我们不断探索,只为揭开你冰层下的神秘面纱

发布网友发布时间：2022-11-17 16:39

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热心网友时间：2024-12-01 05:29

美国宇航局决定在20世纪30年代末研发并成功发射一个地外生命探测器。

美国宇航局的伽利略飞船摄像头下的木卫二，其冰冷的外壳下隐藏着一个巨大的海洋。

(图源: © NASA/JPL-Caltech/SETI Institute)

随着火星生命的探测活动如火如荼地开展，一些科学家已经在火星上发现太阳系的地外的生命迹象。

天外火星漫游计划（ExoMars）将于今年夏天付诸现实：美国宇航局的火星2020探测器（毅力号火星车）和欧洲航天局（ESA）以及俄罗斯国家航天公司（Roscosmos）合作的火星车罗莎琳德·富兰克林（命名自发现DNA结构的著名科学家Rosalind Franklin）。这两个六轮探测器都将在火星上寻找古老的生命的迹象，并可能通过美国宇航局的飞船最早在2031年之前将收集和储存信息的样本带回地球。

2020毅力号火星探测车

继美国宇航局发生漫长的“逐源探寻”运动之后，通过这些探测任务，已经证实了火星在数十亿年前是一个相对温暖和潮湿的环境，并且河湖密布，一些研究人员甚至认为火星上曾存在过更广大的海洋。

2020火星探测车选择的三个着陆点之一：火星上液态水历史丰富的杰泽罗陨石坑

这两个巡游车的重点任务是在如今已十分干燥（除一些周期性的细微变化例外）的火星表面寻找古老微体化石和其他可能存在过的生物特征。其实在太阳系中，有数颗星球的卫星的厚重的冰壳下仍储藏着大量的液态水。最有趣的两个是土卫二科恩拉多斯和木卫二欧罗巴，这两颗卫星的地下水都与其坚硬的岩石内核接触发生各种复杂的化学反应，为生命的存在提供可能宜居的环境。

许多科学家相信，在恩塞拉杜斯和欧罗巴阴冷的海洋中，很有可能正孕育着微生物形态。关键就是要用生命探测机器人以各种方式在其中一个或者这两个卫星被冰壳掩埋的海洋中搜寻可能存在的生命迹象。

在旧金山举行的美国地球物理联盟(AGU)秋季年会上，美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的行星保护工程师艾米莉·克龙尼基对太空官网说：“这是‘逐源’探寻活动的巅峰时刻。

向欧罗巴进发

美国国家航空和宇宙航行局(NASA)预计将在2020年中旬执行发射一个名为欧罗巴的飞船的探测器任务。进入木星的轨道后，飞船将分解成数十个飞行器飞掠欧罗巴，拍摄木卫二的海洋特征及其结冰的表面供详细研究，并执行其他任务。 (欧洲航天局的木卫冰层探索者飞行任务，即JUICE号，还将研究木卫二欧罗巴，以及木卫四卡利斯特和木卫三加尼米德。木星探测器JUICE计划于2022年发射。）

美国国会指示宇航局开发的地面勘察任务，将为未来着陆器成功登录打下坚实的基础。着陆器——目前还只是一个概念，没有形成完善的蓝图——它将挖掘并探测木卫二地表大约4英寸（10厘米）以下的生命迹象。美国宇航局*说，任何生物分子处在这样的深度时都将被覆盖的冰层保护免遭宇宙辐射的破坏。（欧罗巴位于木星的辐射带内，其寒冷的表面会受到快速移动的带电粒子的冲击。）

这类生物分子最主要的来源于欧罗巴广阔的海洋，据科学家估计其水量是地球海洋总和的两倍。因此，克罗尼基和其他志同道合的研究人员希望能有一个生命探测机器人进入这个广袤陌生的环境——这个机器人或许是在水里游泳的“鱿鱼机器人”，又或者是一个沿着“冰洋”表面滚动的机器人。

但这并非易事，因为欧罗巴的冰壳如同一堵坚不可摧的壁垒：科学家认为其冰壳的厚度可能在9英里到16英里（15到25公里）之间，因此此次探测任务不得不使用超强力钻头。

美国宇航局启用欧罗巴地面探测实验室（SESAME）系统为探测提供先进的技术支持。欧罗巴地面探测实验室最终设想出一种核动力“穿透系统”，能够在三年内钻孔深度达9英里。这个钻头最重达440磅（约200公斤），将由着陆器运送到木卫二的*表面，该着陆器还可以将挖掘器的工作信息反馈给地球。（虽然在穿透任务完成之前生命探测工作都将被搁置，但探索海洋依然是主要目标。）

欧罗巴地面探测系统还开始支持加州理工喷气推进实验室、格鲁吉亚理工学院、约翰·霍普金斯大学以及斯通航空航天公司和蜜蜂机器人公司的研究工作，这些组织的研究人员正在研究穿甲设计和与这类技术相关的更大的项目合作。

约翰·霍普金斯建议，这项技术的开发重点围绕穿透器-着陆器联合通信策略。据此蜜蜂公司纽约总部正在开发一种潜水加热生命探测器（SLUSH）的混合钻系统，即使用热能和机械手段来切割冰层。

蜜蜂集团的代表在一篇关于潜水加热生命探测器的文章中描述道：“潜水加热生命探测器利用机械钻头破坏冰层结构并熔化一部分碎片，便于后续探针能有效地运输探测材料。” “被融化为液体形态的冰体仅少量被冻结，从而极大的减少了融化整个冰体所需的能量。”

