首探衛星表面、研究甲烷循環、尋找化學生物特征等

“蜻蜓”号任務進入、下降、着陸、星表操作和在土衛六飛行的概念圖。圖片來源：約翰斯·霍普金斯大學/APL

在太陽系衆多衛星中，土衛六最為突出。它是唯一一顆表面有豐富大氣和液體的衛星，甚至擁有類似地球的天氣系統，盡管它下的“雨”是甲烷而非水。它可能存在某種生命嗎？

美國航天局的“蜻蜓”号任務将在21世紀30年代中期向土衛六表面發射一個旋翼飛行器可重新定位着陸器，這将是首次探索土衛六表面的任務。

“蜻蜓”号“胸懷大志”，有着宏偉的目标。近日，“蜻蜓”号科學團隊在《行星科學雜志》上發表的一篇論文指出，其目标包括尋找化學生物特征、研究衛星活躍的甲烷循環、探索土衛六大氣層和表面生物起源前的化學過程。

“土衛六代表着探險家的烏托邦。”該研究共同作者、美國藝術與科學學院天文學副教授Alex Hayes說，“土衛六的科學問題非常多，因為我們還不知道土衛六表面到底發生了什麼。在卡西尼号從土星軌道探索土衛六期間，我們回答了很多問題，但又得到了10個新問題。”

論文第一兼通訊作者、“蜻蜓”号副首席研究員、愛達荷大學物理學教授Jason Barnes表示，盡管卡西尼号已經繞土星運行了13年，但土衛六上厚厚的甲烷大氣層使科學家無法準确識别其表面物質。“事實上，在卡西尼号發射的時候，我們甚至不知道土衛六表面是甲烷和乙烷組成的液态海洋，還是水冰和固體有機物組成的固體表面。”他說。

“惠更斯”号探測器于2005年登陸土衛六，其設計初衷是漂浮在甲烷/乙烷海洋中，或降落在堅硬的表面上。它的科學實驗主要是在大氣中進行的，因為科學家不确定它能否在着陸後“存活”下來。“蜻蜓”号将第一個探索土衛六表面，确定其富含有機物的表面的詳細組成。

“我們已經預測了土衛六表面的局部情況，以及土衛六作為一個系統是如何工作的，而‘蜻蜓’号的圖像和測量将告訴我們這是對還是錯。”Hayes說，他特别渴望回答卡西尼号提出的一些問題——行星表面過程和表面—大氣相互作用。

“我的主要科學興趣是了解土衛六是怎樣一個複雜的類地世界，并試圖了解推動其進化的過程。”他說，“這涉及方方面面，從甲烷循環與地表和大氣的相互作用，到物質在地表的路徑，以及與内部的潛在交換。”

同時擔任康奈爾大學天體物理和行星科學中心主任的Hayes還将在另一個重要領域貢獻專業知識——火星探測器任務的操作經驗。康奈爾大學的天文學家目前參與了火星科學實驗室和火星2020任務，并領導了火星探索漫遊者任務。Hayes表示，從火星漫遊者身上學到的經驗教訓正在被“轉移”到土衛六上。

“蜻蜓”号将在一個地點度過一個完整的土衛六日，進行科學實驗和觀察，然後飛往一個新的地點。“科考隊需要根據之前地點的經驗來決定探測器下一步要做什麼，這正是火星漫遊者幾十年來一直在做的事情。”Hayes說。

土衛六重力更小、大氣層很厚且相對安靜，這使它成為空中飛行器的理想場所。雖然科考隊預計“蜻蜓”号飛行期間不會下雨，但Hayes指出，目前還沒有人真正知道土衛六上的局部天氣模式。

該小組論文中提出的許多科學問題都涉及生命前化學，這是Hayes非常感興趣的一個領域。許多在早期地球上形成的生命前化學化合物也在土衛六的大氣中形成，他很想知道土衛六在生命前化學方面到底走了多遠。土衛六的大氣層可能與早期地球上的情況很相似。

“蜻蜓”号對化學生物特征的研究也将是廣泛的。除了總體上檢查土衛六的可居住性，科學家還将調查過去或現在潛在的化學生物特征，從水生生物到可能使用液态碳氫化合物作為溶劑的生物，比如在湖泊、海洋或含水層。（晉楠）

來源： 《中國科學報》

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