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土卫六( NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS)
土卫六( NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS)

存在河流的土卫六泰坦星,NASA心急着要把“蜻蜓”送过去

【希望之声2020年10月14日】(编辑:田喆)在太阳系中,目前只有地球出现了生命,这与地球独特的内外部环境是密不可分的。因此如果寻找地外生命,科学家们首先会探索一颗星球是否具有和地球类似的自然环境。在过去的探索中,人类将大部分精力都放在了月球和火星上,但是这两颗星球却没有达到人类的期望,反倒是一颗距离地球深远的卫星受到了不少科学家的关注,它就是土卫六——泰坦星

土卫六(Titan,又称为泰坦星)是环绕土星运行的一颗卫星,是土星卫星中最大的一个,也是太阳系第二大的卫星。荷兰物理学家、天文学家和数学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它,也是在太阳系内继木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。

美国宇航局早在之前就发现泰坦星的地表可能存在着和地球类似的地貌,因此他们一直想要研发探测器对泰坦星进行探测。去年,NASA终于宣布了探测泰坦星的计划,他们将研发出一款无人探测器——蜻蜓号。这一计划被称为Frontiers新领域任务,以探寻可能与有机生命进化有关的生物化学。此次计划推迟并非首次,最初计划将于2025年发射蜻蜓号探测器,因“外部”因素影响而推迟,公众最快也需要在2027年才能见证人类第一架无人探测器飞向泰坦星

为什么要探测泰坦星

土卫六可以被视为一个时光机器,有助我们了解地球最初期的情况,揭开地球生物如何诞生之谜。土卫六上的表面重力极低,和月球相当,但又拥有浓厚大气层,其表面的大气压约为地球的1.5倍,这种奇特的现象对研究行星大气学是一个很好的题材。同时浓厚的大气加上相当低的表面重力令登陆和起飞更容易。

泰坦星所处的位置属于太阳系的“寒冷带”,因为那里与太阳存在较远的距离,导致各个星球无法得到充足的热量。但是科学家在观测土星最大的一颗卫星土卫六时发现,它不仅拥有浓厚的大气层,而且大气中还和地球一样富含氮元素和碳元素。从现有的观测信息来看,泰坦星的表面可能存在着沙丘、河流、山峰等地形。

土卫六(ESA/NASA/JPL/University of Arizona)
土卫六地表(ESA/NASA/JPL/University of Arizona)

土卫六的大气层含95%的氮气(地球含78%),和约5%的甲烷,以及其他一些富含碳的化合物。它和地球大气的最大区别在于,没有氧气,地球的大气中氧气占约21%。

可是,科学家认为大约在38亿~25亿年前,远古时期地球上只有大量的微生物,那时大气中没有氧气,却含有大量甲烷。一些科学家认为那个时期的地球,也裹着厚厚的一层橘黄色大气层,就像现在土卫六看起来的样子。

因此科学家好奇,现在的土卫六会不会是几十亿年前地球的状态?

土卫六的大气层只有氮和甲烷两种成分,可是经过阳光辐射,却分解再组合成各种含碳的化合物。由于碳是生命的基础之一,科学家很想知道土卫六上面到底有哪些含碳化合物。

土卫六上有没有微生物还很难说。一方面,土卫六的地表缺少生命的另一个重要元素——液态水;另一方面,土卫六表面存在液态甲烷。科学家知道,地球上一些微生物可以生存在条件很恶劣的环境中。这意味着不能排除土卫六上有微生物的可能性。

和地球上的河流不同的是,泰坦星上的河流并非由液态水构成,而是由液态甲烷和乙烷构成。此外,构成泰坦星沙丘的也并非是二氧化硅等常见砂石成分,而是碳氢化合物。总而言之,NASA之所以计划派遣蜻蜓号去探测泰坦星,很大程度是因为泰坦星表面存在河流和湖泊,尽管这些河流和湖泊里流淌着的不是液态水,它们依然有探索价值。

蜻蜓号探测器将展开怎样的探索活动?

据了解,蜻蜓号探测器应用了最新的无人机技术,虽然它的体型要比真实的蜻蜓大许多,但是根据研发要求它将会像昆虫一样灵活地在空中飞翔,然后根据命令在指定的地方降落。蜻蜓号探测器和好奇号火星车一样采用了核动力供能技术,这项技术能够让它克服地球与泰坦星之间的远距离和泰坦星上的恶劣天气。

根据NASA的官方介绍,蜻蜓号探测器在泰坦星表面降落后将会在上面待长达9年的时间。在这期间蜻蜓号会对泰坦星不同地貌进行拍摄和探测,然后将探测信息储存起来带回地球。蜻蜓号还有一项重要的任务,那就是探测泰坦星表面的化学成分,为科学家们研究泰坦星的真实情况提供参考。

蜻蜓无人探测器(NASA/Johns Hopkins APL)
蜻蜓无人探测器(NASA/Johns Hopkins APL)

“蜻蜓”的着陆地点已经选在一个名为“香格里拉”的区域。那里的沙丘和地球上纳米比亚的景观很像。纳米比亚的一座座沙丘最高可达300米。在土卫六,最高的“沙丘”大约在100米~175米高,不过他们不是沙子组成,是由深色碳氢化合物、或固态甲烷构成,看起来就像很细咖啡渣一样。

土卫六上面也有类似地球表面流动的河流、湖泊和大海一样的景观,可那不是水,而是甲烷气体。这些气体在土卫六地表勾勒出山丘、河谷等。科学家看到有的类似美国犹他州的白峡谷,有的像中国广西省的地貌。

土卫六地表还有一些突出的“岩石”,它们全是冰块。科学家猜测那上面也有活火山,可是喷发的“岩浆”应该是液态水,而不是熔化的石头。

站在土卫六的地面,抬头看到的云层和地球上差不多,那里也会“下雨”,可下的不是水,是甲烷。

如果蜻蜓号成功了,将意味着什么?

蜻蜓号是NASA历史上第一架多旋翼科学飞行器,同时也是人类历史上第一个无人探测机概念,如果它最终被研发出来,并且登上了泰坦星,毫无疑问它将会创造难以打破的纪录。其次,到目前为止还未有航天机构能够研发出登陆远距离卫星的探测器,因此蜻蜓号的成功将大大提升NASA在无人探测领域的水平,同时也进一步巩固NASA在航天领域的地位。

责任编辑:田喆

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