在歷時(shí)20年的研發(fā)和“心碎”之后,對(duì)木衛(wèi)二的探索終于即將拉開帷幕。這是否將成為我們?cè)谔?yáng)系中找到外星生命的最佳機(jī)會(huì)呢?
木衛(wèi)二是一顆冰封的星球,僅比月球稍小一點(diǎn)兒。從遠(yuǎn)處望去,木衛(wèi)二上仿佛鐫刻著許多暗色的條紋,就像幼兒的涂鴉一樣,而靠近了看,它們其實(shí)是冰面上長(zhǎng)長(zhǎng)的裂隙,有時(shí)可綿延數(shù)千公里。許多冰隙中充滿了一種未知的污染物,被科學(xué)家稱作“棕色漿糊”。除這些冰隙之外,其它地方則地形多變、崎嶇不平。
木星的巨大引力產(chǎn)生的潮汐力使木衛(wèi)二周期性地拉伸與擴(kuò)張,但木衛(wèi)二的地表之所以如此崎嶇多變,主要還是因?yàn)檫@層冰殼漂浮在液態(tài)水構(gòu)成的海洋之上。
“我們從此前的探索任務(wù)中得知,木衛(wèi)二冰殼下方存在液態(tài)水,因此木衛(wèi)二是最激動(dòng)人心的尋找地外生命目標(biāo)之一?!?/strong>倫敦大學(xué)學(xué)院馬拉德(Mullard)太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安德魯·科茨教授(Prof Andrew Coates)指出。
木衛(wèi)二的液態(tài)水可能深達(dá)地表下方80至170米,意味著木衛(wèi)二上的液態(tài)水儲(chǔ)量很可能是地球上全部海水總和的兩倍。
水對(duì)于生命至關(guān)重要,而除此之外,木衛(wèi)二海洋中也許還存在其它物質(zhì),如微生物的能量來源等。不僅如此,這片地下?;蛟S還能通過多種途徑與地表相連,如從冰殼中冒出的、溫度較高的少量冰屑。因此,對(duì)木衛(wèi)二地表的探索或能幫助我們更好地了解其地下海狀況。
圖為木衛(wèi)二的分層結(jié)構(gòu)。
圖為伽利略號(hào)拍攝的四張木衛(wèi)二圖片。
目前,NASA正在籌備兩項(xiàng)木衛(wèi)二探索計(jì)劃,并在于休斯頓舉行的第48屆月球與行星科學(xué)大會(huì)上開展了相關(guān)討論。
第一項(xiàng)任務(wù)名叫“木衛(wèi)二快艇”(Europa Clipper),預(yù)計(jì)將于2022年啟動(dòng)。第二項(xiàng)任務(wù)則計(jì)劃登陸木衛(wèi)二表面,預(yù)計(jì)于幾年之后開展。
NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室“木衛(wèi)二快艇”項(xiàng)目科學(xué)家羅伯特·帕帕拉多博士(Dr Robert Pappalardo)表示:“我們正在探索木衛(wèi)二宜居的可能性,尋找水和能量來源等生命必備物質(zhì)。為達(dá)到這一目的,我們將分析地下海和冰殼的組成成分和地質(zhì)構(gòu)造?!?/p>
“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器將攜帶九臺(tái)設(shè)備,其中包括用來拍攝木衛(wèi)二表面的攝像機(jī),用來分析其成分的質(zhì)譜儀,可穿透冰層尋找地下水、并對(duì)冰殼開展三維測(cè)繪的雷達(dá),以及用來分析海洋特征的磁力計(jì)。
不過,自從伽利略號(hào)探測(cè)器于上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二存在地下海的證據(jù)以來,我們逐漸了解到,木衛(wèi)二并非獨(dú)一無二。
“在過去十年間,我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外層存在海洋的星球并不鮮見,這是行星探測(cè)界最重要的發(fā)現(xiàn)之一?!?/strong>“木衛(wèi)二快艇”項(xiàng)目科學(xué)家科特·涅伯博士(Curt Niebur)指出。
例如,土衛(wèi)二南極就有冰屑從冰隙中噴出。
科學(xué)家計(jì)劃在2020年之后也對(duì)土衛(wèi)二開展探測(cè)任務(wù),但涅伯認(rèn)為木衛(wèi)二的價(jià)值更加突出:“木衛(wèi)二比土衛(wèi)二大得多,內(nèi)容也更加豐富,有更多的地質(zhì)活動(dòng)、更多的水、更大的儲(chǔ)水空間、更多熱量、更豐富的物質(zhì)、環(huán)境也更加穩(wěn)定?!?/strong>
但最重要的是,木衛(wèi)二有著更理想的周邊環(huán)境。其軌道深入木衛(wèi)二強(qiáng)大的磁場(chǎng)中,因此能夠困住并加速宇宙粒子。這一過程中形成的高強(qiáng)輻射帶對(duì)于探測(cè)器的電子元件危害巨大,因此開展任務(wù)的時(shí)間大大受限,僅能持續(xù)幾月、甚至幾周。這些輻射也對(duì)木衛(wèi)二地表造成了影響,促進(jìn)了氧化物的產(chǎn)生。而在地球上,氧化物與還原化合物間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)恰好為生命提供了所需的能量。
