圖中的漫游車是日后將用于探索木衛(wèi)二的探測器的早期版本,。

新浪科技訊北京時間4月23日消息,，據(jù)國外媒體報道，我們都將地球稱作“藍色星球”,，但它其實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,，只不過其中裝的不是水,，而是液態(tài)甲烷。

假如太陽系中存在地外生命的跡象,，也許就在這些冰封的世界中,。科學家決心對土衛(wèi)六和木衛(wèi)二上的海洋展開探索,，還設計了可在冰上移動的漫游車,、以及能深入海中的潛水艇。這些儀器需要應對刺骨的嚴寒,、與地球上的水性質(zhì)不同的液體,、以及其它嚴苛的環(huán)境條件。接下來,，本文將介紹這些機器人將進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)星的過程中，卡西尼號探測器在土衛(wèi)六表面發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個小型湖泊,，以及三處面積和深度與五大湖類似的海洋,。

土衛(wèi)六表面還有水結成的冰，且地下可能存在水構成的海洋,。但土衛(wèi)六上的甲烷海洋令科學家倍感好奇,，因為它們參與的循環(huán)過程與地球上的水循環(huán)十分類似。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,。研究人員希望進一步了解這一循環(huán)機制,。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,，讓它在土衛(wèi)六的海洋中隨波逐流。但問題在于,，這種探測器的去向?qū)⑷匡L向和洋流決定,。“大多數(shù)情況下,，浮標漂到岸邊后便會暫時留在沙灘上,，下次漲潮時再重新漂起、回到大海,?！奔s翰霍普金斯大學應用物理實驗室行星科學家拉爾夫·洛倫茲（Ralph Lorenz）指出。但無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20年內(nèi)將潛艇送上土衛(wèi)六,。潛艇發(fā)電機將利用钚等放射性物質(zhì)衰變時產(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作的關鍵,。

要應對土衛(wèi)六的嚴寒環(huán)境,，“需要精心設計，而非物理奇跡,?！甭鍌惼澲赋觯窃摑撏У氖紫O計師，“放射性反應堆產(chǎn)生的廢熱便是一大關鍵,，此外還要審慎選擇泡沫隔熱材料,。”

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物質(zhì)構成,。其中主要是甲烷（類似于地球上的液態(tài)天然氣），還有少量液態(tài)乙烷和溶解在其中的氮氣,。但這些物質(zhì)的具體比例仍不清楚,，也許在每個土衛(wèi)六海洋中都有所不同。因此該項目希望設計出的潛艇能在多種密度不同,、黏性各異的液體中行駛,。

工程師們對土衛(wèi)六海洋中的氮氣尤為重視，因為氮氣可能會形成氣泡,、干擾潛艇行駛,。如果潛艇發(fā)電機產(chǎn)生的部分廢熱滲入了環(huán)境中，便可能出現(xiàn)這種情況,?！斑@部分熱量不足以讓周圍的液體沸騰，但會導致溶解在液體中的氮氣析出,?！盢ASA格倫研究中心低溫推進技術工程師杰森·哈特維格（Jason Hartwig）解釋道。

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

這些小小的氣泡可能會導致兩大問題,。首先，它們會影響潛艇搭載的科學儀器,，使之難以測量深度和其它指標,。更令人擔憂的是，這些氣泡也許還會干擾潛艇螺旋槳的運行,。

“潛艇移動時,，所有氣泡可能會在潛艇的末端匯集。螺旋槳再怎么轉,，潛艇都動彈不得,，只能留在原處轉個不停,。”哈特維格指出,，“這對地球上的潛艇來說無關緊要,，因為溶解在水中的空氣極少,。但土衛(wèi)六上就麻煩得多了,，因為那里的液體溫度更低，溶解在其中的氣體也就更多,，因此會有更多氣體析出,。”

既然我們不知道土衛(wèi)六海洋的具體成分,，也就無從得知其中溶解的氮氣含量,。為更好地了解潛艇可能遇到哪些問題，哈特維格和華盛頓州立大學的同事們在地球上“復原”了土衛(wèi)六海洋,。他們在實驗艙中灌滿比例不同的甲烷,、乙烷和溶解氮氣混合物，溫度和氣壓都接近土衛(wèi)六的真實環(huán)境,，然后在其中放置了一枚小小的加熱器,，模擬真實潛艇可能釋放的熱量。

好消息是,，如果潛艇只是停下來收集樣本,，也許用不著擔心，因為潛艇釋放的熱量不會導致過多氣體析出,、干擾儀器運作,。但“螺旋槳的問題還沒有完全解決?！惫鼐S格指出,。他打算用螺旋槳代替加熱器重復這個實驗，看看在潛艇行駛過程中會產(chǎn)生多少氣泡,。

準備送往土衛(wèi)六的潛艇將和地球上的潛艇一樣形狀狹長,。哈特維格表示，潛艇重量約2600磅（約合1.18噸）,，長約20英尺（約合6米）,。但它只有在返回海面時才能與地球通信。并且該潛艇要到2040年之后才能發(fā)射,，因為需要等到地球處于土衛(wèi)六地平線上方時,，潛艇才能直接與地球聯(lián)絡。

