劉進軍

“這是一顆新星！一顆土星的衛(wèi)星！”1655年3月25日，荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家惠更斯發(fā)現(xiàn)了土星的最大衛(wèi)星——“土衛(wèi)-6”。科學(xué)家用古希臘神話中神仙家族的 “大力神”命名這顆衛(wèi)星，英文名為“泰坦”（Titan）。

關(guān)于“土衛(wèi)-6”的起源，科學(xué)家們尚不能確定。然而，它的大氣提供了線索。美國宇航局、歐洲空間局和意大利航天局合作發(fā)射的“卡西尼-惠更斯號”探測器對“土衛(wèi)-6”進行了觀測，其攜帶的科學(xué)儀器測量了“土衛(wèi)-6”大氣中的“氮-14”和“氮-15”同位素。

科學(xué)家們從傳回的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，“土衛(wèi)-6”的氮同位素比率與奧爾特云中的彗星最為相似。奧爾特云在太陽系的最外層，那里擁擠地分布著數(shù)千億顆大大小小的冰球。奧爾特云圍繞太陽公轉(zhuǎn)，距離大約5000～100000個天文單位（一個天文單位約1.5億千米）。“土衛(wèi)-6”的氮氣比例表明，它形成于太陽系早期。它的血統(tǒng)來自一個由氣體和塵埃組成的原始太陽星云，并非來自比土星更溫暖的土星亞星云。如此看來，“土衛(wèi)-6”與土星是“兄弟”，而不是“父子”。

木星、土星、天王星和海王星都遠離太陽，它們的衛(wèi)星都是大冰球，被統(tǒng)稱為“冰月衛(wèi)星”。“土衛(wèi)-6”也是一顆冰月衛(wèi)星。它是土星最大的衛(wèi)星，其直徑為5149.4千米，比月球直徑大一半，屬于太陽系的第二大衛(wèi)星。它的質(zhì)量是月球的1.8倍。它距離土星約120萬千米，陽光到達那兒大約需要80分鐘。由于距離遙遠，陽光照射在土星和“土衛(wèi)-6”的亮度大約是地球的百分之一?！巴列l(wèi)-6”上晝夜亮度差不多。

“土衛(wèi)-6”早已被土星的引力鎖定，動彈不得，只能永遠一面朝向土星。它環(huán)繞土星的公轉(zhuǎn)時間大致為16個地球日，自轉(zhuǎn)時間也近16個地球日。所以在“土衛(wèi)-6”上需要花費幾乎一天時間，才能欣賞緩慢的日出或日落。

“土衛(wèi)-6”是一個非同尋常的星球。在太陽系已知的200多顆衛(wèi)星中，它是太陽系中唯一一顆擁有稠密大氣層的衛(wèi)星。它的表面完全被金黃色的氮氣籠罩了。

“土衛(wèi)-6”上的重力只有地球上的1/6，大致相當(dāng)于月球的重力。這意味著 “土衛(wèi)-6”上的雨滴直徑可達9.5毫米，而地球上雨滴的最大直徑只有約6.5毫米。這還意味著，在“土衛(wèi)-6”上的一滴雨滴從天空中落下的速度，比在地球上落得慢。地球上的降雨速度約為32千米/小時，每秒9.2米?！巴列l(wèi)-6”上的降雨速度約為5.6千米/小時，每秒1.6米。

目前，科學(xué)家還不完全清楚“土衛(wèi)-6”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。借助“卡西尼-惠更斯號”探測器觀測后，人們只是逐漸對它的構(gòu)造有了初步的了解?！巴列l(wèi)-6”從里到外可以分為5層：最里層是巖石的核心，是含水硅酸鹽巖石;第二層是一層特別的水冰;第三層是高壓冰層;第四層是一層含鹽的液體;最外層是水冰的外殼。冰殼表面覆蓋著有機分子。這些有機分子以沙子和液體的形式，從大氣中落下或沉淀下來。

俯瞰“土衛(wèi)-6”

