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外星生命在眼前?未来欧罗巴任务会为告诉我们,人类也许不再孤独

来源:奇闻网 更新时间:2019-08-17 09:50

自2016年初以来,美国宇航局科学定义小组SDT的21名研究人员制定了一项计划——建造一个欧罗巴探测器并且送到木卫二。欧罗巴木星的一颗冰冻的卫星,距离地球超过6.2亿千米。美国宇航局欧罗巴探测器最早将于2023年发射,一旦着陆,探测器将收集有关卫星地质、组成和内部海洋的重要信息。

美国宇航局喷气推进实验室行星科学家Robert Pappalardo表示:“我们并不真正了解欧罗巴,所以我们才会使用欧罗巴探测器,就像我们探索火星一样,实地探测是最重要的。欧罗巴是一颗真正的冰冻卫星,也许它可以告诉我们很多关于冰冻卫星的消息。我们正试图理解这些谜团。”他是NASA喷气推进实验室的行星科学家,也是此次任务的项目科学家。

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任何生命都不会存在于欧罗巴的表面上,很可能它们会隐藏在海洋内部。而在厚厚的冰盖下,水可以以液态的形式存在,主要是因为我们现在所知道的所有生命都需要水,有了水就很可能拥有生物。

另外,海底的地质活动可以提供化学物质来喂养欧罗巴内部海洋的微生物,这也就表示欧罗巴内部海洋可能拥有一个物种不多的生物链。表面厚厚的冰盖是恰到好处,它可以阻挡撞击地表的宇宙辐射,还有太阳活动等等。科学家在欧罗巴卫星上还有很多研究要做……

探测器将携带一套九个科学载荷,现在九个科学载荷已经确定了,未来可能增加到12或者13个。厚厚的冰盖之下有很多秘密,而冰盖本身或者欧罗巴表面也有很多秘密。欧罗巴表面上最常见的特征是山脊,科学家们不确定这些山脊或者说冰山是如何形成的。另外,来到欧罗巴,你会发现太阳系的一大景观——冰羽流喷射。冰盖上的缝隙会将羽流喷射到太空中,这类现象也发生在土星的冰冻卫星土卫二上……

欧罗巴和土卫二有很多相似之处,土卫二在地壳下也有一个地下海洋,但与欧罗巴不同,它只有南极有冰羽流喷射,这可以说是特别的礼物。卡西尼在2005年发现了这些冰羽流喷射,从那时起,卡西尼曾多次飞越土卫二的南极羽流。不过欧罗巴的羽流是全球性的,不像土卫二只有南极喷发。

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旅行者号探测器拍摄到的欧罗巴卫星和其他卫星,欧罗巴是中间那个

另外,似乎有某种力量让欧罗巴表面的冰块在其表面移动,驱动它的力量到底是什么仍然是一个谜,确实是很神奇……“从地质学的角度来看,我们对欧罗巴不是很了解,但是这些任务都会随着欧罗巴探测器着陆迎刃而解。”欧罗巴任务的项目科学家DavidSenske告诉记者。为了解决这些谜团,宇宙飞船、仪器管理人员都延续了以前制定的任务计划。

科学探索之路——从未一帆风顺

想要顺利着陆?困难的因素太多了……首先是轨道规划,轨道规划是一项非常复杂的数学数据工作,最终的选择将精确地决定欧罗巴在任务期间能做些什么。现在,轨道规划小组正在不断针对每个科学载荷的实际情况进行评估,以便能达到最大的研究结果。

第二个重要的挑战因素是木星周围可怕的辐射环境……木星周围的辐射环境对航天器来说就好像地狱,这是因为木星的磁场很大,它捕获了很多来自太阳的带电粒子。而且一开始,探测器不会围绕着欧罗巴运行,而是围绕木星的轨道飞行,这些轨道大多在有害辐射带之内。在两到三年的时间里,探测器将潜入辐射区超过45次,然后飞快地到达欧罗巴,着陆并且开始下一个阶段的探测任务。

