找生命“希望之星” 鉆探系統(tǒng)很關(guān)鍵

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(shí)，通常會(huì)“逐水而行”，聚焦有水的天體。

據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)近日?qǐng)?bào)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(jī)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(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)行星保護(hù)工程師艾米莉·科洛尼克接受太空網(wǎng)采訪時(shí)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(jìn)行中，擬于20年代中期發(fā)射。到達(dá)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(xì)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(cè)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(jì)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(guó)國(guó)會(huì)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(huì)在其上方冰層的保護(hù)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(gè)尋找生命的機(jī)器人前往，機(jī)器人可能是一只會(huì)游泳的“烏賊”，也可能是一個(gè)可以沿著海洋冰層滾動(dòng)的機(jī)器人。

鉆探系統(tǒng)很關(guān)鍵

但是，木衛(wèi)二的冰殼厚達(dá)15—25公里，因此探險(xiǎn)任務(wù)必須攜帶一臺(tái)功能強(qiáng)大的鉆機(jī)。NASA正嘗試通過“歐羅巴科學(xué)探索地下訪問機(jī)制”(SESAME)計(jì)劃來促進(jìn)這一先進(jìn)技術(shù)。SESAME的終極目標(biāo)是研制出一種由核動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的“鉆探系統(tǒng)”，能在運(yùn)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(shí)將由著陸器運(yùn)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(jī)器人”公司等都在研究這一大型系統(tǒng)的各個(gè)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(jī)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(shí)使用熱方法和機(jī)械方法鑿開冰層。

“蜜蜂機(jī)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(huì)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(jìn)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(shí)在其后面部署圓盤狀調(diào)制解調(diào)器的可能性。

此外，對(duì)鉆探器和海洋探測(cè)機(jī)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(duì)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(shí)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(cè)其海洋，“木衛(wèi)二遠(yuǎn)征任務(wù)的確存在風(fēng)險(xiǎn)，但值得冒風(fēng)險(xiǎn)”。

遠(yuǎn)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(yuǎn)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(gè)間歇泉將水冰、有機(jī)分子和其他物質(zhì)從這些裂縫噴入太空，這些間歇泉?jiǎng)?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(cè)器進(jìn)入的入口，如此以來，就省去了鉆探冰層進(jìn)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(gè)小組正研制“外星生物現(xiàn)存生命勘探者”(EELS)裝置——一個(gè)4米長(zhǎng)的蛇狀機(jī)器人，它將沿虎紋裂縫向下盤旋直至到達(dá)液態(tài)水內(nèi)。研究人員解釋說，一條長(zhǎng)繩會(huì)讓EELS與地面上的著陸器相連，為海洋“探險(xiǎn)家”提供動(dòng)力。

EELS和一個(gè)著陸器是土衛(wèi)二總體探測(cè)任務(wù)的一部分，該任務(wù)還將包括一個(gè)融解探測(cè)器和一個(gè)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(jī)會(huì)。”

“旗艦”任務(wù)是NASA“身價(jià)”最高的一類任務(wù)，如“好奇號(hào)”火星探測(cè)器、“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器都屬于“旗艦”類項(xiàng)目，這些項(xiàng)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(hào)曾多次飛越土衛(wèi)二的羽流，未來尋找生命的探測(cè)器也可以做到這一點(diǎn)。“卡西尼”號(hào)任務(wù)已于2017年9月結(jié)束。目前，已經(jīng)有幾個(gè)研究小組提交了土衛(wèi)二羽流采樣任務(wù)的設(shè)計(jì)思路，但NASA仍未敲定一項(xiàng)開展深入研發(fā)。

這兩顆表面高冷的冰凍星月會(huì)給人類帶來什么驚喜呢?我們拭目以待。(記者 劉 霞)

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