在外星天空中漂浮

2010-09-13编译刘声远

大自然探索 2010年3期

编译刘声远

在外星天空中漂浮

编译刘声远

假如生命将在地球之外被发现，那么它们离地球最近的藏身之处可能就是外星海洋的幽暗深渊。科学家已经证实，地球并非太阳系中唯一被海洋主宰的世界，在木星和土星的多达5颗卫星的冰封外壳下面隐藏着海洋。

为了得到这些外星世界隐秘海洋的更多信息，两个野心勃勃的探索计划眼下正在加紧筹划之中。如果一切顺利，从现在起再过大约10年，一对探测器就将升空去探索木星的卫星，尤其是加尼美得（木卫三）和欧罗巴（木卫二），这两颗卫星上几乎可以肯定存在海洋。假如真是这样，这对探测器届时的主要任务就是查明它们的海洋深度。

在此之后几年，一项更大胆的任务将展开——探测器将飞向土星，在其冰雪覆盖的卫星恩克拉多斯（土卫二）的极地嗅闻海洋气息。接下来，探测器将飞向泰坦（土卫六），在这颗卫星上或许拥有太阳系中最惊人的地外风景。为探索泰坦，探测器将携带两个看似古董的装置——热气球和小船（探测筏）。届时我们将会看到：热气球在泰坦的沙漠和山脉上空飘浮，小船在泰坦的由液态碳氢化合物组成的海面上随波逐流。

科学家早就向往探索欧罗巴的地下海洋。欧罗巴地下海洋的海底或许也有地球海底那样的热液喷口（想象图）

1 跳着“双人舞”去木卫

在木星的两颗卫星上几乎可以肯定存在海洋。

2009年2月，美国宇航局和欧洲空间局宣布了由它们共同策划实施的上述宏伟计划。按照计划，2020年年初，美国宇航局的“木星-欧罗巴轨道器”（简称JEO）和欧空局的“木星-加尼美得轨道器”（简称JGO）将在一个月之内相继发射，并以平行轨道飞往木星；大约6年后，两部轨道器抵达木星，之后它们将跳着复杂的“双人舞步”依次造访不同的木星卫星。

两部轨道器中，JEO的任务更艰巨，这是因为它将在木星的辐射带内圈待很长时间，在那里它将遭遇高能电子的密集轰炸。通常的飞行器在这种猛攻面前很快就会崩溃，而JEO为了应对恶劣环境，不仅采用了电子强化装置来抵御辐射，而且还披上了铝制盔甲。

当最终进入环绕欧罗巴的轨道后，JEO将使用它携带的仪器探索这颗木卫的表面，同时还要测量其海洋深度。欧罗巴海洋的首批证据来自于1979年，当时美国宇航局的“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器经过欧罗巴，发现它的平坦地表上交叉分布着裂缝，这暗示在它的表面下存在液态水海洋。20世纪90年代，这一观测结果被美国宇航局的另一艘飞船——“伽利略号”所证实。“伽利略号”还发现，欧罗巴扭曲了木星的磁力线，这也暗示在欧罗巴冰封的地表下存在一个导电层。许多行星学家认为，这是欧罗巴存在地下咸水海洋的最惊人证据。

JEO将对欧罗巴的磁场和引力场进行测量，这两方面信息加在一起，有助于科学家进一步了解这颗木卫的结构，尤其是它的冰壳厚度和它的地下海洋深度。JEO还配备有穿冰雷达，假如欧罗巴冰壳的厚度仅为几千米，这部雷达或许就能看穿它并看见下面的海洋。

在幽暗的欧罗巴地下海洋中是否存在生命？在地球上，大多数生命最终都是从阳光中汲取养分。但是，假如欧罗巴地下海洋中真的存在生命，它们显然不可能从阳光中获取营养，那它们何以为生呢？一些天体生物学家认为，欧罗巴海洋生命有可能依靠海底热液喷泉喷出的硫化氢或甲烷来维持生命，就跟一些动物在地球海洋中的情况一样。为了消化吸收这种“化合物汤”，欧罗巴生命形式也必须要有氧化剂的供给，可氧化剂从何而来？除了欧罗巴的表面，很难想象其他来源。在欧罗巴表面，环绕木星的密集辐射将水分子撕裂为氢和氧，虽然大多数氢逃逸了，氧却有可能被锁定在欧罗巴表面的分子上。可问题是，氧怎样才能沉到欧罗巴地下海洋中，从而被那里的生命利用呢？

