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美国国家航空航天局(NASA)派遣蜻蜓执行一项革命性任务,前往土星的“月亮泰坦”-这就是为什么

2021-10-12 16:50:52来源:

蜻蜓是一项旋翼飞机着陆任务,是NASA新边界计划的一部分,旨在利用土卫六的环境来采样材料并确定不同地质背景下的表面成分。这种革命性的任务概念包括以下能力:探索自然位置,以表征泰坦环境的可居住性,调查益生元化学的进展程度,甚至搜索可能表明水基和/或碳氢化合物生命的化学特征。

泰坦(Titan)拥有甲烷海和橙色烟雾,在某些方面与我们发现的地球最相似。土卫六虽然只是被重力束缚在其宇宙标尺土星上的卫星,但它却拥有整个星球的所有陷阱,包括云层,雨水,湖泊和河流,甚至还有咸水表面的海洋。

荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)于1655年发现了土卫六,称其为“土星月球”(Luna Saturni)。后来它被一群神话的希腊神灵称为泰坦(Titans)改名。

卡西尼号航天器上泰坦的这三个视图说明了同一地方在不同波长的光下看起来有多不同。

直到NASA的卡西尼号飞船在探索土星系统的13年中,使土卫二飞近127次飞越泰坦时,才知道这颗最大的土星卫星的真实本质。卡西尼号还于2005年在泰坦的大气层中放下了一架名为惠更斯号的欧洲航天局航天器,终于在这个宏伟的月球上揭开了面纱。

现在,美国国家航空航天局正准备派出类似无人机的飞船“蜻蜓”,以进一步挖掘这个世界,该世界已成为最重要的探索目标之一。泰坦如此诱人的五个原因如下:


蜻蜓是NASA的一项任务,旨在探索土星最大的卫星泰坦的化学性质和可居住性。

大气是包裹天体的气体分子的包裹层。在地球上,我们的大气层可以保护我们免受太阳的辐射;它还有助于维持和循环热量并分配养育生命的气体。

卫星也有大气层,但除了一种情况外,它们都是如此之薄,以至于几乎没有。在太阳系的许多卫星中,土卫六的大气很…好,是泰坦。月球的大气是如此的厚重和不透明-比地球的密度高四倍-数个世纪以来一直遮盖着泰坦的真实大小。的确,土卫六被认为是直到木卫三之前最大的卫星,该记录大约是地球的三分之一,比土卫六大两倍。

1944年,荷兰裔美国天文学家Gerard Kuiper使用一台功能强大的新型望远镜发现土卫六包裹在气体中。但是直到卡西尼号在土卫六的大气层上发射了惠更斯号探测器之后,科学家才终于详细地看到了这个被神秘笼罩了350年的世界的表面。

土卫六浓密的大气层为科学探索提供了关键优势,尤其是它的引力低(地球的1/7)和严寒的温度(-290华氏度,-179摄氏度,94开尔文)。这三个功能将帮助蜻蜓轻松地在泰坦的表面上方高空飞行,并以很少的能量更快,更远地飞行。实际上,蜻蜓预计将在近三年的任务中飞行100英里(160公里)以上,几乎是所有火星漫游者飞行总和的两倍。

在这张2005年卡西尼号上的土卫六高层大气中,可以看到少量的霾。

土卫六的大气主要由氮(约占95%)组成,就像地球(占78%)一样。它还包含约5%的甲烷,以及少量其他富碳化合物。

这两个世界之间的显着区别是氧​​气,这是土卫六上不存在的氧气,但占地球空气的21%。但这并非总是如此。当微生物在3.8到25亿年前统治这个星球时,这里没有氧气。取而代之的是,空气中充满了甲烷,这些甲烷是由这些简单的微生物在海洋中繁衍生息而产生的。一些科学家怀疑,甲烷有时会像在土卫六上一样,在地球周围形成不透明的橙色混浊。实际上,这种保护罩可能通过保持地球温度并筛选出许多可分解DNA的来自太阳的有害紫外线辐射,帮助养育了我们星球上的生命。如果微生物能够代谢掉到空中的有机颗粒,它也可能提供了营养。