“土衛(wèi)-6”的起源十分可疑。

2006年2月-2007年4月，“卡西尼號”紅外攝像機拍攝顯示，“土衛(wèi)-6”一直在變化。

“土衛(wèi)-6”上的大氣稠密、朦朧

“土衛(wèi)-6”上金黃色的大氣

可見“土衛(wèi)-6”是一個冰封的星球，但它有云、雨、河流、湖泊，以及甲烷和乙烷等液態(tài)碳氫化合物的海洋。最大的海洋有幾百米深，幾百千米寬?？梢哉f“土衛(wèi)-6”的表面是太陽系中最像地球表面的地方之一。盡管“土衛(wèi)-6”的溫度要比地球低得多（達到-179℃），化學(xué)成分也不同，但是水冰起到了巖石的作用，撐起了外殼?！巴列l(wèi)-6”可能也存在火山活動，但噴發(fā)的不是熔巖，而是液態(tài)水?！巴列l(wèi)-6”的表面流淌著甲烷和乙烷，這些甲烷和乙烷雕刻出河道和湖泊。湖泊里充盈著液態(tài)天然氣。在太陽系中，只有地球和“土衛(wèi)-6”的表面存在液態(tài)天然氣。

在赤道地區(qū)，巨大的黑色沙丘覆蓋著大地，地貌相當(dāng)恐怖。這些沙丘中的“沙子”是由黑色的碳氫化合物顆粒組成的，有點像咖啡渣。從外觀上看，高大的沙丘與非洲納米比亞沙漠中的沙丘并無不同?！巴列l(wèi)-6”表面似乎沒有撞擊坑，這意味著它的表面非常年輕。

當(dāng)年，“旅行者號”掠過“土衛(wèi)-6”時，科學(xué)家們希望看到它深藏不露的奇異外貌。但非常遺憾，人們只能看見一顆隱藏在橙色云霧里的星球。根據(jù)重力測量和多普勒效應(yīng)觀測，“土衛(wèi)-6”環(huán)繞土星運行時，會有非常輕微的擺動。它竟然還會跳“搖擺舞”，這令科學(xué)家們疑惑不解，紛紛追問這到底是為什么？

全球海洋

迄今人類一共派遣了3顆太空探測器觀測了“土衛(wèi)-6”。美國“先驅(qū)者11號”、“旅行者1號”和“旅行者2號”探測器在飛越土星時，順便拜訪了“土衛(wèi)-6”并進行了研究。2004-2017年間，“卡西尼-惠更斯號”在土星軌道上飛行了13年，環(huán)繞著土星飛越了294次，取得了重大成就。

“卡西尼-惠更斯號”多次對“土衛(wèi)-6”進行重力測量，它的雷達和紅外探測儀器窺視了“土衛(wèi)-6”的陰霾，描繪出了“土衛(wèi)-6”表面和復(fù)雜大氣的詳細地圖，并發(fā)現(xiàn)“土衛(wèi)-6”隱藏著一個地下海洋。

2005年1月14日，“卡西尼-惠更斯號”著陸器降落到“土衛(wèi)-6”表面。它馬上向地球報告：測量到“土衛(wèi)-6”的冰層下大約55～80千米的深處存在全球海洋。

2006年7月，“卡西尼-惠更斯號”的雷達在“土衛(wèi)-6”北極附近發(fā)現(xiàn)了一個湖泊或海洋，其面積約為10萬平方千米，相當(dāng)于15670多個西湖，深度達幾十米?！巴列l(wèi)-6”因而成為太陽系中極少數(shù)可能存在可居住環(huán)境的星球。此外，“土衛(wèi)-6”的海洋、湖泊和河流，以及液態(tài)甲烷和乙烷的海洋都可能成為宜居環(huán)境。盡管那里的生命都可能與地球的生命大不相同。

在太陽系內(nèi)，只有“土衛(wèi)-6”和地球擁有河流、湖泊和海洋。在“土衛(wèi)-6”厚厚的水冰外殼下，就是海洋。海洋可能是孕育生命的地方?！巴列l(wèi)-6”的海洋、湖泊和液態(tài)碳氫化合物海洋，可能孕育著不同化學(xué)物質(zhì)的生命。