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除此之外还有一个挑战就是采取样本,如何采取样本,证明欧罗巴拥有有机生命是一个关键。SDT与美国宇航局的工程师合作,设计了一种能够钻入欧罗巴冰层约15厘米的钻探模块,以收集可以在宇宙飞船上进行生命迹象分析的样本。如果着陆成功,未来的欧罗巴任务可以钻得更远,甚至可能到达地下海洋。

除了用钻头或切割机提取样本外,研究小组还为着陆器配备了一个摄像机系统,用来观察外部情况、分析欧罗巴结冰地壳化学成分的仪器,以及一些监测地质活动的仪器,比如检波器等等。

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艺术家根据数据绘制的欧罗巴表面,满是混合物冰块……

其实分析样本一直是欧罗巴任务最重要的核心之一,现在科学家也在想办法,首先是如何模拟环境实验。南极洲冰层,我们来了……

德克萨斯大学奥斯汀地球物理研究所是杰克逊地球科学院的一个研究单位,这个研究所已经成为美国宇航局提供科学钻孔模块的机构之一。布兰肯希普是该科学模块的主要研究人员之一,他说:“欧罗巴表面温度很低,但也不是完全无法想象的寒冷。在冰层底部和海洋顶部有一个点,我们的探测器实时观测水的压力融度。另外,我们推测冰壳底部的温度、压力和盐度可能与浮冰的底部相同。”

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绘制冰盖地图也是欧罗巴任务的重中之重

除了分析样本,欧罗巴探测器还需要使用雷达穿透冰盖绘制冰盖地图,雷达将使用两个频率,一个较短的60兆赫波和一个较长的9兆赫波。较长的波可以穿过欧罗巴的冰,不过会有很多因素干扰信号,因此只能在欧罗巴反面远离行星的地方使用。相反,短波不受木星的影响,但它们更容易受到欧罗巴冰面粗糙度的干扰,精细度会下降。布兰肯希普说:“基于这种情况,我们会使用两种频率,这样雷达可以提供更全面和清晰的欧罗巴冰壳图像。”

布兰肯希普和他在德克萨斯州团队也在与欧洲航天局和意大利航天局合作,计划开发一种雷达仪器,目标是木星的卫星Ganymede,这是太阳系中最大的卫星。

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强激光钻探是一种新的概念,现在科学家还在不断测试,相信很快可以看到激光钻探欧罗巴的图像

除了美国宇航局钻探模块的候选方案之外,还有一种新的概念……这一概念被称为强激光冷冲击法,这是一种比较直接的激光穿透器,它将使用由光纤缆索携带的激光来穿透欧罗巴的冰盖。这项任务可以为未来的任务提供进入欧罗巴内部海洋的通道,并使下一代探测器在哪里继续寻找生命。

这种独特的冰渗透方法的优点在于,它可以很容易地与专用的传感器光纤集成,它还可以容纳能够寻找生物标记物和描述辐射和光环境特征的仪器。

科学载荷——欧罗巴探测器的灵魂

接下来我们继续来看看美国宇航局已经确定的9个科学载荷吧,科学载荷一直是探测器的重要灵魂,每一个科学载荷共同合作,才可以为人类揭开欧罗巴的诸多秘密。

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磁测深等离子体仪PIMS的工程试验模型,这是NASA欧罗巴探测器任务中的9种科学载荷之一

磁测深等离子体仪PIMS

磁测深等离子体仪由马里兰州劳雷尔约翰·霍普金斯应用物理实验室研究,该仪器将与磁强计一起工作,未来通过校正欧罗巴周围等离子体电流的磁感应信号来确定欧罗巴冰层厚度、海洋深度和盐丰度。

欧罗巴成像光谱仪MISE

欧罗巴成像光谱仪由美国宇航局喷气动力实验室制成,它的任务是调查和绘制有机物质、盐类、酸水合物、水冰相和其他物质的分布情况,以确定欧罗巴海洋的宜居性。

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欧罗巴探测器渲染图,离开地球

欧罗巴成像系统EIS

欧罗巴成像系统EIS由美国宇航局应用物理实验室APL研制,欧罗巴探测器上的广角和窄角摄像机将以50米的分辨率绘制欧罗巴大部分区域的地图,并将提供高达100倍分辨率的欧罗巴表面区域的图像。