蜜蜂勘探技术集团的董事克里斯·扎克尼(Kris Zacny)表示，加热系统既是为探测欧罗巴所设计的钻探方案，同时也是他们要解决的问题。

扎克尼和其他蜜蜂的工作人员在美国地球物理联盟（AGU）上对太空网（Space.com）介绍了他们公司的各种钻探技术，并说：“最大的问题是机器发热，如果不以某种方式排出热量，钻头就会过热。

与此同时，还潜在着其他难题。例如当钻头深入到一定距离时，钻头和着陆器之间可能很难维持通信。许多研究人员认为，欧罗巴的冰壳是一个动态的环境——一种活跃的冰面板块构造——因此一英里的绳索在冰壳下很可能会被剪断。据此，加州理工喷气推进实验室的汤姆·科威克在美国地球物理联盟的演示中指出，他们的研究人员正在研发出能在钻头后部设计一个能使其有效深入地下的调整仪。

此外，穿透器和海洋探索机器人的杀菌工作是至关重要的，这是为了让来自地球上可能适应这种生存环境微生物在此繁殖带来的生化污染的可能性降到最低。考虑到硬件的复杂性，灭菌的工作实现起来将会很困难。 (虽然说艰难，但并非是不能实现的，克罗尼基强调说，这部分任务是整个探索任务至关重要的一点，绝非儿戏。）

在加州理工喷气推进实验室与欧罗巴地面探测的联合调查人员山姆·豪厄尔说，攻坚探索欧罗巴海洋中的所有问题，本身就是一种潜在于困难中的任务。

豪厄尔在美国地球物理联盟上对太空网（Space.com）说：“探测海洋对我们最大的挑战，就是面对失败带来的嘲讽。”

豪厄尔说，至少再过10至15年，可能大多数重要的穿透技术还没被制造出来。因此克罗尼基说，美国宇航局决定在20世纪30年代末研发出一款用于成功实现欧罗巴海洋探测器的登录及其执行任务，她还说，他们对此持乐观态度，并援引了在土星的大卫星土卫六上采取蜻蜓无人机飞行任务作为该机构自愿承担此次风险的证据。 (值得一提的是，土卫六的地下似乎也埋藏着一片液态水海洋，这颗大卫星的地表上还覆盖了碳氢化合物构造层。）

豪厄尔说，承担欧罗巴海洋飞行任务所固有的风险的意义非同小可，他把认为这个项目“几乎是一种义务”。

“我们同样拥有探索未来生命的责任，”他说。

土卫二的探测活动

对欧罗巴探测任务中的一些策略也同样适用于勘探土卫二，好在土星卫星的海洋可能比欧罗巴更容易接近。

土卫二上的冰晶喷射活动

恩塞拉杜斯的南极留下很多巨大的“老虎纹”裂隙，裂缝中喷射出很多间歇喷泉和有机化合物等物质。这些剧烈而多发的间歇喷泉制造出的羽状喷射物，构成了土星的E环。

间歇喷泉的中的成分极有可能来自恩塞拉杜斯的内部海洋，老虎条纹可能是探测器进入水中的一个敲门砖，因此不需要钻过几英里的冰层。一些科学家和工程师正在开发利用这个方便的地表喷射口直接进入内部的技术。

例如，喷气推进实验室的一个小组正在研究一种太空生物勘测器(EELS)，这是一种自主的、长13英尺（4米）的蛇形机器人，它将沿着虎纹裂缝盘旋而入，直到深入液态水层。研究人员在一份美国地球物理联盟报告中解释说，太空生物勘测器将由一根长绳索连接地面着陆器，为海洋探测器提供动力。

恩塞拉杜斯上的间歇喷泉盆地

喷气推进实验室的一项内部研究设想了一个更宏伟的总体任务，太空生物勘测器和着陆器只是其中一部分，总体任务还包括了一个熔体探测器和一个将数据从地面飞行器传回地球的恩塞拉杜斯轨道器。

加州理工喷气推进实验室的杰森霍夫加特纳和他的同事在美国地球物理联盟（AGU）的另一项研究中写道：“在恩塞拉杜斯表面、冰壳内和地下海洋寻找地外生命，是唯一的一个的旗舰级任务，也可能是未来十年天体生物学研究史上最好的时机。（旗舰飞船是美国宇航局最重量级飞行任务，用于行星探索的旗舰飞船如好奇号火星探测器和发现了恩塞拉杜斯的虎纹的卡西尼土星探测器，价格一般超过10亿美元)。

即使美国宇航局最终没有批准这项任务。但事实上，卡西尼号曾多次穿过恩塞拉杜斯的羽状喷射物，因此通过间歇喷泉间接提供的海洋信息的方法，未来的寻命探测器也可以这样做。（卡西尼号的长期任务结束于2017年9月，但它没有能力搜索生物信号。）

尽管美国航天局尚未对齐采取任何开发措施，一些研究小组早前已曾提出恩塞拉杜斯羽状喷射物的采样任务。而同样的情况也发生在欧罗巴上，它似乎也有类似的羽状喷射物。然而，欧罗巴上的间歇喷泉的活动似乎比恩塞拉杜斯推测的要弱得多，也更短暂，因为恩塞拉杜斯的强大喷泉没有一刻停息。

欧罗巴飞船小组的成员表示，如果这个策略有效，他们将以穿越欧罗巴的羽流飞行为目标。而且，此次任务的相关科学家说，尽管飞船不必执行寻找生命的任务，但是如果找到合适的机会，尽管微乎其微，探测器可以检测羽状喷射物中的生物特征。

作者: Mike Wall

FY: Historianaturalis

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