蜻蜓号任务,一场跨越十年的寻找外星生命新旅程

一周以来,天文科技板基本上被“蜻蜓号”土卫六探测任务刷屏了,经过了几天的预热,该给大家好好谈谈NASA这场跨越10年(很可能是跨越20年)的伟大旅程了。而这场旅程的主要目的,就是通过调查“泰坦星”土卫六的大气和地质的化学成分,研究我们太阳系物质的起源和地外生命是否存在。

蜻蜓号土卫六探测器全貌

寻找地外生命,是人类重新认识自己,认识宇宙的过程。自从1961年人类涉足太空开始,对外星生命的探索就伴随着人类的太空事业前行。特别是冷战中后期开始,以美国为首的西方国家开始向外太阳系发射探测器,甚至带去了人类美好的祝愿。直到今天,人们在探索火星时,还把寻找水和碳基、烃基元素等生命赖以生存的物质作为首要目标之一。

发现土卫六,从土星的月亮到泰坦星

早在近400年前的1655年,著名的科学家惠更斯就通过自制的望远镜发现了这颗“土星的月亮”。土卫六公转周期为15天,自转周期因潮汐锁定与土星相同。但由于当时技术的限制,在接下来的近300年里,对土卫六只停留在初步的认知上,直到后来大型天文台观察到图卫六上的明暗光斑和可能存在的大气层。从那时起,天文学家就开始怀疑土卫六上可能有生命的存在。

旅行者1号首次拍摄到土卫六的画面

直到1980年,NASA发射的旅行者1号和旅行者2号飞船先后近距离飞越了“土卫六”,这层蒙在人们眼上几百年的面纱终于被揭开。又名“泰坦”的土卫六是土星最大的卫星,体积介于月球和地球之间,比水星略大。土卫六的大气压力约为地球的1.5倍,但重力却比地球小得多。旅行者1号发现土卫六被棕色的浓厚大气所覆盖,主要成分可能是碳氢化合物。当时这被认为是甲烷发生光合作用的产物,进一步加深了人们对土卫六具备生命存在基本条件的判断。

卡西尼-惠更斯号,首次踏上棕色星球

于是从1980年代开始,美国和另外16个欧洲国家联合展开了一项横跨两个世纪的外星探索任务——卡西尼·惠更斯号土星系统探测器。经过十几年的联合研制,卡西尼号探测器终于在1997年发射升空,历经多次水星和地球飞越加速,于2004年顺利抵达木星轨道,卡西尼号所携带的惠更斯号着陆器于2005年1月14日成功着陆在土卫六上。

卡西尼惠更斯号解开了土卫六的面纱

尽管惠更斯号在土卫六上只存活了短短的90分钟,但在从轨道上下降到着陆的两个多小时里,惠更斯号向母舰“卡西尼号”回传了大量的土卫六数据,其中包含了清晰的地表图片、大气的构成、风速和压力等。人类终于获取了土卫六的第一手资料。人们明确了土卫六的大气主要由氮气构成,还有少量的甲烷类气体。地表比较平坦,有大量的鹅卵石(流水冲刷),几乎没有超过50米的沟壑与山脉,有部分撞击坑但是分布并不均匀。

惠更斯号拍到的土卫六地表土壤

卡西尼号通过10年的观测,发现了土卫六上的平均温度在-180°左右,表面存在着液态湖、冰冻火山和流水淌过的痕迹。但这些液态湖的湖水很可能是液体甲烷类物质构成的,并不是传统的水。而冰冻火山喷出的物质很可能也与地球不同。流水痕迹说明了数千年以前,土卫六上可能有某种形式的低级生命出现。更有人大胆预测,地球上的生命以液态水为基础,而土卫六的生命可能以液态甲烷为基础。

新前沿计划,冥冥中“蜻蜓号”项目胜出

得益于美国2003年开始的“新前沿计划”,NASA每隔5年发射一次星际科学相关的深空探测器。2006年发射了“新地平线号”冥王星探测器;2011年发射了“朱诺号”木星探测器;2016年发射了“奥里西斯号”小行星取样返回探测器。2019年6月27日,新前沿计划的第四个任务正式公布,“蜻蜓号”土卫六探测器从全部6个大类、12个候选计划中脱颖而出。

蜻蜓号将在2026年发射升空,并将于8年后的2034年在土卫六上着陆,执行2.7年的科考任务,整个项目耗资10亿美元左右。之所以要选择土卫六作为目标,就是因为它内部有大量的水冰结构、富碳物质和内部海洋,这是研究生命起源的优先目标。蜻蜓号土卫六探测器作为一项天体生物学任务,就是要考察土卫六上的物质环境是否适合微生物的生长。

蜻蜓号土卫六着陆过程演示

由于土卫六大气的高密度和低重力,使得飞行相对容易,因此蜻蜓号和火星上的漫游车不同,它是由4个双螺旋机翼构成的直升机,样子看起来与大疆无人机很像,只是体积更大些。蜻蜓号在土卫六上的飞行速度可达36公里/小时,最高离地4000米。蜻蜓号通过核动力“同位素热电机”进行充电,每次充电可以飞行数10公里。夜间的8天里,蜻蜓号将降落在地面上,并对采集的样本进行分析、观察地震现象和监测气候。它还将点亮自带的LED小台灯,对地面进行夜间成像。

一场跨越10几年,命运未知的旅程

蜻蜓号的标准任务使命是2.7个地球年,再加上从地球出发的8年就是整整11年。而这11年的努力最终要做的事就是寻找土卫六上现在或者过去是否存在生命的化学依据。尽管科学家们都充满期待,但没人知道那里会发生什么,也不知道蜻蜓号能不能顺利的完成这长达十几年的任务。

近距离观察蜻蜓号探测器

为提高蜻蜓号的可操作性,NASA将研制新一代的高增益天线,未来将配合地面基站、GPS系统和探测器自带的高精度原子钟进行与地球间的直接通信与自主导航。这场旅程中蜻蜓号将至少携带质谱仪、中子光谱仪、气象和地震传感器、微距和全景相机等科学载荷,以完成人类交给它的寻找外星生命的使命。

这是命运的选择,也是星际探索的必由之路

蜻蜓号探测器看似是通过竞选胜出的一次普通任务,但其实他是旅行者号、卡西尼号任务的延续,是人类探索未知世界、寻找地外生命的又一次延伸。从旅行者号40年前看到土卫六的大气,到15年前惠更斯号拍到首张地表图片,这越来越激发起人类对这颗星球的好奇。现在人类已经具备深入探索它的科技条件,因此蜻蜓号飞向土卫六也就水到渠成。可以大胆的猜测,土卫六的生命存在指数甚至比火星还要高。

中国人的深空探索也从2007年的嫦娥1号起正式启动,嫦娥2号曾经飞越过“图塔蒂斯”小行星,我们也尝试过向火星发射“萤火一号”。我国已经规划了未来几十年月球、火星、冥王星和小行星的探测计划,深空探测网的建设也已展开。不久后,中国深空探测器也将带着人类相同的使命,踏上未知的征程。

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