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NASA又一新计划!“蜻蜓计划”或将往土卫六发送勘察无人机

关注:199 发表时间:2019-01-21 16:36:38

卡西尼号土星任务的数据显示土卫六表面有一个大湖。这个卫星表面的液体主要是有机化合物,如甲烷(这里用黑色表示);固体表面由水冰构成(这里用金色表示) 来源:NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell


环绕着土星卫星土卫六的宇宙飞船透过土星的黄色薄雾发现了一个奇怪而又熟悉的世界,理论上生命可以在那里生根。现在,科学家们想要重新回归到土卫六——这一次是受到地球对无人机技术着迷的鼓舞。


这正是“蜻蜓”(Dragonfly)计划背后的科学家团队想要做的事情:将地面无人机技术和经过火星探测任务磨练的仪器结合起来,去研究在土星最大的卫星(土卫六)上发生的复杂化学反应。今年晚些时候,NASA将需要在这个任务和另一个最终提案之间做出取决,后者计划将从一颗彗星上收集样本。


“乍一看,我认为很多人认为‘蜻蜓’听起来像是‘难以置信’的字面意思,”该任务的副首席研究员、美国宇航局科学家梅丽莎·特雷纳(Melissa Trainer)说,“这不仅仅是一个有着先进科技、并且令人兴奋的概念,而且从工程学的角度上来说它还是可行的。”


如果蜻蜓计划被选中,该计划将会在2025年发射,2034年到达泰坦。它将探索的这个遥远又奇异的卫星让人奇怪地想起了地球。在地球上,阳光为生长在田野和森林中的有机生命提供动力;同样的阳光在土卫六的高层大气中也引发了化学反应,产生了大量的有机分子,像下雨一样一样倾泻到土卫六表面。地球的景观是由岩石构成,有些的地方被水覆盖,而土卫六的景观则是由水冰构成,有些地方被有机化合物覆盖。


我们对土卫六这些特征的了解主要来自卡西尼号对土星系统和惠更斯号探测器收集的数据。总的来说,这两个航天器彻底改变了科学家们对这个卫星的看法。


“在卡西尼号到达之前,我们并不知道土卫六是如何作为一个系统运作的。我们得到了诱人的线索,但卡西尼和惠更斯才是真的把土卫六从一个神秘的卫星变成了一个令人难以置信的熟悉的地方,”蜻蜓计划首席研究员、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家Elizabeth "Zibi" Turtle说,“卡西尼号向我们展示了土卫六的世界,它是如何工作的,以及作用在它上面的各种不同过程。”


但是卡西尼号从来没有通过土卫六厚厚的大气层看到过它的表面,惠更斯号探测器在着陆之后几个小时内就耗尽了能源。如果一切进展顺利的话,蜻蜓将能够在两个地球年的时间里在土卫六上探索几十个地点,而且计划中的一些任务并不像你想象的那么困难。


例如,就拿着陆来说。特雷纳曾经还在好奇号火星探测器任务中工作过,他清楚地记得在好奇号探测器那令人激动的着陆过程中所谓的“惊魂7分钟”,当时探测器努力让自己减速,以尽快减缓速度来进行缓慢着陆。“与好奇号相比,在土卫六上着陆只能算一种悠闲、轻柔的漂浮,”她说,“由于大气密度大,着陆过程大约需要2个多小时。”


这种像枕头一样的大气层,加上土卫六上的低引力(约为地球引力的七分之一),使得在遥远的土卫六上发射飞机变得更加可行。通过旋翼直升机的设计,蜻蜓可以使用核能从土卫六表面起飞(美国宇航局通常都会为这类级别的任务提供的核能)。


但是,采用外星无人机技术只是达到目的的一种手段,并不是我们的最终目标。“根据现在的情况来看,我们非常关注蜻蜓任务在地面的飞行,因为蜻蜓任务的这个部分真的很令人兴奋,但事实上蜻蜓的大部分时间都是在地面上度过的。蜻蜓计划实际上只是一个着陆的包裹,一个科学实验室——我们的大部分科学工作都是在地面上进行,只不过我们会飞到别处,在其他地面上获取一些数据,然后我们会再搬到另一个新的地方,在那些新的地方再做更多的科学实验。”


这些科学实验将会解决泰坦上的化学问题。科学家们知道这颗卫星含有大量的有机化合物,但是卡西尼号和惠更斯号没有收集到足够的数据来阐明这颗行星的化学成分。而蜻蜓能够精确地识别出有机化合物,因此科学家们能够确定泰坦的分子与地球陆地生物所依赖的分子究竟有多接近。


Turtle说:“蜻蜓计划的首要任务是了解生命起源之前的化学。从化学到生物之间的过程发生了什么?当然,我们不能在地球上研究这个问题,因为生物几乎在所有东西上都留下了印记,但泰坦在太阳系中是最像早期地球的地方。”


科学家们在实验室里进行了一些实验,试图模拟泰坦的环境,以测试他们模拟的模型产生了哪些条件和化合物成分。这些实验已经有了有趣的结果——例如,模拟中的那些反应可以产生氨基酸,即蛋白质的构建成分——但这个模拟不可能无限期地运行。特雷纳说:“在实验室里,你总是会受到时间的限制,但土卫六已经这样运行了数百万年了。土卫六基本上一直在为我们做这些实验,我们所做的就是去土卫六上取回这些实验结果。”


如果这项任务的动力是来自于卡西尼号和惠更斯号的任务,那么获取这些结果的方法则是受到了一套完全不同的航天器的启发:美国宇航局的火星漫游者。毕竟,泰坦并不是NASA研究有机化合物的第一个地方(那正是好奇号漫游者的设计初衷),因此,蜻蜓会携带一些适应新环境的相同工具。


蜻蜓计划是否能发射升空现在完全取决于美国宇航局。去年12月,蜻蜓计划团队提交了一份详细的概念报告,并期望NASA在今年夏天做出决定。研究小组成员说,他们认为他们已经为这项任务的科学性和可行性提出了一个相当令人信服的理由。


“这很神奇,但并不疯狂,”特雷纳说。



来源:前瞻网



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