“木衛(wèi)二快艇”號(hào)探測(cè)器或能確定木衛(wèi)二上是否存在生命。
不過,木衛(wèi)二地表生成的氧化物只有進(jìn)入地下海、才能為微生物所用。好在使地下水上涌的對(duì)流過程也能將地表物質(zhì)帶入地下。進(jìn)入地下海之后,氧化物便可與海水和巖床反應(yīng)生成的還原物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
“這就像電池供電,陰陽(yáng)兩極都必不可少。”帕帕拉多解釋道。
對(duì)于帕帕拉多等科學(xué)家而言,這些計(jì)劃中的任務(wù)意味著二十年來的夢(mèng)想即將實(shí)現(xiàn)。自從上世紀(jì)90年代探索木衛(wèi)二的概念誕生以來,科學(xué)家就不斷提出各種野心勃勃的提議,最終卻紛紛折戟。
美國(guó)和歐洲甚至曾計(jì)劃向木衛(wèi)二和木星最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三分別派遣探測(cè)器,但由于經(jīng)費(fèi)問題,這一計(jì)劃不得不取消。
“18年來,每次有人提出木衛(wèi)二探索計(jì)劃,我都默默祈禱,最終卻只能看著計(jì)劃流產(chǎn)?!笨铺亍つ硎尽!斑@條道路無比漫長(zhǎng),使我們屢屢心碎?!?/p>
雖然探索木衛(wèi)二的成本不會(huì)高出卡西尼號(hào)和好奇號(hào)探測(cè)器,但依然代價(jià)不菲。
科學(xué)家首先要解決機(jī)械挑戰(zhàn),如儀器在木星輻射帶中的運(yùn)行問題。探測(cè)器設(shè)備必須用鈦之類的金屬隔離起來,但帕帕拉多博士指出,儀器不能被保護(hù)得太嚴(yán)密,否則就無法探測(cè)木衛(wèi)二。
因此為保障探測(cè)器安全,NASA不得不改變行動(dòng)路線?!拔覀?cè)菊J(rèn)為,既然伽利略號(hào)已經(jīng)飛掠了木衛(wèi)二,下一項(xiàng)任務(wù)自然是發(fā)射軌道探測(cè)器?!蹦硎?。但“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器為減少輻射,將采用圍繞木星飛行的方式,在三年半時(shí)間里,至少開展45次近距離飛掠木衛(wèi)二行動(dòng)?!?/p>
“我們可以繞開圍繞木衛(wèi)二飛行帶來的技術(shù)問題,提高任務(wù)可行性,同時(shí)通過增加飛掠次數(shù),取得同樣的探測(cè)結(jié)果?!眳⑴c該項(xiàng)目的科學(xué)家指出。
木衛(wèi)二附近的光照強(qiáng)度僅有地球上的30分之一,但NASA仍計(jì)劃采用太陽(yáng)能電池板為其供能,而不是其它太陽(yáng)系外層探測(cè)任務(wù)使用的放射性發(fā)電機(jī)。
“多年的研究工作使我們不得不拋卻之前的想法,沉湎于美好的夢(mèng)想,而是專注于現(xiàn)實(shí),專注于最卓越的科學(xué)技術(shù)?!蹦f道。
“木衛(wèi)二快艇”號(hào)探測(cè)器將至少開展45次近距離飛掠木衛(wèi)二行動(dòng)。
2011年,美國(guó)與歐洲的合作任務(wù)取消之后,國(guó)家研究委員會(huì)發(fā)布的一項(xiàng)報(bào)告重申了探索木衛(wèi)二的重要性。即便如此,經(jīng)費(fèi)問題仍使NASA對(duì)此持謹(jǐn)慎態(tài)度。
但美國(guó)國(guó)會(huì)的支持改變了局面。對(duì)木衛(wèi)二的探索獲得了民主黨與共和黨的共同支持。共和黨國(guó)會(huì)議員約翰·科爾伯森(John Culberson)是眾議院撥款委員會(huì)的主席,NASA經(jīng)費(fèi)便在該機(jī)構(gòu)的管轄范圍之內(nèi)。現(xiàn)年60歲的科爾伯森就讀高中時(shí)曾用自己購(gòu)買的望遠(yuǎn)鏡眺望過木衛(wèi)二,自此之后就一直對(duì)其神往不已。四年來,雖然NASA并未提出要求,但他領(lǐng)導(dǎo)的委員會(huì)不斷向參與木衛(wèi)二研究的科學(xué)家撥款。
有了慷慨的投資,“木衛(wèi)二快艇”技術(shù)問題的解決速度很快超過了其它任務(wù)處在該階段(B階段)時(shí)的情況。登陸器仍處于研發(fā)早期階段(即早期A階段),但針對(duì)該任務(wù)科學(xué)價(jià)值的報(bào)告已經(jīng)在月球與行星科學(xué)大會(huì)上進(jìn)行了討論。
