圖中的漫游車(chē)是日后將用于探索木衛(wèi)二的探測(cè)器的早期版本。

新浪科技訊北京時(shí)間4月23日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，我們都將地球稱作“藍(lán)色星球”，但它其實(shí)并非附近宇宙中唯一的海洋星球。木星、土星和海王星的衛(wèi)星、以及矮星系冥王星和鬩神星厚厚的冰層下方，都可能有海洋的存在。土衛(wèi)六甚至擁有地表海洋，只不過(guò)其中裝的不是水，而是液態(tài)甲烷。

假如太陽(yáng)系中存在地外生命的跡象，也許就在這些冰封的世界中?？茖W(xué)家決心對(duì)土衛(wèi)六和木衛(wèi)二上的海洋展開(kāi)探索，還設(shè)計(jì)了可在冰上移動(dòng)的漫游車(chē)、以及能深入海中的潛水艇。這些儀器需要應(yīng)對(duì)刺骨的嚴(yán)寒、與地球上的水性質(zhì)不同的液體、以及其它嚴(yán)苛的環(huán)境條件。接下來(lái)，本文將介紹這些機(jī)器人將進(jìn)行探索的兩種不同外星海洋。

在氣體海洋中遨游

在探索土星及其衛(wèi)星的過(guò)程中，卡西尼號(hào)探測(cè)器在土衛(wèi)六表面發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)小型湖泊，以及三處面積和深度與五大湖類(lèi)似的海洋。

土衛(wèi)六表面還有水結(jié)成的冰，且地下可能存在水構(gòu)成的海洋。但土衛(wèi)六上的甲烷海洋令科學(xué)家倍感好奇，因?yàn)樗鼈儏⑴c的循環(huán)過(guò)程與地球上的水循環(huán)十分類(lèi)似。就像地球上一樣，土衛(wèi)六上的液體從海洋中蒸發(fā)，化為云朵，再以降“雨”的方式落回地表。研究人員希望進(jìn)一步了解這一循環(huán)機(jī)制。此外，土衛(wèi)六上還有大量生命所需的碳化合物與氮化合物?？茖W(xué)家想弄清土衛(wèi)六上是否演化出了某種依賴液態(tài)甲烷的生命體，就像地球上的生命體依賴液態(tài)水一樣。

NASA正在考慮向土衛(wèi)六發(fā)送一枚浮標(biāo)，讓它在土衛(wèi)六的海洋中隨波逐流。但問(wèn)題在于，這種探測(cè)器的去向?qū)⑷匡L(fēng)向和洋流決定?！按蠖鄶?shù)情況下，浮標(biāo)漂到岸邊后便會(huì)暫時(shí)留在沙灘上，下次漲潮時(shí)再重新漂起、回到大海?！奔s翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室行星科學(xué)家拉爾夫·洛倫茲（Ralph Lorenz）指出。但無(wú)法保證它每次都能順利重回大海。

但潛艇則能自己決定前進(jìn)方向，還能探索海面下方的情況，收集海底沉積物。NASA希望在接下來(lái)20年內(nèi)將潛艇送上土衛(wèi)六。潛艇發(fā)電機(jī)將利用钚等放射性物質(zhì)衰變時(shí)產(chǎn)生的熱量發(fā)電，這將成為潛艇電子元件在土衛(wèi)六溫度低至零下178攝氏度的海洋中順利運(yùn)作的關(guān)鍵。

要應(yīng)對(duì)土衛(wèi)六的嚴(yán)寒環(huán)境，“需要精心設(shè)計(jì)，而非物理奇跡?！甭鍌惼澲赋觯窃摑撏У氖紫O(shè)計(jì)師，“放射性反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢熱便是一大關(guān)鍵，此外還要審慎選擇泡沫隔熱材料?！?/p>

