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木卫二、土卫二成寻找生命“希望之星”

科普小知识2022-01-28 04:27:35
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在地球上,从地球表面的云层到地壳深处,几乎有水的地方就有生命。“以水为生”是自古以来人类生存和发展的基本准则。由于这个原因,科学家们在寻找外星生命时通常会“走在水边”,关注有水的物体。

根据美国太空网络最近的一份报告,外层太阳系有大量液态水,隐藏在卫星冰壳下。其中,最引人注目的是土星的卫星土卫二和木星的卫星木卫二。据信,两颗卫星的地下海洋可能会与地核接触,从而发生各种复杂的化学反应。

许多科学家认为微生物可能在黑暗寒冷的欧罗巴和土卫二海洋中游泳。他们还希望将机器人送到这些卫星的地下海洋中去寻找生命的“踪迹”。美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的行星保护工程师艾米丽·克罗尼克在接受太空网络采访时说:“这是‘在水中行进’场景的高潮。”

敬“欧罗巴”

访问欧罗巴的“欧罗巴快速航行”任务目前正在有序进行,计划于20世纪20年代中期发射。到达木星轨道后,它将在木卫二上空飞行数十次,绘制其海洋特征图,详细研究其冰表面,并执行其他任务。此外,欧洲航天局(欧空局)“木星冰月探测器”也将研究木卫二、木卫二和木星本身。JUICE是木星轨道飞行器,计划于2022年发射。

“欧罗巴快速航行”任务将为未来的欧罗巴着陆器铺平道路。美国国会已经指示美国宇航局开发欧罗巴着陆器,目前正处于概念研究阶段。它将在木卫2号表面下10厘米处寻找生命。美国宇航局官员说,在这个深度,任何生物分子都会受到上面冰的辐射。

科学家指出,木卫二上的大部分生物分子最终可能来自其广阔的海洋,该海洋的总水量是地球上所有海洋的两倍。因此,克罗尼克等人希望派出一个机器人寻找生命。机器人可能是只会游泳的“乌贼”,也可能是能在海冰上滚动的机器人。

钻井系统至关重要。

然而,木卫二的冰壳厚15-25公里,所以勘探任务必须携带一个强大的钻机。美国宇航局正试图通过“欧罗巴科学探索地下通道机制”(SESAME)项目来推广这一先进技术。芝麻公司的最终目标是开发一种核动力“钻井系统”,该系统在运行3年内可以下降约15公里。“钻井系统”不超过200公斤,将由着陆器运送到欧罗巴的表面。此外,着陆器还将为钻井设备和地球之间的通信提供中继。

目前,JPL、佐治亚理工学院、约翰·霍普金斯大学、斯通航空航天公司和蜜蜂机器人公司都在研究这一大规模系统的各个方面,并得到了SESAME的资助。

约翰·霍普金斯大学专注于司钻如何与着陆器通信。蜜蜂机器人正在开发一种混合钻井系统——水下加热的生命搜索系统,这种系统利用热和机械方法来破冰。

蜜蜂机器人负责人克里斯·扎克尼说:“最大的问题是热量。如果它没有以某种方式消散,钻头就会过热。”

当然,还有其他潜在的困难。一旦钻井工具钻得足够深,钻井工具和着陆器之间的通信可能难以通过系绳实现。JPL的汤姆·克维克指出,有鉴于此,研究人员正在研究在钻头下放时在钻头后面安装一个盘形调制解调器的可能性。

此外,钻机和海洋探测机器人的消毒也至关重要,这可以最大限度地减少地球微生物对欧罗巴环境的污染。然而,由于硬件的复杂性,这种消毒将难以实施。

SESAME的合作研究员萨姆·霍维尔说,钻机所需的大部分技术可能需要10-15年才能准备好。如果从现在开始研究,可能要到20世纪30年代末才能探测木卫二的海洋。"欧罗巴探险的确有风险,但值得冒险."

远征土卫二

土卫二的海洋可能比木卫二的海洋更“友好”,但是木卫二探险中使用的一些策略也可以用在土卫二上。

土卫二的南极区域有许多巨大的“老虎条纹”。这几十个间歇泉从这些裂缝向太空喷射水冰、有机分子和其他物质。这些间歇泉产生的羽状物形成了土星的E环。

间歇泉的物质很可能来自恩克拉多斯的海洋,因此这些虎纹可能是探测器的入口,从而消除了将冰钻入海洋的麻烦。一些科学家和工程师正在开发利用这些裂缝的技术。

一个JPL团队正在开发一种“鳗鱼”装置,这是一种4米长的蛇形机器人,它将沿着虎纹盘旋,直到到达液态水。研究人员解释说,一根长绳子将把EELS连接到陆地上的登陆器上,为海洋“探险者”提供动力。

EELS和着陆器是土卫二整体任务的一部分,其中还包括一个熔化探测器和一个能够将数据传回地球的轨道器。

JPL的贾森·霍夫加特纳和他的同事说:“这个‘旗舰’任务将在土卫二表面、冰壳和地下海洋深处寻找生命,这可能是未来十年天体生物学的最佳机会。”

“旗舰”任务是美国宇航局“最昂贵”的任务类型。例如,好奇号火星探测器和卡西尼土星探测器都属于“旗舰”型项目,这些项目的投资一般超过10亿美元。

尽管美国宇航局没有批准这项任务,科学家们仍在研究间接采样海洋的方法。卡西尼号以前曾多次飞过土卫二的羽流,未来的寻生命探测器也能做到。卡西尼号的任务于2017年9月结束。目前,几个研究小组已经提交了迪翁羽流取样任务的设计想法,但美国航天局尚未完成深入的研究和开发。

这两颗表面温度很高的冰冻卫星会给人类带来什么惊喜?我们将拭目以待。