該登陸器并未得到美國(guó)總統(tǒng)2018年預(yù)算撥款。但NASA行星科學(xué)部門主管吉姆·格林博士(Dr Jim Green)表示:“這項(xiàng)任務(wù)極其激動(dòng)人心,因?yàn)樗軓娜祟愲y以到達(dá)的星球表面告訴我們,人類還需開展怎樣的研究。”
“我們還有很長(zhǎng)的路要走,必須勤勤懇懇,弄清我們需要進(jìn)行哪些測(cè)繪工作。未來獲得了足夠的資金之后,我們才能順利開展下一步研究?!?/p>
二十年來,科學(xué)家提出了許多新穎的木衛(wèi)二登陸器設(shè)計(jì)方案,說明登陸木衛(wèi)二將使我們收獲頗豐。馬拉德太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的格林特·瓊斯博士(Dr Geraint Jones)針對(duì)其中一種名叫“穿透器”的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。
“這一技術(shù)還未實(shí)際采用過,但可行性很高?!杯偹共┦拷忉尩馈T撎綔y(cè)器將被衛(wèi)星彈射出來,“以每秒300米的高速重重砸向木衛(wèi)二表面,”從而使內(nèi)部冰層暴露在外,供儀器進(jìn)行分析。當(dāng)然,這些儀器經(jīng)過了特殊設(shè)計(jì),能夠承受劇烈撞擊。
而NASA設(shè)計(jì)的登陸器將采用2012年好奇號(hào)登陸火星時(shí)運(yùn)用的“空中吊車”技術(shù),緩慢降落在木衛(wèi)二表面。著陸時(shí),登陸器將開啟自動(dòng)著陸系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地面情況,避開危險(xiǎn)因素。
“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器可從空中確定合適的著陸地點(diǎn)?!八梢詫ふ业叵滤嗟乇磔^近的區(qū)域,也許這些地方溫度較高、還存在有機(jī)物?!迸僚晾啾硎?。
該探測(cè)器將配備高敏儀器,還將配有一臺(tái)反旋鋸,用來鉆取木衛(wèi)二地表冰層下方的樣本。
“登陸器的目標(biāo)是獲取全新的研究樣本,這可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn),一是挖至地下深處,二是尋找地表有噴射活動(dòng)的區(qū)域,因?yàn)檫@些地質(zhì)活動(dòng)會(huì)將新鮮的地下物質(zhì)帶到地表?!笨铺亍つf道。
近年來,哈勃望遠(yuǎn)鏡在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二表面都觀測(cè)到過冰屑從地下噴出的現(xiàn)象,但這些噴發(fā)現(xiàn)象時(shí)間過于久遠(yuǎn),將登陸器派往此處毫無意義,我們需要尋找更近期的噴發(fā)地點(diǎn)。
因此,科學(xué)家需要弄清這些間歇性的噴發(fā)現(xiàn)象究竟由何種因素控制?!澳拘l(wèi)二快艇”號(hào)探測(cè)器將確定它們是否與木衛(wèi)二地表溫度較高的熱點(diǎn)區(qū)域有關(guān)。
地球的海洋中生機(jī)盎然,因此我們可能很難想象木衛(wèi)二地下深達(dá)100公里、毫無生機(jī)的海洋是怎樣一番光景。而假如那里真的存在外星生命,我們真的能辨別出來嗎?
“此次登陸器任務(wù)的目標(biāo)不僅是探測(cè)到外星生命,還需要讓大家相信我們做到了這一點(diǎn),”涅伯解釋道,“如果我們耗費(fèi)巨資、結(jié)果反而引發(fā)了巨大爭(zhēng)議,可不是什么好事?!?/strong>
因此,該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)用了兩天時(shí)間,專門說明這一問題。首先,任何探測(cè)結(jié)果都必須以通過直接測(cè)量得到的大量獨(dú)立證據(jù)為基礎(chǔ)。
“這件事不能一蹴而就。你不能開展了一次測(cè)量之后就宣稱自己找到了外星生命,只有整體結(jié)果才能說了算?!蹦赋?。
其次,科學(xué)家提出了對(duì)觀測(cè)結(jié)果的解讀框架。有些結(jié)果可能是正面的,有些則可能是負(fù)面的?!斑@一框架構(gòu)建了包含各種結(jié)果的決策樹。最終得到的結(jié)論要么是‘我們找到了外星生命’,要么是‘我們沒找到外星生命’”。
如今,該團(tuán)隊(duì)還在拭目以待,期待科學(xué)界被他們的計(jì)劃打動(dòng)。
科特·涅伯解釋道:“我希望相關(guān)探討能夠早日開展,這樣等登陸器抵達(dá)木衛(wèi)二表面時(shí),我們就可以專注于數(shù)據(jù)分析了?!?/p>
在木衛(wèi)二崎嶇不平、冰天雪地的地殼下方,有一片巨大的海洋。
責(zé)任編輯:海凡
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