□ 尹懷勤

土衛(wèi)四上可能有生命

□ 尹懷勤

土衛(wèi)六北半球的湖泊地區(qū)是太陽(yáng)系中與地球最相似，也最耐人尋味的地區(qū)。新近的研究表明，這些湖泊會(huì)隨著季節(jié)的變化而發(fā)生變化

2016年12月初媒體報(bào)道，美國(guó)航宇局（NASA）1997年10月15日發(fā)射升空、2004年7月1日進(jìn)入土星軌道的“卡西尼”號(hào)探測(cè)器，在過去的12年里，為探索土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)，獲得了多項(xiàng)成果，做出了引人注目的貢獻(xiàn)。按照任務(wù)計(jì)劃，“終場(chǎng)演出”現(xiàn)已進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，“卡西尼”號(hào)的生命正進(jìn)入到最輝煌的時(shí)刻。2016年11月30日，“卡西尼”號(hào)開始執(zhí)行它的最后兩項(xiàng)任務(wù)：

第一項(xiàng)是變軌飛行，“卡西尼”號(hào)借助土星最大衛(wèi)星土衛(wèi)六的引力，從原先軌道“切換”到土星北極上方，靠近該星球的F環(huán)，并執(zhí)行首次飛掠F環(huán)的機(jī)動(dòng)任務(wù)。當(dāng)“卡西尼”號(hào)穿越土星光環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，其搭載的設(shè)備持續(xù)對(duì)周圍空間的微粒和氣體樣品進(jìn)行分析，并獲取靠近光環(huán)運(yùn)行、體積非常小、平常難以拍攝到的微小衛(wèi)星的迄今最佳圖像。此次“卡西尼”號(hào)的飛行軌道抵達(dá)了距離土星F環(huán)僅有大約1.1萬千米的位置上，按照計(jì)劃，今年“卡西尼”號(hào)還將在更近的距離上對(duì)這一光環(huán)進(jìn)行觀測(cè)。

第二項(xiàng)任務(wù)是從2017年4月27日起，“卡西尼”號(hào)會(huì)飛掠寬度約為804千米的F環(huán)20次，并在土星和土星環(huán)約2400千米寬的間隙中繞行22次。預(yù)計(jì)在2017年9月15日，“卡西尼”號(hào)將進(jìn)入土星的大氣層，同時(shí)發(fā)回前所未有的土星大氣成分精確數(shù)據(jù)，這也是“卡西尼”號(hào)離去的時(shí)候——它會(huì)在科學(xué)家的遙控指令的制導(dǎo)下墜入土星大氣燃燒殆盡，以防失控后墜落在土星衛(wèi)星上，使探測(cè)器上可能攜帶的微生物污染其環(huán)境，干擾后續(xù)研究。此階段任務(wù)能解開更多關(guān)于土星的秘密，包括這顆星球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、重力場(chǎng)及磁場(chǎng)。人心的重大發(fā)現(xiàn)。土星的夏至點(diǎn)為2017年5月，此次任務(wù)也因此而得名，該任務(wù)預(yù)計(jì)將持續(xù)至2017年9月中旬。

“卡西尼”號(hào)所攜帶的“惠更斯”號(hào)是歐空局專門為研究土衛(wèi)六而研制的探測(cè)器。在“卡西尼”號(hào)內(nèi)沉睡了7年的“惠更斯”號(hào)，每隔半年被地面控制中心遙測(cè)檢查一次技術(shù)狀況，最后一次檢查是在2004年12月24日，結(jié)果表明其性能一直處于良好狀態(tài)。“卡西尼”號(hào)飛繞土星之后，即按預(yù)定計(jì)劃，于2004年12月25日用彈射裝置以每秒0.3米的速度將“惠更斯”號(hào)彈出，經(jīng)歷20天的長(zhǎng)途跋涉，于2005年1月14日在受控條件下沖向土衛(wèi)六，為探測(cè)該天體可能存活低級(jí)生命做出了貢獻(xiàn)。

土衛(wèi)四（近）與土衛(wèi)二（遠(yuǎn)）

土衛(wèi)四表面有如波浪起伏的峽谷冰壁，這些冰壁越過各種隕石坑，沿著土衛(wèi)四的表面漫延

土衛(wèi)四的表面布滿隕石坑

“卡西尼”號(hào)探測(cè)器

“卡西尼”號(hào)是NASA用于探測(cè)土星及土星衛(wèi)星的探測(cè)器。它于2008年6月完成了首次為期四年的土星探索任務(wù)，并在2010年9月完成了首次名為“卡西尼春分任務(wù)”的延長(zhǎng)任務(wù)。如今，該探測(cè)器將開展第二次名為卡西尼夏至任務(wù)的延長(zhǎng)任務(wù)，屆時(shí)將做出更多激動(dòng)