另一大挑戰(zhàn)在于，我們不清楚土衛(wèi)六的海洋究竟由哪些化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。其中主要是甲烷（類(lèi)似于地球上的液態(tài)天然氣），還有少量液態(tài)乙烷和溶解在其中的氮?dú)?。但這些物質(zhì)的具體比例仍不清楚，也許在每個(gè)土衛(wèi)六海洋中都有所不同。因此該項(xiàng)目希望設(shè)計(jì)出的潛艇能在多種密度不同、黏性各異的液體中行駛。

工程師們對(duì)土衛(wèi)六海洋中的氮?dú)庥葹橹匾?，因?yàn)榈獨(dú)饪赡軙?huì)形成氣泡、干擾潛艇行駛。如果潛艇發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的部分廢熱滲入了環(huán)境中，便可能出現(xiàn)這種情況。“這部分熱量不足以讓周?chē)囊后w沸騰，但會(huì)導(dǎo)致溶解在液體中的氮?dú)馕龀??！盢ASA格倫研究中心低溫推進(jìn)技術(shù)工程師杰森·哈特維格（Jason Hartwig）解釋道。

螺旋槳在液體中旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氣泡。哈特維格指出，每枚葉片后部都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小小的空腔，這里壓力驟減，讓氣泡得以形成，就像打開(kāi)碳酸飲料時(shí)、液體滋滋冒泡一樣。

這些小小的氣泡可能會(huì)導(dǎo)致兩大問(wèn)題。首先，它們會(huì)影響潛艇搭載的科學(xué)儀器，使之難以測(cè)量深度和其它指標(biāo)。更令人擔(dān)憂的是，這些氣泡也許還會(huì)干擾潛艇螺旋槳的運(yùn)行。

“潛艇移動(dòng)時(shí)，所有氣泡可能會(huì)在潛艇的末端匯集。螺旋槳再怎么轉(zhuǎn)，潛艇都動(dòng)彈不得，只能留在原處轉(zhuǎn)個(gè)不停?！惫鼐S格指出，“這對(duì)地球上的潛艇來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要，因?yàn)槿芙庠谒械目諝鈽O少。但土衛(wèi)六上就麻煩得多了，因?yàn)槟抢锏囊后w溫度更低，溶解在其中的氣體也就更多，因此會(huì)有更多氣體析出?！?/p>

既然我們不知道土衛(wèi)六海洋的具體成分，也就無(wú)從得知其中溶解的氮?dú)夂?。為更好地了解潛艇可能遇到哪些?wèn)題，哈特維格和華盛頓州立大學(xué)的同事們?cè)诘厍蛏稀皬?fù)原”了土衛(wèi)六海洋。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)艙中灌滿比例不同的甲烷、乙烷和溶解氮?dú)饣旌衔铮瑴囟群蜌鈮憾冀咏列l(wèi)六的真實(shí)環(huán)境，然后在其中放置了一枚小小的加熱器，模擬真實(shí)潛艇可能釋放的熱量。

好消息是，如果潛艇只是停下來(lái)收集樣本，也許用不著擔(dān)心，因?yàn)闈撏п尫诺臒崃坎粫?huì)導(dǎo)致過(guò)多氣體析出、干擾儀器運(yùn)作。但“螺旋槳的問(wèn)題還沒(méi)有完全解決?！惫鼐S格指出。他打算用螺旋槳代替加熱器重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看在潛艇行駛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多少氣泡。

準(zhǔn)備送往土衛(wèi)六的潛艇將和地球上的潛艇一樣形狀狹長(zhǎng)。哈特維格表示，潛艇重量約2600磅（約合1.18噸），長(zhǎng)約20英尺（約合6米）。但它只有在返回海面時(shí)才能與地球通信。并且該潛艇要到2040年之后才能發(fā)射，因?yàn)樾枰鹊降厍蛱幱谕列l(wèi)六地平線上方時(shí)，潛艇才能直接與地球聯(lián)絡(luò)。