这里就涉及到了“水管效应”。假如欧罗巴的地壳很薄，地壳上一些地方的冰就可能融化，于是水就会沿着地下海洋与地表之间的裂缝汩汩流出。如果欧罗巴的地壳很厚（大多数地质学家相信实际情况正是这样），“水管”或许就会流得很慢，但随着温度稍高的冰团上涌，地壳物质下沉替代上升冰团，照样会有些许氧进入地下海洋。

JEO甚至还有机会发现欧罗巴地下海洋生命的直接证据：木星引力或许会导致欧罗巴的地壳裂开，地下海洋中的物质由此喷涌而出，JEO就可以取样并用携带的质谱仪分析其中包含的分子。如果能发现碳水化合物，科学家将非常兴奋；如果能发现缩氨酸链甚至蛋白质，他们将大喜过望，因为这些东西正是构筑生命大厦的“砖瓦”。

发现这类复杂分子当然是爆炸性新闻，但却没有理由相信欧罗巴生命和地球生命拥有类似的生物化学构成，因此科学家必须把网撒得更开。正在设计中的JEO船载仪器不但应该对我们所熟悉的生命信息敏感，而且还应该对我们意想不到的生命信息敏感。再来看这项计划中的另一部轨道器——JGO。当它进入环绕加尼美得的轨道后，或许将证实一个还要大得多的海洋的存在，因为加尼美得是太阳系中最大的一颗卫星。假如在加尼美得地表下果然存在海洋，那么它无疑将是太阳系中除地球海洋之外最大的海洋，面积将超过8000万平方千米，也就是跟大西洋大小相当。

木星-欧罗巴轨道器（JEO）探测欧罗巴（想象图）

作为地外生命的栖息地，加尼美得其实远比欧罗巴条件差。“伽利略号”探测器对加尼美得磁场的测量结果暗示，它的地下海洋可能深达150千米，夹在上面一个古老且静态的冰壳和下面一个更厚的冰层之间。处在这样的位置，很难想象加尼美得生命（假如存在的话）能够找到什么可以吃的东西。

JGO还将飞过木星最外围的大卫星——卡里斯托（木卫四）。科学家推测，就算是极度寒冷的卡里斯托，在其古老陨击坑密布的冰壳下面也照样可能存在海洋。不过，跟加尼美得的情况相似，卡里斯托地下海洋中存在生命的可能性恐怕也微乎其微。

将两艘飞船同时置于木星系统，就能进行一些独特的观测。例如，将外围木卫跟欧罗巴进行比较，有助于了解卫星在木星这样的气态巨行星周围是如何形成的。在其他恒星周围，这样的巨无霸行星很常见，其中许多行星的轨道距离母恒星都比木星和水星距离太阳近得多，因此表面温度也高得多。其中一些行星的卫星表面可能存在海洋，因此也就可能存在生命。

加尼美得的地下海洋（示意图）

2 到泰坦上去看风景

泰坦上或许拥有太阳系中最惊人的地外风景。

其实，就算在太阳系中，除地球海洋之外，也并非所有外星海洋都被锁闭在冰封的外壳下面。上述外星海洋探测计划中的第二步，就是发射飞船去拜访土星的卫星，尤其是泰坦。泰坦位于太阳系的外围，那里非常寒冷，因此泰坦表面不可能存在由液态水组成的海洋。但天文学家普遍相信，泰坦表面存在由碳氢化合物组成的海洋，这些化合物在地球上呈气态。美国宇航局和欧空局计划在2025年前后发射的“泰坦-土星系统探测器”（简称TSSM），将不仅在外星海洋里取样，甚至还将在外星海面上行船。

在环绕土星的过程中，TSSM还将造访小小的恩克拉多斯。科学家相信，这颗土卫的厚厚冰壳下包裹着一个岩石内核。当之前的探测器发现恩克拉多斯南极有巨大的水冰烟柱喷出时，科学家惊呆了，因为这意味着这颗冰质卫星正在吐出自己的内脏，而通常像恩克拉多斯这样的冰冷小卫星上面是不应该存在火山活动的。目前仍不清楚的是，这种烟柱究竟是起源于恩克拉多斯冰壳下面的液态水海洋（假如存在的话），还是发端于这颗土卫地壳中的温暖大洞穴。如果能进一步证实恩克拉多斯烟柱中的盐浓度很高，就暗示这种烟柱应该是起源于恩克拉多斯的地下海洋。