欧罗巴评估和探测雷达

欧罗巴评估和探测雷达由得克萨斯大学奥斯汀地球物理研究所提供,布兰肯希普博士希望使用这种双频冰穿透雷达仪器绘制欧罗巴表征,并且完善欧罗巴近地表到海洋的冰盖结构,揭示欧罗巴冰盖的隐藏结构和内部海洋的秘密。

欧罗巴热发射成像系统E-THEMIS

欧罗巴热发射成像系统由坦佩亚利桑那州立大学制造,这种热发射成像系统将提供高空间分辨率,还可以提供欧罗巴多光谱热成像图像,以帮助探测活跃的地点,比如一些羽流喷口。

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行星探测用质谱仪MASPEX

行星探测用质谱仪由圣安东尼奥西南研究所SwRI研制,该仪器将通过测量欧罗巴极其脆弱的大气和任何射入太空的表面物质来确定海面和次表层海洋的物质组成。

紫外分光谱仪UVS

紫外分光谱仪也是由圣安东尼奥西南研究所SwRI制作的,这个仪器将采用和哈勃太空望远镜相同的技术来探测欧罗巴表面喷发出来的水。UVS相比于E-THEMIS能够探测到更微小的羽流,还可以提供关于欧罗巴稀薄大气的组成成分和其他有价值的数据。

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欧罗巴探测器由多个部分组成,这是艺术家制作的着陆器想象图

表面粉尘质量分析仪

表面粉尘质量分析仪由博尔德科罗拉多大学研制,该仪器将测量从欧罗巴喷出的小型固体粒子的组成,还有巨型羽流的组成,为未来直接对低空飞行中进行羽流采样提供机会。

欧罗巴磁强计

磁强计将有助于观察欧罗巴的磁场,帮助科学家确认欧罗巴海洋的存在,并确定其盐丰度和深度。该仪器还将探测冰盖的具体厚度。了解海洋的性质和上面冰盖的厚度,这对于确定木卫二是否适合居住至关重要,这是这次任务的关键科学目标。

前进之路——从来都是充满坎坷和“失败”

利用美国宇航局新的太空发射系统SLS,探测器可以直接飞向木星,并于2025年抵达。如果没有SLS,这段旅程将需要更长的时间,并且需要金星和地球的飞行才能到达正确的轨道。飞越金星意味着离太阳更近。离太阳更近意味着额外的热屏蔽系统,额外的热量屏蔽系统则意味着探测器会变得更重……所以SLS火箭是必须的运载火箭。

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欧罗巴任务的任务图标,新的探索之路就像大航海时代……

科学家预估欧罗巴探测器会很重,除了着陆器本身,还有另外三个组成部分:载波中继级、脱离轨道级和着陆级。美国宇航局并没有公开表示整个航天器的重量,但目前需要一个深空火箭和地球引力辅助,才能让它快点前往木星……

一旦进入木星轨道,登陆飞船将用18个月的时间慢慢地向内旋转到欧罗巴,在途中经过卡利斯托卫星和加尼米德卫星。到达欧罗巴之后,运载火箭载荷和中继卫星将分离,中继卫星将开始工作,目前估计,着陆器没有能力独自给地球发送信号。

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冰盖下是什么世界?艺术家根据现有数据绘制的冰盖与内部液体海洋

大家知道好奇号火星探测器和其他火星探测器都有一个“可怕七分钟”,这七分钟之内,探测器会降落在火星表面,这是一个令人痛苦的过程……在欧罗巴上,这7分钟可能变得更长,更难熬……

可能失败——科学家的前行与进取

探索之路永远都有失败相伴,正因为如此,科学家才要挑战不可能,每一次探索任务都寄托了人类对宇宙,太阳系,星球和所有天体的好奇。宇宙非常的奇妙,也非常巨大,但是人类如果是唯一的生命体,那该怎么办呢?

外星生命在眼前?未来欧罗巴任务会为告诉我们,人类也许不再孤独

90%可能SLS火箭将运载欧罗巴探测器,探测器是个大家伙,再加上距离遥远,只能通过SLS运载

也许外星生命就在我们的眼前,不会那么遥远……

新的目标,新的探索之路,欧罗巴,加油。

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