探索外星“水域”

游飛宇

在過去的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。

這個說法讓所有人為之振奮，大家都迫不及待地想一睹這個外星生物的風(fēng)采。可惜，由于探測困難，我們目前對于這些神秘的外星“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)的一個想法是向泰坦星發(fā)射一艘太空潛艇。在過去的時間里，美國宇航局投入了大量的資金來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)40萬平方公里，比地球上的里海（面積37.1萬平方公里）還大，它由大量的液態(tài)甲烷、乙烷和氮組成。科學(xué)家們相信，它最深處的深度可以超過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，美國宇航局的科學(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中斷，所以搜尋生命的過程需要實(shí)現(xiàn)完全自動化。同時，太空潛艇要能夠裝載大量儀器，用以測量海洋的化學(xué)成分，并探測洋流、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能電池板提供電力。針對這一問題，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：這些材料對于太空潛艇而言都過于沉重。最終，他們提出，這些電能也許可以通過钚的放射性衰變產(chǎn)生。

但是，隨之而來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)計一個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，我們需要一個穿冰機(jī)器人。穿冰機(jī)器人可以通過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程需要持續(xù)消耗大量的電能。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一個緊湊的核裂變反應(yīng)堆也許可以提供這些能量。它將幫助穿冰機(jī)器人在6個星期內(nèi)完成這項(xiàng)穿透冰層的工作。這個核反應(yīng)堆也只需要留在冰面上工作，它所產(chǎn)生的能量將通過光纖電纜傳輸給下行的穿冰機(jī)器人。

令人驚喜的是，這個想法實(shí)際上已經(jīng)在南極洲進(jìn)行了測試。不過，冰層融化之后會殘留許多雜質(zhì)，由這些雜質(zhì)形成的沉積物會在穿冰機(jī)器人前面堆積起來，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，但美國宇航局非常堅定地相信，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。