探索外星“水域”

游飛宇

在過去的20年里，行星科學中最重要和最令人興奮的突破之一就是外星“水域”的發現。這些“水域”中最引人關注的是位于泰坦星（土衛六，土星最大的衛星）表面的液態甲烷湖。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。實際上，這些所謂的地下液態海洋目前也只是間接地探測到而已。

那么，我們應該如何探索這些海洋呢？

目前最有可能實現的一個想法是向泰坦星發射一艘太空潛艇。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。

泰坦潛艇的挑戰

克拉肯海存在于泰坦星表面的數千米冰層之下，面積達40萬平方公里，比地球上的里海（面積37.1萬平方公里）還大，它由大量的液態甲烷、乙烷和氮組成。科學家們相信，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行任務的潛艇需要承受的壓力比在地球上要小得多。

至于太空潛艇的結構設計，美國宇航局的科學家表示，首先它的縱橫比要較高，垂直高度應約為水平寬度的10倍，這樣可以將阻力最小化。天線應該設計在頂部，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現完全自動化。同時，太空潛艇要能夠裝載大量儀器，用以測量海洋的化學成分，并探測洋流、潮汐和洋底結構等。

接著需要考慮的是電力問題。由于潛艇進行的是冰冷的海底作業，它顯然不能像大多數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，包括緊湊的核反應堆、燃料電池等，但得出的結論是：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生。

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

最后，我們還需要設計一個可以裝載潛艇的航天飛機，在太空中經歷大約七年的航程，最終降落到克拉肯海。

降至地下海洋深處

為了使潛艇能夠穿越覆蓋在克拉肯海之上的數千米冰層，我們需要一個穿冰機器人。穿冰機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此次旅程的最終目的地——克拉肯海底。

值得注意的是，穿冰機器人加熱并融化冰層的過程需要持續消耗大量的電能。科學家發現，一個緊湊的核裂變反應堆也許可以提供這些能量。它將幫助穿冰機器人在6個星期內完成這項穿透冰層的工作。這個核反應堆也只需要留在冰面上工作，它所產生的能量將通過光纖電纜傳輸給下行的穿冰機器人。

令人驚喜的是，這個想法實際上已經在南極洲進行了測試。不過，冰層融化之后會殘留許多雜質，由這些雜質形成的沉積物會在穿冰機器人前面堆積起來，阻礙機器人前進，導致破冰工作難度加大。另一方面，穿冰機器人和潛艇都必須進行昂貴而極端的消毒，以避免向可能存在生命的海底環境中引入任何污染。

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年前完成這項在泰坦上部署太空潛艇的任務，由此打開突破口，逐步揭開外星“水域”神秘的面紗。