NASA還考慮發(fā)射一艘體積較小、呈烏龜狀的潛艇。這艘“土衛(wèi)六烏龜”潛艇（Titan Turtle）將配備一枚軌道探測(cè)器，將信息轉(zhuǎn)發(fā)回地球。它浸沒(méi)在水中時(shí)仍可與地球進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。并且它不需要考慮地球所處位置，因此可能早幾年發(fā)射。

哈特維格指出，土衛(wèi)六在海洋星球中可謂獨(dú)樹(shù)一幟。它是太陽(yáng)系擁有液態(tài)海洋的星球中最容易到達(dá)的一顆。但土衛(wèi)六潛水艇也能為其它探測(cè)器的設(shè)計(jì)提供靈感，幫助我們?cè)谄渌乔虻谋鶎酉路秸归_(kāi)探測(cè)任務(wù)?！拔乙恢睂⑼列l(wèi)六視作一名探路者?！惫鼐S格表示。

探索土衛(wèi)六海洋可能使用的潛艇

在冰層下方探索

相比之下，木衛(wèi)二的海洋便顯得“遙遠(yuǎn)”許多。木衛(wèi)二的表面常年受木星強(qiáng)大的磁場(chǎng)輻射炙烤，且溫度低至零下173攝氏度，海洋掩藏在平均厚度8至14米的冰層下方。由于木衛(wèi)二的海洋由水構(gòu)成，這里被視作尋找生命、研究生命所需化學(xué)環(huán)境的絕佳目標(biāo)。

為突破木衛(wèi)二的厚厚冰障，科學(xué)家正在測(cè)試能夠融化或鑿開(kāi)冰層、進(jìn)入海中的機(jī)器人。這些機(jī)器人可攜帶潛水艇和能夠在冰面下方行駛的漫游車(chē)，或者能沉入海中、到達(dá)海床的登陸車(chē)。一旦觸及水面，這些探測(cè)器便可在0攝氏度左右的環(huán)境中運(yùn)作?！斑@對(duì)我們的電子元件來(lái)說(shuō)，其實(shí)是一個(gè)相當(dāng)舒適的環(huán)境?！盢ASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室工程師安迪·克萊什（Andy Klesh）表示，“稍微有點(diǎn)麻煩的是，那里的水中含鹽?！?/p>

木衛(wèi)二的海水可能和地球一樣含有鹽分，甚至可能咸得多。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室行星科學(xué)家凱文·漢德（Kevin Hand）指出?！案刑魬?zhàn)性的是，水中還可能還有硫酸?！边@意味著探測(cè)器的電子元件有可能受到腐蝕。此外，機(jī)器人在海水中潛得越深，遭受的壓強(qiáng)便越大。海床處的壓強(qiáng)可能接近地球馬里亞納海溝底部的水平。

總而言之，探索木衛(wèi)二將注定是一次艱難之旅?！拔覀儗⒚媾R深空探索和深海探索的雙重挑戰(zhàn)?！笨巳R什表示，“太空中有真空，冰層下有壓強(qiáng)，一路上還有輻射……冰層將保護(hù)我們不受輻射的傷害，但到達(dá)那里之前，沿途會(huì)吃不少苦頭?！?/p>

克萊什指出，木衛(wèi)二冰層底部將是最易于展開(kāi)探索的地方?？巳R什、漢德和同事們正在研發(fā)一臺(tái)能夠在冰層底部行駛的漫游車(chē)。漫游車(chē)或深海探測(cè)器不會(huì)像潛艇一樣，常受到洋流的干擾。“漫游車(chē)和登陸車(chē)將是我們展開(kāi)探索的最佳方式，它們易于控制，不會(huì)亂顛亂撞?！北鶎拥撞恳彩撬褜ね庑巧暮萌ヌ?。地球上的藻類(lèi)和微生物常常聚集在冰層底部。如果木衛(wèi)二上存在生命，很可能也將這類(lèi)地形作為落腳點(diǎn)。

