想探索外星海洋?看这些探测器大显神通

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当我们都都将地球称作“淡蓝色星球”,但它嘴笨 暂且周围宇宙中唯一的海洋星球。木星、土星和海王星的卫星、以及矮星系冥王星和阋神星厚厚的冰层下方,都意味着 有海洋的位于。土卫六甚至拥有地表海洋,只不过其中装的后该 水,只是液态甲烷。

▲图中的漫游车是时候将用于探索木卫二的探测器的早期版本。

倘若太阳系中位于地外生命的迹象,你说歌词 就在哪此冰封的世界中。科学家决心对土卫六和木卫二上的海洋展开探索,还设计了可在冰上移动的漫游车、以及能深入海中的潜水艇。哪此仪器需要应对刺骨的严寒、与地球上的水性质不同的乙炔气 、以及其它严苛的环境条件。接下来,本文将介绍哪此机器人将进行探索的一种不同外星海洋。

在乙炔气 海洋中遨游

在探索土星及其卫星的过程中,卡西尼号探测器在土卫六表层发现了数百个小型湖泊,以及三处面积和强度与五大湖类式的海洋。

土卫六表层还有水结成的冰,且地下意味着 位于水构成的海洋。但土卫六上的甲烷海洋令科学家倍感好奇,意味着 它们参与的循环过程与地球上的水循环十分类式。就像地球上一样,土卫六上的乙炔气 从海洋中析出,化为云朵,再以降“雨”的方法落回地表。研究人员希望进一步了解你你这个循环机制。此外,土卫六上还有极少量生命所需的碳化合物与氮化合物。科学家想弄清土卫六上与非 演化出了一种依赖液态甲烷的生命体,就像地球上的生命体依赖液态水一样。

NASA正在考虑向土卫六发送一枚浮标,让它在土卫六的海洋中随波逐流。但难题在于,你你这个探测器的去向将全靠风向和洋流决定。“大多数情况表下,浮标漂到岸边后便会暂时留在沙滩上,下次涨潮时再重新漂起、回到大海。”约翰霍普金斯大学应用物理实验室行星科学家拉尔夫·洛伦兹(Ralph Lorenz)指出。但无法保证它每次都能顺利重回大海。

但潜艇则能此人 决定前进方向,还能探索海面下方的情况表,挂接海底沉积物。NASA希望在接下来20年内将潜艇送上土卫六。潜艇发电机将利用钚等放射性物质衰变时产生的热量发电,这将成为潜艇电子元件在土卫六温度低至零下178摄氏度的海洋中顺利运作的关键。

要应对土卫六的严寒环境,“需要精心设计,而非物理奇迹。”洛伦兹指出,他是该潜艇的首席设计师,“放射性反应堆产生的废热便是一大关键,此外需要审慎确定泡沫隔热材料。”

另一大挑战在于,当我们都不清楚土卫六的海洋究竟由哪此化学物质构成。其中主只是甲烷(类式于地球上的液态火山岩气),还有极少量液态乙烷和析出在其中的氮气。但哪此物质的具体比例仍不清楚,你说歌词 在每个土卫六海洋中后该 所不同。而且该项目希望设计出的潜艇能在多种密度不同、黏性各异的乙炔气 中行驶。

工程师们对土卫六海洋中的氮气尤为重视,意味着 氮气意味着 会形成气泡、干扰潜艇行驶。意味着 潜艇发电机产生的偏离 废热渗入了环境中,便意味着 另四个劲冒出你你这个情况表。“这偏离 热量不够以让周围的乙炔气 沸腾,而且意味着 析出在乙炔气 中的氮气析出。”NASA格伦研究中心低温推进技术工程师杰森·哈特维格(Jason Hartwig)解释道。

螺旋桨在乙炔气 中旋转时也会产生气泡。哈特维格指出,每枚叶片后部后该 产生有另四个 小小的空腔,这里压力骤减,让气泡得以形成,就像打开碳酸饮料时、乙炔气 滋滋冒泡一样。