泰坦看起来像数十亿年前的地球吗?科学家们是这样认为的。他们渴望通过蜻蜓了解土卫六大气中发生的化学反应是否与塑造地球空气的化学过程相似。

3)那里发生了有趣的化学反应

它仅需在大气中使用两种成分(甲烷和氮气)即可释放出复杂的有机化学网络,这使泰坦对科学家而言是独特而有趣的。在太阳辐射将这些分子中的每一个分开后,它们的碳,氢和氮组成原子可以重组形成各种复杂的有机化合物,这些化合物沉积在表面上。因为它们包含碳,所以被称为“有机”,这些类型的分子是地球生命的基石。因此,科学家们急切地想知道土卫六上有哪些化合物,以及它们是否类似于那些可能在地球上播种了生命的化合物。

泰坦上是否存在微生物生命,这对科学家来说是一个有趣的问题。一方面,月球表面明显缺少一种重要成分:液态水。在地球上,液态水对生命至关重要,因为液态水可以润滑分子过程并分布营养素,还有其他特性。

另一方面,科学家还没有排除土卫六的液态甲烷环境可能使其具有异国情调的生命形式的可能性。毕竟,科学家们知道地球上的微生物可以生活在可以想象到的最极端的环境中,包括温度远低于冰点的温度,高辐射且几乎没有水的区域。相似的生物能否在泰坦的困境中生存?

艺术家对“泰坦上的蜻蜓”的概念。

科学家们仍在努力了解地球大约10亿年时生命是如何开始的。许多人试图通过在他们的实验室中重新创建地球的原始条件来学习更多的知识。他们一次又一次地尝试引发化学反应,从而将年轻的地球分子汤转化为活物海洋。但是生命耗费的时间对于实验室实验来说太长了。

那就是土卫六进来的地方。许多科学家认为,月亮可能是益生元化学的虚拟实验室,这个实验室已经存在了很长时间。蜻蜓于2034年到达泰坦时,它将在月球表面的多个位置收集这些实验的结果,并具有多种地质历史记录。该航天器将在Selk撞击坑中结束其任务,在那里大量的有机化合物可能会与过去的液态水长时间混合,从而创造出至少在地球上能够维持生命的条件。

ESA的惠更斯号探测器成功降落在土卫六上之后,于2005年1月14日返回了这张土卫六的表面图像。

土卫六的地形,甚至其地貌,看起来都与地球极为相似。但是,仔细检查,每个熟悉的功能都具有异国情调的特征。

例如,蜻蜓在赤道地区的香格里拉着陆点,其沙丘很容易与南部非洲一个国家的纳米比亚相混淆。纳米比亚的这些沙山高达1000英尺(300米)。在土卫六上,发现的最高沙丘似乎在300至近600英尺(100至175米)以上。但是,沙丘不是由沙子制成,而是由深色的碳氢化合物颗粒或一些类似于精细咖啡渣的冷冻甲烷和乙烷制成。

还有其他惊人的相似之处:像地球一样,泰坦由流淌的河流和湖泊以及以神话般的海洋生物命名的海洋雕刻而成。但是,这些液态水体是由甲烷而不是水制成的,有些像北美的五大湖一样大。当气体流过地表,沿其路径磨蚀掉岩石时,会产生丘陵和山谷,让人联想到犹他州白峡谷和中国广西的丘陵和山谷。

散布在土卫六表面的岩石看起来也很熟悉。然而,它们是由水冰制成的,它在月球异常寒冷的天气中保持冻结状态。科学家还怀疑土卫六可能有活火山,但他们喷出的是液态水“熔岩”而不是熔融的岩石。在土卫六的表面上,看到上面天空中的云彩,可能会感到宾至如归。然而,他们有时会用甲烷雨水来代替泰坦的表面,而不是浇水。