“卡西尼”號(hào)的新發(fā)現(xiàn)

“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器

土衛(wèi)四漂浮在土星環(huán)上，從土星表面緩緩地飛越而過

卡西尼”號(hào)2011年5月拍攝，以土星和土星環(huán)為背景，土衛(wèi)六和土衛(wèi)四恰巧運(yùn)行到一起

“卡西尼”號(hào)近期獲得的重要成果，就是發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)四上可能孕育和存在低級(jí)生命。2016年10月11日媒體報(bào)道，冰冷的土衛(wèi)四似乎有一個(gè)地下海洋，里面充滿了液態(tài)水。日前發(fā)表于美國(guó)《地球物理研究快報(bào)》上的一項(xiàng)模擬研究顯示，直徑1120千米的土衛(wèi)四將成為繼土衛(wèi)六和土衛(wèi)二之后第三個(gè)被發(fā)現(xiàn)擁有地下海洋的土星衛(wèi)星。據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)刊文稱，這個(gè)巨大的海洋可能深藏在土衛(wèi)四冰殼以下100千米處。研究人員認(rèn)為，土衛(wèi)四的地下海洋可能直接接觸了它的巖石核心。論文作者阿蒂利奧·瑞瓦爾迪尼在發(fā)布的一份聲明中說：海洋與巖石核心之間的接觸至關(guān)重要，它們的相互作用提供了關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)和能量來源，二者都是構(gòu)成生命的基本成分。此外，這種海洋可能存在于土星衛(wèi)星的整個(gè)歷史中，這意味著，在土衛(wèi)四凸凹不平的冰殼之下，擁有讓潛在生命扎根和進(jìn)化的足夠時(shí)間。這使土衛(wèi)四成為航天探測(cè)獲得的太陽(yáng)系又一個(gè)可能有低級(jí)生命的天體，有助于開闊人們的視野。

土衛(wèi)四又名狄俄涅，其平均直徑為1120千米。它的表面主要由冰組成，溫度為-187℃，反照率僅為0.55，與土衛(wèi)三和土衛(wèi)二相比它比較暗。其整體密度為每立方厘米1.5克，僅次于土衛(wèi)二和土衛(wèi)六。土衛(wèi)四環(huán)繞土星運(yùn)行的距離是37.742萬千米，稍小于地月平均距離38.44萬千米，其環(huán)繞周期為65小時(shí)41分鐘。土衛(wèi)四軌道的偏心率為0.0022，相對(duì)于土星的赤道它的軌道的傾角為0.02°。它的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期一樣長(zhǎng)，也是65小時(shí)41分鐘，因此它與地球的衛(wèi)星月球一樣是同步自轉(zhuǎn)的，始終以同一半球面朝向土星，只是周期要短得多。

在“卡西尼”號(hào)2004年12月13日飛越土衛(wèi)四之前對(duì)這顆衛(wèi)星上較亮的線條狀結(jié)構(gòu)的來源不清楚，原因之一是到那時(shí)為止唯一拍攝到這個(gè)結(jié)構(gòu)照片的是在此之前的航天器從很遠(yuǎn)的地方獲得的。但“卡西尼”號(hào)的照片證明這些線條是由地震作用造成的明亮的冰懸崖。土衛(wèi)四的背面上顯示著巨大的破裂。2005年10月11日“卡西尼”號(hào)以只有500千米的距離飛越土衛(wèi)四時(shí)拍攝了這些懸崖的清晰照片，顯示有些懸崖高達(dá)數(shù)百米，說明其地震作用還是比較強(qiáng)烈的，內(nèi)部具有一定的能量。

“卡西尼”號(hào)曾在2010年4月飛越土衛(wèi)四上空，它攜帶的等離子體分光儀探測(cè)到土衛(wèi)四上有氧離子存在的跡象。這個(gè)等離子體分光儀是倫敦大學(xué)學(xué)院研究人員參與設(shè)計(jì)和制造的，該校研究人員在和同行分析了相關(guān)探測(cè)數(shù)據(jù)后認(rèn)為，在土衛(wèi)四上確實(shí)存在稀薄的氧氣。這一發(fā)現(xiàn)使得土衛(wèi)四加入了土星有氧衛(wèi)星的行列，之前的觀測(cè)曾發(fā)現(xiàn)，土衛(wèi)五以及其他一些土星的衛(wèi)星上存在氧氣。

