NASA探测器将在土卫二上寻找生命 | 太空探索
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艺术渲染图：土卫二的海底和海底可能发生的水热活动
来源：NASA/JPL
自从卡西尼号进入土星系统展开关于其卫星的研究以来，土卫二已经成为一个重要的观测目标。在探测器探测到来自土卫二南极地区的水和有机分子的喷发后，科学家们就开始推测土卫二的内部可能拥有一个和木卫二等太阳系天体类似的暖水海洋。
在未来，NASA有望发送一个新任务至土星系统，以进一步探索这些羽流和土卫二内部。这项任务很可能包括最近由NASA宣布的一项新仪器，即亚毫米波土卫二生命原理研究仪(SELFI)。这个探测器是由NASA戈达德太空飞行中心的一个小组提出的，最近得到了进一步发展的支持。
在卡西尼号任务之前，科学家们认为土卫二的表面是固态的。然而，卡西尼号的数据显示，土卫二的轨道有轻微的晃动，暗示着内部海洋的存在，类似木卫二，这是由潮汐引起的，即内部有足够的热量保持液态水。这将导致南极附近的冰层开裂并形成裂缝。
艺术渲染图：土卫二地壳内部横截面图，显示了土卫二表面的水柱的形成
来源：NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
卡西尼号的任务还发现了来自大约100个不同的裂缝的羽流，这些裂缝不断地向太空喷出冰粒、水蒸气、二氧化碳、甲烷和其他气体。为了更紧密地研究，NASA一直在开发一些雄心勃勃的仪器，这些仪器将依靠毫米波或无线电频率(RF)波来研究它们的组成，并更多地了解土卫二的内部海洋。
根据SELFI首席研究员戈登·金(Gordon Chin)的说法，SELFI对现有的亚毫米波设备有显著的改进。它一旦被部署，将测量从土卫二南部的裂缝中周期性散发出的水和冰的化学物质的痕迹，也被称为“虎纹”。除了揭示海洋的化学成分外，该仪器还将表明它具有支持生命的潜力。
在地球上，海底火山是蓬勃发展的生态系统的家园，甚至被认为是生命首次出现在地球上的地方。因此，科学家们为什么如此热衷于研究像土卫二这样卫星上的水热活动，是因为它们可以代表太阳系中最可能发现外星生命的地方。正如戈登·金在NASA的新闻声明中指出的那样:
“亚毫米波波段在非常高频的无线电范围内，给我们提供了一种方法来测量冷气体中许多不同种类分子的数量。我们可以扫描所有的羽状物。水蒸汽和其他分子可以揭示一些海洋的化学物质，通过羽流直接进行其他测量，也可以引导一艘宇宙飞船进入最佳路径。”
土卫二的“虎纹”，由卡西尼号太空探测器拍摄
来源：NASA/JPL/ESA
像水、二氧化碳和其他元素这样的分子的辐射在特定的频率，这些频率是亚毫米波光谱仪所敏感的。由于谱线非常离散的，它们传播的强度可以用来量化它们的存在。换句话说，像SELFI这样的仪器不仅能够确定土卫二的内部海洋的化学成分，而且还能确定这些化学物质的丰度。
几十年来，光谱仪一直被用于太空科学，用来测量行星、恒星、彗星和其他目标的化学成分。最近，科学家们一直试图从遥远的行星获得光谱，以确定其大气的化学成分。这对于寻找潜在的可居住的系外行星至关重要，因为水汽、氮气和氧气是我们所知道的生命所需的全部。
然而，在亚毫米波波段进行扫描是一个相对较新的过程，因为亚毫米波敏感的仪器复杂而难以建立。但在NASA研发资金的帮助下，戈登·金和他的同事们利用放大器增加了仪器的灵敏度，这将把信号提升到557GHz左右。这将使SELFI能够探测到从土卫二表面产生的微量的水和气体。
其他的改进包括更节能和灵活的射频数据处理系统，以及用于射频信号的精密数字光谱仪。后一种改进将采用高速可编程电路将射频数据转换成数字信号，这些信号可以被分析测量气体的数量、温度和来自土卫二的羽流的速度。
来自木卫二水柱的一种可能的光谱
来源：NASA-GSFC/SVS, Hubble Space Telescope, Stefanie Milam, Geronimo Villanueva
这些改进将允许SELFI同时检测和分析13种不同类型的分子，其中包括水、甲醇、氨、臭氧、过氧化氢、二氧化硫和氯化钠等。在土卫二之外，戈登·金相信团队可以充分改进为未来任务所提出的工具。
例如，近年来，科学家们发现了来自木卫二表面的羽流活动。在这里，这种活动被认为是地热活动的结果，地热活动将来自微型内部海洋的温暖的水柱送到海面。NASA希望利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)来研究这些羽流和土卫二上的这些羽状物，该望远镜将于2019年部署。
另一种可能是，将像SELFI这样的工具配备在欧罗巴任务(Europa Clipper)——它将在2022年至2025年之间发射。这个探测器的仪器已经有一个光谱仪，但是一个改进的亚毫米波和RF装置可以更详细的观测木卫二的羽流。这一数据反过来可以解决几十年来关于木卫二内部是否能够支持生命的争论。
在未来的几十年里，太空探索的最大优先事项之一就是研究太阳系的“海洋世界”，以寻找生命的迹象。为了了解这一点，NASA和其他太空机构正忙于开发必要的工具来探测所有的化学和生物指标。在十年内，如果幸运的话，我们可能会发现地球上的生命并不是例外，而是更大的家园中微小的一部分。
内容选自：universetoday
翻译：GLA
校对：小弥弥子
责任编辑：解仁江
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木星南极的气旋
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles
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