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想探索外星海洋？看這些探測器如何大顯神通

小知識土衛(wèi)六科普漫游探索探測器


想探索外星海洋？看這些探測器如何大顯神通



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 。
據(jù)國外媒體報(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(xué)家決心對土衛(wèi)六和木衛(wèi)二上的海洋展開探索， 還設(shè)計(jì)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(yīng)對刺骨的嚴(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， 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(gè)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(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(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 。 科學(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 。 但問題在于， 這種探測器的去向?qū)⑷匡L(fēng)向和洋流決定 。 “大多數(shù)情況下， 浮標(biāo)漂到岸邊后便會暫時(shí)留在沙灘上， 下次漲潮時(shí)再重新漂起、回到大海 。 ”約翰霍普金斯大學(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 。 ”洛倫茲指出， 他是該潛艇的首席設(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 。 ”
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 。
工程師們對土衛(wèi)六海洋中的氮?dú)庥葹橹匾暎?因?yàn)榈獨(dú)饪赡軙纬蓺馀?、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圍的液體沸騰， 但會導(dǎo)致溶解在液體中的氮?dú)馕龀?。 ”NASA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)也會產(chǎn)生氣泡 。 哈特維格指出， 每枚葉片后部都會產(chǎn)生一個(gè)小小的空腔， 這里壓力驟減， 讓氣泡得以形成， 就像打開碳酸飲料時(shí)、液體滋滋冒泡一樣 。
這些小小的氣泡可能會導(dǎo)致兩大問題 。 首先， 它們會影響潛艇搭載的科學(xué)儀器， 使之難以測量深度和其它指標(biāo) 。 更令人擔(dān)憂的是， 這些氣泡也許還會干擾潛艇螺旋槳的運(yùn)行 。

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