哪此小小的气泡意味着 会意味着 两大难题。首先,它们会影响潜艇搭载的科学仪器,使之难以测量强度和其它指标。更令人担忧的是,哪此气泡你说歌词 后该 干扰潜艇螺旋桨的运行。

“潜艇移动时,所有气泡意味着 会在潜艇的末端汇集。螺旋桨再为甚转,潜艇都动弹不得,不到留在原处转个不停。”哈特维格指出,“这对地球上的潜艇来说无关紧要,意味着 析出在水中的空气极少。但土卫六上就麻烦得多了,意味着 那里的乙炔气 温度更低,析出在其中的乙炔气 也就更多,而且会有更多乙炔气 析出。”

既然当我们都我不知道土卫六海洋的具体成分,也就无从得知其中析出的氮气含量。为更好地了解潜艇意味着 遇到哪此难题,哈特维格和华盛顿州立大学的同事们在地球上“复原”了土卫六海洋。当我们都在实验舱中灌满比例不同的甲烷、乙烷和析出氮气混合物,温度和气压都接近土卫六的真实环境,而且在其放入置了一枚小小的加热器,模拟真实潜艇意味着 释放的热量。

捷报是,意味着 潜艇只是停下来挂接样本,你说歌词 用不着担心,意味着 潜艇释放的热量不要 意味着 不要 乙炔气 析出、干扰仪器运作。但“螺旋桨的难题还那末完整版处理。”哈特维格指出。他打算用螺旋桨代替加热器重复你你这个实验,看看在潜艇行驶过程中会产生有好多个气泡。

准备送往土卫六的潜艇将和地球上的潜艇一样特性狭长。哈特维格表示,潜艇重量约25000磅(约合1.18吨),长约20英尺(约合6米)。但它不到在返回海面时并能与地球通信。而且该潜艇要到2040年时候并能发射,意味着 需要等到地球位于土卫六地平线里边时,潜艇并能直接与地球联络。

NASA还考虑发射一艘体积较小、呈乌龟状的潜艇。这艘“土卫六乌龟”潜艇(Titan Turtle)将配备一枚轨道探测器,将信息转发回地球。它浸没在水中时仍可与地球进行联络。而且它需要考虑地球位于位置,而且意味着 早几年发射。

哈特维格指出,土卫六在海洋星球中可谓独树一帜。它是太阳系拥有液态海洋的星球中最容易到达的一颗。但土卫六潜水艇并能为其它探测器的设计提供灵感,帮助当我们都在其它星球的冰层下方展开探测任务。“我另四个劲将土卫六视作一名探路者。”哈特维格表示。

▲探索土卫六海洋意味着 使用的潜艇

在冰层下方探索

相比之下,木卫二的海洋便显得“遥远”许多。木卫二的表层常年受木星强大的磁场辐射炙烤,且温度低至零下173摄氏度,海洋掩藏在平均强度8至14米的冰层下方。意味着 木卫二的海洋由水构成,这里被视作寻找生命、研究生命所需化学环境的绝佳目标。

为突破木卫二的厚厚冰障,科学家正在测试并能析出或凿开冰层、进入海中的机器人。哪此机器人可携带潜水艇和并能在冰面下方行驶的漫游车,意味着 能沉入海中、到达海床的登陆车。一旦触及水面,哪此探测器便可在0摄氏度左右的环境中运作。“这对当我们都的电子元件来说,嘴笨 是有另四个 相当舒适的环境。”NASA喷气推进实验室工程师安迪·克莱什(Andy Klesh)表示,“稍微有点硬麻烦的是,那里的水富含盐。”

木卫二的海水意味着 和地球一样富含盐分,甚至意味着 咸得多。喷气推进实验室行星科学家凯文·汉德(Kevin Hand)指出。“更有挑战性的是,水中还意味着 还有硫酸。”这意味着 探测器的电子元件有意味着 受到腐蚀。此外,机器人在海水中潜得深一点,遭受的压强便越大。海床处的压强意味着 接近地球马里亚纳海沟底部的水平。

