探索外星水域

游飛宇

在過(guò)去的20年里，行星科學(xué)中最重要和最令人興奮的突破之一就是外星“水域”的發(fā)現(xiàn)。這些“水域”中最引人關(guān)注的是位于泰坦星（土衛(wèi)六，土星最大的衛(wèi)星）表面的液態(tài)甲烷湖。美國(guó)宇航局表示，泰坦星上有可能存在生命，比如某種未知生物正在呼吸著泰坦的大氣，并以地表的燃料為食。

這個(gè)說(shuō)法讓所有人為之振奮，大家都迫不及待地想一睹這個(gè)外星生物的風(fēng)采?？上?，由于探測(cè)困難，我們目前對(duì)于這些神秘的外星“水域”知之甚少。實(shí)際上，這些所謂的地下液態(tài)海洋目前也只是間接地探測(cè)到而已。

那么，我們應(yīng)該如何探索這些海洋呢？

目前最有可能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)想法是向泰坦星發(fā)射一艘太空潛艇。在過(guò)去的時(shí)間里，美國(guó)宇航局投入了大量的資金來(lái)研究如何輸送太空潛艇到泰坦星上最大的海洋──克拉肯海中。

泰坦?jié)撏У奶魬?zhàn)

克拉肯海存在于泰坦星表面的數(shù)千米冰層之下，面積達(dá)40萬(wàn)平方公里，比地球上的里海（面積37.1萬(wàn)平方公里）還大，它由大量的液態(tài)甲烷、乙烷和氮組成?？茖W(xué)家們相信，它最深處的深度可以超過(guò)150米。雖然甲烷的密度大約是水的4倍，但泰坦星的引力僅為地球的1/7。所以在克拉肯海底執(zhí)行任務(wù)的潛艇需要承受的壓力比在地球上要小得多。

至于太空潛艇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，美國(guó)宇航局的科學(xué)家表示，首先它的縱橫比要較高，垂直高度應(yīng)約為水平寬度的10倍，這樣可以將阻力最小化。天線應(yīng)該設(shè)計(jì)在頂部，在浮出海面后可以與地球通訊，而在潛入海底之后通訊會(huì)中斷，所以搜尋生命的過(guò)程需要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。同時(shí)，太空潛艇要能夠裝載大量?jī)x器，用以測(cè)量海洋的化學(xué)成分，并探測(cè)洋流、潮汐和洋底結(jié)構(gòu)等。

接著需要考慮的是電力問題。由于潛艇進(jìn)行的是冰冷的海底作業(yè)，它顯然不能像大多數(shù)宇宙飛船那樣由太陽(yáng)能電池板提供電力。針對(duì)這一問題，工程師們提出了各種替代方案，包括緊湊的核反應(yīng)堆、燃料電池等，但得出的結(jié)論是：這些材料對(duì)于太空潛艇而言都過(guò)于沉重。最終，他們提出，這些電能也許可以通過(guò)钚的放射性衰變產(chǎn)生。

但是，隨之而來(lái)的一大難題就是控制潛艇內(nèi)部的溫度。盡管海水溫度低至零下180度，但是钚的放射性衰變所產(chǎn)生的巨大熱量仍然有可能把潛艇內(nèi)部的設(shè)施燒蝕殆盡，所以我們必須設(shè)法把這些熱量消耗掉。

最后，我們還需要設(shè)計(jì)一個(gè)可以裝載潛艇的航天飛機(jī)，在太空中經(jīng)歷大約七年的航程，最終降落到克拉肯海。

降至地下海洋深處

為了使?jié)撏軌虼┰礁采w在克拉肯海之上的數(shù)千米冰層，我們需要一個(gè)穿冰機(jī)器人。穿冰機(jī)器人可以通過(guò)不斷的加熱把厚厚的冰層融化，這樣潛艇就能順利到達(dá)此次旅程的最終目的地——克拉肯海底。

值得注意的是，穿冰機(jī)器人加熱并融化冰層的過(guò)程需要持續(xù)消耗大量的電能?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，一個(gè)緊湊的核裂變反應(yīng)堆也許可以提供這些能量。它將幫助穿冰機(jī)器人在6個(gè)星期內(nèi)完成這項(xiàng)穿透冰層的工作。這個(gè)核反應(yīng)堆也只需要留在冰面上工作，它所產(chǎn)生的能量將通過(guò)光纖電纜傳輸給下行的穿冰機(jī)器人。

令人驚喜的是，這個(gè)想法實(shí)際上已經(jīng)在南極洲進(jìn)行了測(cè)試。不過(guò)，冰層融化之后會(huì)殘留許多雜質(zhì)，由這些雜質(zhì)形成的沉積物會(huì)在穿冰機(jī)器人前面堆積起來(lái)，阻礙機(jī)器人前進(jìn)，導(dǎo)致破冰工作難度加大。另一方面，穿冰機(jī)器人和潛艇都必須進(jìn)行昂貴而極端的消毒，以避免向可能存在生命的海底環(huán)境中引入任何污染。

雖然眼前障礙重重，但美國(guó)宇航局非常堅(jiān)定地相信，他們可以在2040年前完成這項(xiàng)在泰坦上部署太空潛艇的任務(wù)，由此打開突破口，逐步揭開外星“水域”神秘的面紗。