美國(guó)一個(gè)來自新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究小組2012年3月2日曾發(fā)表聲明說，“卡西尼”號(hào)2010年4月飛經(jīng)土衛(wèi)四附近時(shí)曾經(jīng)收集了不少數(shù)據(jù)，通過研究這些數(shù)據(jù)證實(shí)了土衛(wèi)四的高空存在著稀薄氧氣，意味著土衛(wèi)四上可能存在有機(jī)化合物，后者是形成生命的基礎(chǔ)條件之一，或許擁有生命。土衛(wèi)四的表面有許多的撞擊坑以及明亮狹長(zhǎng)的條紋，主要由冰和巖石構(gòu)成。

由此看來，有冰覆蓋的星球可在宇宙射線作用下形成氧氣是一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象。由于土衛(wèi)四的表面溫度很低，覆蓋的冰層雖有較強(qiáng)烈的輻射，使其分解為氫氣和氧氣，但其中的氫氣逸散到太空中，而氧氣卻存留了下來，在土衛(wèi)四周圍形成了一個(gè)氣體層，但這層氣體非常稀薄，以至于不能被稱為大氣層。其氧氣的另一來源是，土衛(wèi)四上的能量來自土星強(qiáng)大的磁場(chǎng)。當(dāng)土衛(wèi)四圍繞土星公轉(zhuǎn)時(shí)，來自后者磁場(chǎng)的帶電離子猛烈撞擊在土衛(wèi)四表面，將表面冰層中的氧剝離出來。這些游離出來的氧氣逸散到土衛(wèi)四的外逸層，隨后將逐漸再一次被吹回土星的磁場(chǎng)中。

之前的研究認(rèn)為，土衛(wèi)四沒有海洋。而隨著越來越多的新數(shù)據(jù)被收集和分析，土衛(wèi)四厚厚的冰殼下面100千米處，具有深達(dá)數(shù)十千米的地下海洋，環(huán)繞著巖石內(nèi)核，有能產(chǎn)生地震的能量，加之又有稀薄的氧氣，可能存在有機(jī)化合物，儼然成為另一個(gè)可能有生命星球的候選者。

這張圖是基于“卡西尼”號(hào)在2004年至2013年間多次飛越土衛(wèi)六時(shí)獲取的雷達(dá)數(shù)據(jù)制作的。北極點(diǎn)右上方形似心形的是“麗姬婭?！?，是已知的土衛(wèi)六第二大液態(tài)體，比地球上的蘇必略爾湖要大。緊臨北極點(diǎn)下方的是“蓬加海”?！芭罴雍！庇蚁路降氖恰翱ɡ虾！?，它是土衛(wèi)六已知最大的海洋。北極點(diǎn)的左方和上方，則點(diǎn)綴著許多較小的湖泊，這些湖泊的寬度最大的可達(dá)50千米

NASA于2015年11月公布了一張“卡西尼”號(hào)在9月份從距離土衛(wèi)四表面83000千米處飛掠時(shí)拍攝的該星照片。這張照片同時(shí)拍攝到了土衛(wèi)二，新照片直觀地顯示了兩者之間的差異。在照片中，土衛(wèi)四處于近端，可以看到地表上具有明顯的環(huán)狀隕石坑，土衛(wèi)二位于遠(yuǎn)端，看上去像一顆明亮潔白的雪球。

“卡西尼”號(hào)之前的航天探測(cè)數(shù)據(jù)表明土衛(wèi)六和土衛(wèi)二均有地下海洋，都可能孕育和存活生命，此次研究結(jié)果使土衛(wèi)四成為土星第三個(gè)可能有生命的衛(wèi)星。除了土星的衛(wèi)星外，科學(xué)家們還依據(jù)“伽利略”號(hào)探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)研究分析后認(rèn)為，木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四也有地下海洋，均是可能有生命的星球。科學(xué)家們最近研究“新視野”號(hào)探測(cè)器飛掠位于海王星之外的冥王星和“黎明”號(hào)探測(cè)器繞飛小行星帶中的“谷神”星所獲得的數(shù)據(jù)資料表明，這兩顆矮行星或許也同樣如此。當(dāng)然，多個(gè)航天探測(cè)器以繞、落、巡的方式較早發(fā)現(xiàn)有水和可能有生命的星球還是地球的外鄰火星，對(duì)其做進(jìn)一步的探測(cè)研究尤其是載人往返火星，乃是航天界的一項(xiàng)重要任務(wù)，這對(duì)人類未來能否離開地球搖籃移居其他星球生活具有非凡意義。實(shí)際上，尋找太陽(yáng)系外宜居天體的重要性不僅亦在于此，而且更具長(zhǎng)遠(yuǎn)價(jià)值?！?/p>