总而言之,探索木卫二将注定是一次艰难之旅。“当我们都将面临深空探索和深海探索的双重挑战。”克莱什表示,“太空富含真空,冰层下有压强,一路上还有辐射……冰层将保护当我们都不受辐射的伤害,但到达那里时候,沿途会吃不少苦头。”

克莱什指出,木卫二冰层底部将是最易于展开探索的地方。克莱什、汉德和同事们正在研发一台并能在冰层底部行驶的漫游车。漫游车或深海探测器不要 像潜艇一样,常受到洋流的干扰。“漫游车和登陆车将是当我们都展开探索的最佳方法,它们易于控制,不要 乱颠乱撞。”冰层底部也是搜寻外星生命的好去处。地球上的藻类和微生物常常聚集在冰层底部。意味着 木卫二上位于生命,很意味着 也将类式地形作为落脚点。

克莱什及其团队正迫不及待展开搜寻。当我们都正在阿拉斯加的冰湖中测试漫游车BRUIE(意为“冰下探索浮力漫游车”)的性能。该漫游车的轮子装有圈状锯齿和窄嵌板,就像雪鞋一样,并能分担漫游车在冰面上的重量,处理漫游车被卡在冰中。

最终被送上木卫二的BRUIE漫游车将在负责凿冰的机器人引领下穿越冰层。而且漫游车的体积需要很小,长度意味着 还不到18英寸(约合45厘米)。克莱什计划在接下来两周内测试BRUIE漫游车的可折叠车轮,使其扎住凑、更便携。该团队还计划对BRUIE展开最大胆的测试任务,让该漫游车在那末牵引绳的情况表下,独自在冰层下的海水中行驶50000英尺(约合5005米)。

在理想情况表下,木卫二漫游车也将采用那末牵引绳的设计。“每次执行任务,意味着 后该 为宜将牵引绳切断一次。”克莱什指出。不过,嘴笨 绳子有缠成一团的风险,但到时你说歌词 还需要一条索线来传输电力和生络地表仪器。

▲BRUIE漫游车的轮子装有圈状锯齿和窄嵌板,可需要处理漫游车被卡在冰中

克莱什及其团队还在寻找更容易到达木卫二海洋的方法。当我们都曾借助潜水仪器考察过阿拉斯加的冰臼,即冰川中陡峭的、灌满水的井状特性。去年夏天,当我们都的机器人曾下潜至冰层下方约1500英尺(约合48米)处,发现了各冰层地道之间的连接点。木卫二的冰层中意味着 后该 冰臼特性,漫游车或潜水仪器可需要利用哪此特性下潜到海中。

距离漫游车真正造访木星卫星还有很长的路要走。克莱什表示,希望木卫二快艇任务和木卫二登陆车任务并能为今后的任务铺平道路,直到有朝一日真正将探测器送入冰层下方。

与此一起去,当我们都为木卫二设计的漫游车还可需要帮助当我们都更好地了解地球。科学家意味着 时候开始用BRUIE漫游车监测北极湖泊的永久冻土层析出后甲烷的释放情况表。今年秋天,这台勇敢的漫游车更将在哪此冰水中等待歌曲三到四个月之久。

“当我们都准备把漫游车留在冰层下的湖水中,观察随着极夜到来、冰层加厚,哪此富含甲烷的湖泊会位于何如的变化。”汉德说道。科学家可需要了解到湖水结冰将对漫游车造成何如的影响。此外,科学家还可借你你这个意味着 ,更好地了解此类人类无法亲自探索的极端环境。

“地球便是规模最大的海洋世界,”克莱什表示,“用来探索木卫二的技术也可需要被应用在地球上,帮助当我们都探索本无法前往的极地之境。”