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器,，將信息轉發(fā)回地球。它浸沒在水中時仍可與地球進行聯(lián)絡,。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樹一幟,。它是太陽系擁有液態(tài)海洋的星球中最容易到達的一顆。但土衛(wèi)六潛水艇也能為其它探測器的設計提供靈感,，幫助我們在其它星球的冰層下方展開探測任務,。“我一直將土衛(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”許多,。木衛(wèi)二的表面常年受木星強大的磁場輻射炙烤，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)二的海洋由水構成，這里被視作尋找生命,、研究生命所需化學環(huán)境的絕佳目標,。

為突破木衛(wèi)二的厚厚冰障，科學家正在測試能夠融化或鑿開冰層,、進入海中的機器人,。這些機器人可攜帶潛水艇和能夠在冰面下方行駛的漫游車，或者能沉入海中,、到達海床的登陸車,。一旦觸及水面，這些探測器便可在0攝氏度左右的環(huán)境中運作,?！斑@對我們的電子元件來說，其實是一個相當舒適的環(huán)境,?！盢ASA噴氣推進實驗室工程師安迪·克萊什（Andy Klesh）表示，“稍微有點麻煩的是,，那里的水中含鹽,。”

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,。噴氣推進實驗室行星科學家凱文·漢德（Kevin Hand）指出,。“更有挑戰(zhàn)性的是,，水中還可能還有硫酸,。”這意味著探測器的電子元件有可能受到腐蝕,。此外,，機器人在海水中潛得越深，遭受的壓強便越大,。海床處的壓強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,。“我們將面臨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,，一路上還有輻射……冰層將保護我們不受輻射的傷害，但到達那里之前,，沿途會吃不少苦頭,。”

克萊什指出,，木衛(wèi)二冰層底部將是最易于展開探索的地方,。克萊什,、漢德和同事們正在研發(fā)一臺能夠在冰層底部行駛的漫游車,。漫游車或深海探測器不會像潛艇一樣，常受到洋流的干擾,?！奥诬嚭偷顷戃噷⑹俏覀冋归_探索的最佳方式，它們易于控制,，不會亂顛亂撞,。”冰層底部也是搜尋外星生命的好去處,。地球上的藻類和微生物常常聚集在冰層底部,。如果木衛(wèi)二上存在生命，很可能也將這類地形作為落腳點,。

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

最終被送上木衛(wèi)二的BRUIE漫游車將在負責鑿冰的機器人引領下穿越冰層,。因此漫游車的體積必須很小,，長度可能還不到18英寸（約合45厘米）?？巳R什計劃在接下來兩周內(nèi)測試BRUIE漫游車的可折疊車輪,，使其更緊湊、更便攜,。該團隊還計劃對BRUIE展開最大膽的測試任務,，讓該漫游車在沒有牽引繩的情況下，獨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)二漫游車也將采用沒有牽引繩的設計?！懊看螆?zhí)行任務,，可能都要至少將牽引繩切斷一次?！笨巳R什指出,。不過，雖然繩子有纏成一團的風險,，但到時也許還需要一根索線來傳輸電力和聯(lián)絡地表儀器,。

BRUIE漫游車的輪子裝有圈狀鋸齒和窄嵌板,，可以防止漫游車被卡在冰中

克萊什及其團隊還在尋找更容易到達木衛(wèi)二海洋的方法,。他們曾借助潛水儀器考察過阿拉斯加的冰臼，即冰川中陡峭的,、灌滿水的井狀結構,。去年夏天，他們的機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,。木衛(wèi)二的冰層中可能也有冰臼結構，漫游車或潛水儀器可以利用這些結構下潛到海中,。

距離漫游車真正造訪木星衛(wèi)星還有很長的路要走,。克萊什表示,，希望木衛(wèi)二快艇任務和木衛(wèi)二登陸車任務能夠為今后的任務鋪平道路,，直到有朝一日真正將探測器送入冰層下方,。

與此同時，我們?yōu)槟拘l(wèi)二設計的漫游車還可以幫助我們更好地了解地球,?？茖W家已經(jīng)開始用BRUIE漫游車監(jiān)測北極湖泊的永久凍土層融化后甲烷的釋放情況。今年秋天,，這臺勇敢的漫游車更將在這些冰水中停留三到四個月之久,。

“我們準備把漫游車留在冰層下的湖水中，觀察隨著極夜到來,、冰層加厚,，這些富含甲烷的湖泊會發(fā)生怎樣的變化?！睗h德說道,。科學家可以了解到湖水結冰將對漫游車造成怎樣的影響,。此外,，科學家還可借這一機會，更好地了解此類人類無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,，“用來探索木衛(wèi)二的技術也可以被應用在地球上,，幫助我們探索本無法前往的極地之境?！保ㄈ~子）