美国宣布蜻蜓号宇宙飞船探测土卫六重大科学目标

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在我们太阳系众多卫星中,土星的土卫六(Titan)最为突出,它是唯一的一颗表面有大量大气和液体的卫星。 它甚至有一个像地球一样的天气系统,尽管它下的是甲烷而不是水。 它也可能承载某种生命吗?
美国航天局的蜻蜓号(Dragonfly)任务将在2030年代中期把一部可以到处移动的旋翼机(rotorcraft)送到土卫六表面,这是探索土卫六表面的第一个任务。

7月19日,蜻蜓科学团队发表「蜻蜓号可移动旋翼机登陆土卫六的科学目标」。 包括:寻找化学生物特征、调查土卫六活跃的甲烷循环、探索目前在土卫六大气层及它表面是否会出现的益生菌(prebiotic)化学反应。

土卫六是地外天体探险的乌托邦,因为人类对它的表面实际发生的事情知之甚少。 在卡西尼号(Cassini)任务从土星轨道探索土卫六期间回答的每个问题,却产生了十个新问题。

尽管卡西尼号已经绕土星运行十三年,但土卫六上厚厚的甲烷大气使它无法可靠地识别它的表面物质。 虽然卡西尼号的雷达使到科学家能够穿透大气层,并识别出类似地球的形态结构,包括沙丘、湖泊和山脉,但数据无法揭露它们的组成。事实上,在卡西尼号发射时,科学家不知道土卫六表面是甲烷和乙烷的全球液态海洋,还是水冰和固体有机物的固体表面。 惠更斯号(Huygens)探测器于2005年降落在土卫六上,它的设计目的是可以漂浮在甲烷/乙烷海中,或者降落在坚硬的表面上。 惠更斯号的科学实验主要是土卫六的大气,因为不确定它是否能在登陆后能够幸存下来。

蜻蜓号将是第一个探索土卫六表面,并确定它含有大量有机物质表面的详细成分任务。 虽然科学家已经对土卫六地表局部尺度上发生的事情以及它的天气系统如何运作做出预测,蜻蜓号的照片和测量结果将会告诉我们如何正确或者那些地方是错了。

蜻蜓号科学团队的主要兴趣是将土卫六理解为一个复杂的类地世界,并试图了解推动它进化的过程。 这涉及从甲烷循环与地表和大气的相互作用,到材料在整个地表的路径以及与内部的潜在交换等各方面。美国康奈尔大学(Cornell University)天文学家亚历士·海斯(Alex Hayes)还在火星探测器任务的操作经验领域贡献重要的专业知识。 从火星车中吸取的经验和教训,会转移到土卫六的探索操作上。

海斯表示,蜻蜓号将在一个地点进行科学实验和观察,然后飞到一个新的地点。 科学团队需要根据之前位置的经验来决定它下一步将做什么,这正是火星车几十年来一直在做的事情。

土卫六的低重力(大约是地球的七分之一)和厚厚的大气层(密度是地球的四倍)使它成为飞行探测器的理想场所。 它相对安静的大气,比地球更轻的风,使它变得更好。 虽然科学团队预计蜻蜓号飞行期间不会下雨,但海斯指出,目前还没有人真正了解土卫六上的局部天气模式。

土卫六许多科学问题都涉及益生菌化学,这是海斯非常感兴趣的领域。 许多在早期地球上形成的益生菌化合物也能够在土卫六的大气中形成,海斯渴望看到土卫六在益生菌化学的道路上到底可以走多远。 土卫六的大气层可能是早期地球上发生的事情的一个很好的模拟。

蜻蜓号对化学生物特征的搜索也将是广泛。 除了总体上检查土卫六的宜居性外,他们还将调查过去或现在的潜在化学生物特征,从以水为基础的生命,到可能使用液态碳氢化合物作为溶剂的生命,生存在这种湖泊、海洋或含水层中。

【图:Johns Hopkins/APL;文:节译自美国康奈尔大学2021年8月10日新闻公布】研究全文刊登在2021年7月19日出版的《行星科学》期刊 标题是:Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander

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