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木卫二、土卫二成寻找生命“希望之星”
2020-03-05 09:34:46 来源: 科技日报
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??????? “伽利略”探测器提供的数据表明,木卫二冰冷的外壳下存在一个巨大的海洋。图片来源:美国太空网

?????? ?在地球上,从地表以上的云层到地壳深处,几乎有水的地方就有生命。“逐水而居”是从古至今人类生存与发展一直遵循的基本规则,正因如此,科学家在地外天体寻找生命时,通常会“逐水而行”,聚焦有水的天体。

??????? 据美国太空网近日报道,在外太阳系中存在大量液态水,这些液态水潜藏于卫星冰壳下。其中最引人瞩目的是土星卫星——土卫二“恩克拉多斯”和木星卫星——木卫二“欧罗巴”,据信这两颗卫星的地下海洋都可能与岩心接触,从而使各种复杂的化学反应得以发生。

?????? ?许多科学家相信,在木卫二和土卫二黑暗、寒冷的海洋内,可能有微型生物在其中游弋,他们也希望派机器人前往这些卫星的地下海洋,搜寻生命的“蛛丝马迹”。美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)行星保护工程师艾米莉·科洛尼克接受太空网采访时表示:“这是‘逐水而行’剧情的高潮。”

????? ??前往“欧罗巴”

?????? ?拜访木卫二的“欧罗巴快帆”任务目前正有条不紊地进行中,拟于20年代中期发射。到达木星轨道后,将数十次飞越木卫二,绘制其海洋特征图谱,详细研究其冰面,并执行其他任务。此外,欧洲空间局(ESA)的“木星冰月探测器”(JUICE)也将研究木卫二、木卫三和木星本身。JUICE是木星轨道器,计划2022年发射。

?????? ?“欧罗巴快帆”这一任务将为未来的木卫二着陆器铺平道路,美国国会已指示NASA开发木卫二着陆器,目前还处于概念研究阶段。它将深入木卫二表面之下10厘米的地方,寻找生命。NASA官员说,在这样的深度下,任何生物分子都会在其上方冰层的保护下免受辐射危害。

?????? ?科学家指出,木卫二上的大多数生物分子最终可能都源于其宽阔的海洋,海洋拥有的水量约为地球所有海洋总水量的两倍。因此,科洛尼克等人希望派遣一个寻找生命的机器人前往,机器人可能是一只会游泳的“乌贼”,也可能是一个可以沿着海洋冰层滚动的机器人。

?????? ?钻探系统很关键

??????? 但是,木卫二的冰壳厚达15—25公里,因此探险任务必须携带一台功能强大的钻机。NASA正尝试通过“欧罗巴科学探索地下访问机制”(SESAME)计划来促进这一先进技术。SESAME的终极目标是研制出一种由核动力驱动的“钻探系统”,能在运行3年内下降约15公里。该“钻探系统”不超过200公斤,届时将由着陆器运送到木卫二表面,此外,着陆器还将为钻探设备和地球之间的通信提供中继。

?????? ?目前,JPL、乔治亚理工学院、约翰·霍普金斯大学、“石头航空航天”公司和“蜜蜂机器人”公司等都在研究这一大型系统的各个方面,而且均获得了SESAME的资助。

??????? 约翰·霍普金斯大学专注于研究钻探器与着陆器之间如何通讯;“蜜蜂机器人”公司正在开发一种混合钻探系统——使用水下加热的生命搜寻系统(SLUSH),该系统同时使用热方法和机械方法凿开冰层。

?????? ?“蜜蜂机器人”公司主管克里斯·扎克尼表示:“最大的问题是热,如果不以某种方式散热,钻头会变得过热。”

?????? ?当然,还有其他潜在的困难。一旦钻具钻探得够深,钻具与着陆器之间的通信可能很难通过系绳进行。JPL的汤姆·克维克指出,有鉴于此,研究人员正在研究当钻头下降时在其后面部署圆盘状调制解调器的可能性。

?????? ?此外,对钻探器和海洋探测机器人消毒也至关重要,这可以最大程度地减少地球微生物对木卫二上环境的污染。但鉴于硬件非常复杂,这种灭菌将很难实现。

???? ???SESAME联合研究员萨姆·霍维尔表示,钻探器所需的大多数技术可能要花10—15年才能准备就绪。如果从现在开始研制,可能到本世纪30年代后期才能前往木卫二探测其海洋,“木卫二远征任务的确存在风险,但值得冒风险”。

????? ??远征土卫二

??????? 土卫二的海洋可能比木卫二的更“和蔼可亲”,但远征木卫二使用的一些策略也可以在土卫二上使用。

?????? ?土卫二南极地区有许多巨大的“虎纹”裂口,这数十个间歇泉将水冰、有机分子和其他物质从这些裂缝喷入太空,这些间歇泉创造出的羽流组成了土星的E环。

?????? ?间歇泉的物质很可能来自土卫二的海洋,所以,这些虎纹裂口可能是探测器进入的入口,如此以来,就省去了钻探冰层进入海洋的麻烦,一些科学家和工程师正在开发利用此便利裂口的技术。

?????? ?JPL的一个小组正研制“外星生物现存生命勘探者”(EELS)装置——一个4米长的蛇状机器人,它将沿虎纹裂缝向下盘旋直至到达液态水内。研究人员解释说,一条长绳会让EELS与地面上的着陆器相连,为海洋“探险家”提供动力。

?????? ?EELS和一个着陆器是土卫二总体探测任务的一部分,该任务还将包括一个融解探测器和一个轨道飞行器,轨道飞行器可以将数据传回地球。

??????? JPL的贾森·霍夫加特纳及其同事表示:“这一‘旗舰’任务将在土卫二表面、冰壳内和地下海洋深处寻找生命,这可能是未来十年内天体生物学领域最好的机会。”

??????? “旗舰”任务是NASA“身价”最高的一类任务,如“好奇号”火星探测器、“卡西尼”号土星探测器都属于“旗舰”类项目,这些项目的投资一般都超过10亿美元。

?????? ?即便NASA最终没有批准这一任务,科学家们也在研究间接取样海洋的方法。此前,“卡西尼”号曾多次飞越土卫二的羽流,未来寻找生命的探测器也可以做到这一点。“卡西尼”号任务已于2017年9月结束。目前,已经有几个研究小组提交了土卫二羽流采样任务的设计思路,但NASA仍未敲定一项开展深入研发。

?????? ?这两颗表面高冷的冰冻星月会给人类带来什么惊喜呢?我们拭目以待。

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【纠错】 责任编辑: 钟艳平
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