TSSM的终极探测目标是泰坦。在“惠更斯号”探测器于2005年借助降落伞登陆泰坦表面之前，科学家对这颗土卫的表面情况一直是“雾里看花”（泰坦表面被朦朦胧胧的大气层遮盖着），而现在他们已经知道，泰坦的表面有沙丘，有水冰山脉，有液态甲烷构成的江河湖海，真是太阳系中不可多见的多姿多彩又令人迷惑的地外风景。TSSM的探测将进一步揭示泰坦这颗巨大卫星的构成情况，包括在它的冰冷表面下是否也存在一个由液态水组成的海洋。

事实上，除地球表面存在海洋之外，泰坦是迄今已知表面存在海洋的唯一其他星球，它将为我们扬帆外星海洋提供一个独特的机会——TSSM将发射一对看起来很古董的探测装置：一只用以窥视泰坦沙漠和山脉的热气球和一艘浮游于泰坦表面由液态甲烷和乙烷构成的海洋中的小筏子——探测筏。

泰坦湖岸风景（根据探测数据绘制的想象图）

在泰坦上放气球

科学家指出，要想在太阳系除地球外的其他星球上施放气球，泰坦是一个好去处，因为在那里放气球不但比在金星或火星上容易得多，而且比在地球上还容易。

泰坦的引力只有地球的1/10，但大气层稠密，天气十分平静。科学家预计，热气球在泰坦上不会遭遇强风暴袭击，充其量只会遇到罕见的甲烷雨。如果那样的话，气球上就可能覆上一层暗色物质——产生于泰坦大气上层的有机物。

探测筏漂浮在泰坦湖面进行考察（想象图）

泰坦气球将依赖热气体维持自己飘浮。在它进入泰坦大气层的过程中，一种特殊装置将为它供热，这种装置中含有强放射性的钚同位素。换言之，泰坦气球是一只核动力热气球。

“卡西尼号”探测器已经证实，泰坦表面有东-西向微风。为了避免受风的影响，泰坦气球应该在离泰坦表面约10千米的高度飘飞。泰坦气球绕泰坦一圈大约需要花6个月时间，行程累计可达16000千米。

尽管眼下的探测计划并不包括如何提取有机物样本，但科学家认为可以考虑用系绳扔下取样包，或者让气球登陆泰坦进行取样。科学家正在研究不同高度泰坦风的风向情况：或者只需稍微改变气球的高度就能抓住适合方向的风；或者只需配备一部由马达驱动的螺旋桨就可调节气球的运动方向；甚或气球根本就可以不受约束地在泰坦的天空中自由飞翔。

足够幸运的话，泰坦气球就能看见泰坦表面的液态水海洋（注意，不是甲烷海洋或乙烷海洋）。

探测气球在泰坦大气中飘飞（想象图）

在泰坦上漂流

至于泰坦小筏子，它应该能仔细品鉴这颗土卫上的地球般的奇异风景。泰坦的赤道被一连串水冰山脉和一系列大沙漠雄霸，沙漠中平行的沙丘由干燥的有机物沙砾构成，这些有机物是从泰坦的天空中随甲烷雨降下的。

这艘小筏子将降落在泰坦北极附近的克拉肯海，其直径超过1000千米，是泰坦表面最大的水体。小筏子的电池预计能供电4小时，在此期间，小筏子将扫描泰坦表面并提取泰坦海洋的海水样本（海水温度低至零下180℃左右），分析海水中含有的碳基化合物。根据已掌握的信息，这些化合物分子不是由生命产生的，而是由来自太阳的紫外光在泰坦大气层中驱动化学反应形成的，然后被甲烷风暴捕捉，最终坠落至泰坦表面。科学家推测，泰坦表面的有机材料可能比地球上还多。

泰坦肯定时不时地遭受彗星或小行星的撞击。电脑模拟结果显示，被撞击的泰坦地壳将融化并形成水坑；对最大的撞击来说，形成的水坑能存在超过10万年。再加上周围分布的所有那些复杂有机分子，谁能确定诞生生命的历程在泰坦上究竟已走到哪一步了呢？为了破解生命的奥秘，泰坦小筏子将运用气相层析质谱仪来辨认那些复杂的化合物。在泰坦表面的极度低温条件下，生命的存在几无可能，但假若存在生命，小筏子应该能嗅得到它们的气息。至少在地球上，生命的化学特征之一就是有能力辨认镜像分子，并且总体上偏向于“左撇子”而非“右撇子”结构。小筏子携带的仪器应该能够查明是否有这种倾向存在。此外，地球生命在自己分子中的同位素构成方面也留下了记号，例如地球上的植物偏好碳12，而不是较重的碳13。假如类似的情况出现在泰坦上，小筏子应该也能查出来。