克萊什及其團(tuán)隊(duì)正迫不及待展開(kāi)搜尋。他們正在阿拉斯加的冰湖中測(cè)試漫游車(chē)BRUIE（意為“冰下探索浮力漫游車(chē)”）的性能。該漫游車(chē)的輪子裝有圈狀鋸齒和窄嵌板，就像雪鞋一樣，能夠分擔(dān)漫游車(chē)在冰面上的重量，防止漫游車(chē)被卡在冰中。

最終被送上木衛(wèi)二的BRUIE漫游車(chē)將在負(fù)責(zé)鑿冰的機(jī)器人引領(lǐng)下穿越冰層。因此漫游車(chē)的體積必須很小，長(zhǎng)度可能還不到18英寸（約合45厘米）?？巳R什計(jì)劃在接下來(lái)兩周內(nèi)測(cè)試BRUIE漫游車(chē)的可折疊車(chē)輪，使其更緊湊、更便攜。該團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃對(duì)BRUIE展開(kāi)最大膽的測(cè)試任務(wù)，讓該漫游車(chē)在沒(méi)有牽引繩的情況下，獨(dú)自在冰層下的海水中行駛1000英尺（約合305米）。

在理想情況下，木衛(wèi)二漫游車(chē)也將采用沒(méi)有牽引繩的設(shè)計(jì)?！懊看螆?zhí)行任務(wù)，可能都要至少將牽引繩切斷一次?！笨巳R什指出。不過(guò)，雖然繩子有纏成一團(tuán)的風(fēng)險(xiǎn)，但到時(shí)也許還需要一根索線來(lái)傳輸電力和聯(lián)絡(luò)地表儀器。

BRUIE漫游車(chē)的輪子裝有圈狀鋸齒和窄嵌板，可以防止漫游車(chē)被卡在冰中

克萊什及其團(tuán)隊(duì)還在尋找更容易到達(dá)木衛(wèi)二海洋的方法。他們?cè)柚鷿撍畠x器考察過(guò)阿拉斯加的冰臼，即冰川中陡峭的、灌滿水的井狀結(jié)構(gòu)。去年夏天，他們的機(jī)器人曾下潛至冰層下方約160英尺（約合48米）處，發(fā)現(xiàn)了各冰層地道之間的連接點(diǎn)。木衛(wèi)二的冰層中可能也有冰臼結(jié)構(gòu)，漫游車(chē)或潛水儀器可以利用這些結(jié)構(gòu)下潛到海中。

距離漫游車(chē)真正造訪木星衛(wèi)星還有很長(zhǎng)的路要走?？巳R什表示，希望木衛(wèi)二快艇任務(wù)和木衛(wèi)二登陸車(chē)任務(wù)能夠?yàn)榻窈蟮娜蝿?wù)鋪平道路，直到有朝一日真正將探測(cè)器送入冰層下方。

與此同時(shí)，我們?yōu)槟拘l(wèi)二設(shè)計(jì)的漫游車(chē)還可以幫助我們更好地了解地球。科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始用BRUIE漫游車(chē)監(jiān)測(cè)北極湖泊的永久凍土層融化后甲烷的釋放情況。今年秋天，這臺(tái)勇敢的漫游車(chē)更將在這些冰水中停留三到四個(gè)月之久。

“我們準(zhǔn)備把漫游車(chē)留在冰層下的湖水中，觀察隨著極夜到來(lái)、冰層加厚，這些富含甲烷的湖泊會(huì)發(fā)生怎樣的變化?！睗h德說(shuō)道。科學(xué)家可以了解到湖水結(jié)冰將對(duì)漫游車(chē)造成怎樣的影響。此外，科學(xué)家還可借這一機(jī)會(huì)，更好地了解此類(lèi)人類(lèi)無(wú)法親自探索的極端環(huán)境。

“地球便是規(guī)模最大的海洋世界，”克萊什表示，“用來(lái)探索木衛(wèi)二的技術(shù)也可以被應(yīng)用在地球上，幫助我們探索本無(wú)法前往的極地之境?！保ㄈ~子）