2006年下半年，“卡西尼-惠更斯號”利用雷達繪制了“土衛(wèi)-6”表面20%的地圖。這次它又在“土衛(wèi)-6”的北極地區(qū)發(fā)現(xiàn)了幾十個湖泊，湖面上流淌著大量液態(tài)碳氫化合物，也就是石油。這里的石油湖泊含量是地球上所有已知石油和天然氣儲量的幾百倍。

2006年2月-2007年4月，“卡西尼-惠更斯號”的合成孔徑雷達在北極地區(qū)拍攝了麗姬婭湖。麗姬婭湖是“土衛(wèi)-6”上已知的第二大湖，湖中充滿了乙烷和甲烷等液態(tài)碳氫化合物。

“土衛(wèi)-6”表面的巖石地貌

“土衛(wèi)-6”的表面最像地球

“土衛(wèi)-6”上的雷電、雨水和河流等效果圖

“土衛(wèi)-6”上的湖泊

“變形”機器人

太空探索，大部分的工作都是由機器人完成的。人類從地球向外太空發(fā)射太空探測器，越來越深入地探索太陽系。若要讓機器人在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境中發(fā)揮作用，就需要更具智慧和能力的機器人。

現(xiàn)在，“土衛(wèi)-6”已在行星科學(xué)家的探測名單上，但任何前往“土衛(wèi)-6”的機器人都必須與地球截然不同的環(huán)境作斗爭，比如寒冷的溫度，低溫的火山、洞穴、湖泊和海洋。在這樣的環(huán)境下，“好奇號”類型的漫游車將很難做到。

美國宇航局一直在研究未來的太空機器人。早在2005年，美國宇航局舉辦了月球探測器大賽。其中就有一位洞穴專家和一位化學(xué)家共同研制的一種一機多分、會變形的球型探測器。美國宇航局因此受到啟發(fā)，研究出一種由多個小型機器人組成的變形機器人，稱為“變形機”，致力于解決探索“土衛(wèi)-6”將要面臨的挑戰(zhàn)。

“變形機”探測器的研究團隊，包括美國斯坦福大學(xué)和康奈爾大學(xué)的研究人員。他們開發(fā)出一種由更小的機器人組成的自組裝機器人的概念，將其命名為“眼鏡蛇”。每個“眼鏡蛇”都是一個兩棲機器人，會飛也會走。當(dāng)單個“眼鏡蛇”裝入“變形機”時，“變形機”就像一個巨大的圓形輪子在星球表面滾動。當(dāng)任務(wù)需要時，個別的“眼鏡蛇”還可以從“變形機”中分離出來，飛行或潛行到目的地。

目前，“眼鏡蛇”還處于測試階段。如果這個想法實現(xiàn)了，那它只需要自主組裝和智能探測，而無需等待來自地球的一個個指令行事。隨著人工智能和機器人技術(shù)的進步，實現(xiàn)這個想法已指日可待了?！把坨R蛇”非常適合探索像“土衛(wèi)-6”這樣遙遠的天體。這種機器人除了擁有多功能性之外，還具有一種備份設(shè)計。如果一個“眼鏡蛇”由于某種原因出現(xiàn)故障，也不會威脅到整個任務(wù)。

“土衛(wèi)-6”上的海洋漂浮著大量浮冰

“土衛(wèi)-6”上的石油湖泊

“卡西尼-惠更斯號”拍攝的麗姬婭湖的雷達圖像

充盈著甲烷和乙烷的湖泊

“土衛(wèi)-6”上的外星人會是什么樣呢？

科學(xué)家曾這樣設(shè)想：鑒于“土衛(wèi)-6”稠密和朦朧的大氣層，如果想安全、全面地探測“土衛(wèi)-6”，那么必須發(fā)射一艘如航空母艦一樣的母艦。母艦上裝有放射性同位素?zé)岚l(fā)電機（RTG），為“變形機”和“眼鏡蛇”提供能源。如果沒電了，“變形機”和“眼鏡蛇”會自行回到母艦上給自己充電。

由于“土衛(wèi)-6”的大氣層比地球上的稠密，因此在“土衛(wèi)-6”上飛行比地球上飛行容易多了。如果需要探測另一個地方，“眼鏡蛇”將能夠協(xié)同工作，把母艦抬起來并運送到新的地點。經(jīng)計算，10個“眼鏡蛇”就可以很容易地把“卡西尼-惠更斯號”探測器大小的著陸器抬起來，并輕輕地將它帶到不同的地方。這聽起來像科幻小說，但科學(xué)家正在將科幻般的想法變成現(xiàn)實，來探索充滿危險、遙遠的星球。

“土衛(wèi)-6”是太陽系中已知的唯一一個以甲烷湖、河流和海洋等液體形式存在的星球?，F(xiàn)在讓“變形機”參加探測“土衛(wèi)-6”的下一個任務(wù)還為時尚早，但在不久的將來，一個由“變形機”進化而來的機器人團隊環(huán)繞著“土衛(wèi)-6”飛行將成為常態(tài)。

“大力神”號核潛艇

“土衛(wèi)-6”上最大的海有幾百米深，幾百千米寬。

美國宇航局格倫研究中心的科學(xué)家提議應(yīng)該研制一艘核潛艇，深入“土衛(wèi)-6”的海洋，去揭開深埋其中的秘密。讓一艘核潛艇在太空飛行幾年時間后在“土衛(wèi)-6”的上空降落，再在劇毒的海洋里潛行。這聽起來簡直是天方夜譚，似乎是個荒唐的笑話！

請大家別笑！美國宇航局格倫研究中心的科學(xué)家真的雄心勃勃地設(shè)計了一艘無人多功能核潛艇。因為“土衛(wèi)-6”的真名是“大力神”，因此這艘多功能核潛艇被命名為“大力神”號。

“大力神”號是世界上第一艘行星核潛艇。它看起來像一艘老掉牙的古董潛艇，實際上卻是高科技的結(jié)晶，運用核動力、放射性同位素發(fā)生器和熱輻射發(fā)動機作為推進器。它準(zhǔn)備在“土衛(wèi)-6”極為惡劣的深海環(huán)境中開展各種探測工作。

變形機和“眼鏡蛇”機器人

變形機探測“土衛(wèi)-6”的甲烷瀑布

“大力神”號星際潛艇

“大力神”號星際潛艇

“大力神”號潛艇各大系統(tǒng)

“大力神”號核潛艇擁有4個螺旋槳，可以進退和調(diào)整方向

“大力神”號核潛艇探測深度大約160米的海底。

“大力神”號核潛艇在“土衛(wèi)-6”的海洋里探測。

“大力神”號核潛艇探測“土衛(wèi)-6”的海洋。

按照計劃，“大力神”號將于2040年飛往“土衛(wèi)-6”。這將開創(chuàng)星球探測的新方式?？茖W(xué)家計劃讓它在“土衛(wèi)-6”的極地海洋——“克拉肯·馬雷”一帶空降。這片海洋的面積大約為39.88萬平方千米，深度約160米，其海流和潮汐比較正常。

為了將“大力神”號安全地降落在“土衛(wèi)-6”上，科學(xué)家設(shè)計了最佳的空降方案：飛船先運載“大力神”號核潛艇飛往“土衛(wèi)-6”，環(huán)繞“土衛(wèi)-6”軌道飛行，再擇機降低高度，并拋掉保護罩，打開飛機一樣的飛翼在大氣層中飛行。當(dāng)瞄準(zhǔn)降落點后，飛船滑翔降落，最后一個猛子下潛到海洋，隨即“大力神”號核潛艇從飛船里鉆出來，乘風(fēng)破浪，開始探險活動。

“土衛(wèi)-6”距離地球遠達14億千米，“大力神”號核潛艇怎樣與地球通信呢？科學(xué)家計劃讓“大力神”號每隔16個小時上浮一次發(fā)射信號，傳回地球。從“土衛(wèi)-6”發(fā)送和接收信號，“大力神”號各需花費1.5小時。

科學(xué)無處不在，而創(chuàng)新需要想象力。想象力比科學(xué)更重要！美國宇航局將發(fā)送“大力神”號核潛艇探索“土衛(wèi)-6”海洋的創(chuàng)舉能成功嗎？請拭目以待！