【博科園-科學(xué)科普】自從卡西尼號(hào)進(jìn)入土星系統(tǒng)并開(kāi)始研究它的衛(wèi)星以來(lái)，Enceladus已經(jīng)成為主要的興趣來(lái)源,。一旦探測(cè)器探測(cè)到衛(wèi)星南部極地地區(qū)的水和有機(jī)分子的噴發(fā),，科學(xué)家們就開(kāi)始推測(cè)土衛(wèi)二的內(nèi)部可能擁有一個(gè)暖水海洋，就像木星的衛(wèi)星歐羅巴和太陽(yáng)系的其他天體一樣,。
在土衛(wèi)二的海底和海底可能發(fā)生的水熱活動(dòng)的藝術(shù)渲染圖,，圖片：NASA/JPL
在未來(lái)，NASA希望將另一個(gè)任務(wù)發(fā)送到這個(gè)系統(tǒng),，以進(jìn)一步探索這些羽狀物和土衛(wèi)二的內(nèi)部,。這項(xiàng)任務(wù)很可能包括最近由NASA宣布的一項(xiàng)新儀器，即“亞毫米”的Enceladus生命原理儀器(SELFI),。這個(gè)儀器是由NASA戈達(dá)德太空飛行中心的一個(gè)小組提出的,，最近得到了進(jìn)一步發(fā)展的支持。
在卡西尼號(hào)任務(wù)之前,，科學(xué)家們認(rèn)為土衛(wèi)二的表面是固態(tài)的,。然而卡西尼號(hào)的數(shù)據(jù)顯示，月球軌道上有輕微的晃動(dòng),，暗示著內(nèi)部海洋的存在,。很像木衛(wèi)二,，這是由潮汐力引起的，因?yàn)槌毕Ξa(chǎn)生的核心,，產(chǎn)生足夠的熱量在內(nèi)部保持液態(tài)水,。在南極附近，這一結(jié)果導(dǎo)致冰層開(kāi)裂并形成裂縫,。
土衛(wèi)二地殼內(nèi)部橫截面圖,，顯示了水熱活動(dòng)是如何引起月球表面的水柱的。圖片版權(quán)：NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
卡西尼號(hào)的任務(wù)還發(fā)現(xiàn)了來(lái)自大約100個(gè)不同的裂縫的羽流,，這些裂縫不斷地向太空噴出冰粒,、水蒸氣、二氧化碳,、甲烷和其他氣體,。為了更緊密地研究這些，NASA一直在開(kāi)發(fā)一些雄心勃勃的儀器,，這些儀器將依靠毫米波或無(wú)線電頻率(RF)波來(lái)決定它們的組成,，并更多地了解土衛(wèi)二的內(nèi)部海洋。
根據(jù)SELFI首席研究員Gordon Chin所說(shuō)：SELFI對(duì)現(xiàn)有的亞毫米波設(shè)備有顯著的改進(jìn),，一旦部署,，它將測(cè)量從土衛(wèi)二南部的裂縫中周期性散發(fā)出的水和冰的化學(xué)物質(zhì)的痕跡，也被稱(chēng)為“虎紋”,。除了揭示海洋的化學(xué)成分外,，該儀器還將表明它具有支持生命的潛力。
在地球上,，熱液噴口是蓬勃發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)的家園,，甚至被懷疑是生命首次出現(xiàn)在地球上的地方。這就是為什么科學(xué)家們?nèi)绱藷嶂杂谘芯肯穸骺死嗨惯@樣的月球上的水熱活動(dòng),，因?yàn)樗鼈兛梢源硖?yáng)系中最可能發(fā)現(xiàn)外星生命的地方,。
正如Chin在NASA的新聞聲明中指出的那樣：亞毫米波波長(zhǎng)，在非常高頻的無(wú)線電范圍內(nèi),，給我們提供了一種方法來(lái)測(cè)量冷氣體中許多不同種類(lèi)分子的數(shù)量?？梢話呙杷械挠馉钗锟纯赐列l(wèi)二的結(jié)果,。水蒸汽和其他分子可以揭示一些海洋的化學(xué)物質(zhì)，并引導(dǎo)一艘宇宙飛船進(jìn)入最佳路徑,，通過(guò)羽流直接進(jìn)行其他測(cè)量,。
土衛(wèi)二的“虎紋”，由卡西尼號(hào)太空探測(cè)器拍攝,。圖片版權(quán)：NASA/JPL/ESA
像水,、二氧化碳和其他元素這樣的分子會(huì)發(fā)射特定的無(wú)線電頻率,，這些頻率是亞毫米波光譜儀所敏感的。譜線是非常離散的,，它們傳播的強(qiáng)度可以用來(lái)量化它們的存在,。換句話說(shuō)，像SELFI這樣的儀器不僅能夠確定土衛(wèi)二的內(nèi)部海洋的化學(xué)成分,，而且還能確定這些化學(xué)物質(zhì)的豐度,。
幾十年來(lái)，光譜儀一直被用于太空科學(xué),，用來(lái)測(cè)量行星,、恒星、彗星和其他目標(biāo)的化學(xué)成分,。最近科學(xué)家們一直試圖從遙遠(yuǎn)的行星獲得光譜,，以確定其大氣的化學(xué)成分。這對(duì)于尋找潛在的可居住的系外行星至關(guān)重要,，因?yàn)樗?、氮?dú)夂脱鯕馐俏覀兯赖纳璧娜俊?/span>
然而，在亞毫米波波段進(jìn)行掃描是一個(gè)相對(duì)較新的過(guò)程,，因?yàn)閬喓撩酌舾械膬x器是復(fù)雜的,，難以建立。但在NASA研發(fā)資金的幫助下,，Chin和他的同事們利用放大器增加了儀器的靈敏度,，這將把信號(hào)提升到557 GHz左右。這將使SELFI能夠探測(cè)到從土衛(wèi)二表面產(chǎn)生的微量的水和氣體,。
其他的改進(jìn)包括更節(jié)能和靈活的射頻數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),，以及用于射頻信號(hào)的精密數(shù)字光譜儀。后一種改進(jìn)將采用高速可編程電路將射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),，這些信號(hào)可以被分析測(cè)量氣體的數(shù)量,、溫度和來(lái)自Enceladus的羽流的速度。
來(lái)自歐羅巴的一種水柱可能的光譜,。這將是韋伯望遠(yuǎn)鏡可以返回的數(shù)據(jù)的一個(gè)例子,。圖片版權(quán)：NASA-GSFC/SVS, Hubble Space Telescope, Stefanie Milam, Geronimo Villanueva
這些增強(qiáng)將允許SELFI同時(shí)檢測(cè)和分析13種不同類(lèi)型的分子，其中包括水,、甲醇,、氨、臭氧,、過(guò)氧化氫,、二氧化硫和氯化鈉(aka)的各種同位素。鹽)。在Enceladus之外,，Chin相信團(tuán)隊(duì)可以充分改進(jìn)為未來(lái)任務(wù)所提出的工具“SELFI”,，也將是有史以來(lái)建造的最宏偉的亞毫米儀器之一?！?/span>
例如,，近年來(lái)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了來(lái)自歐羅巴表面的羽流活動(dòng)。這種活動(dòng)被認(rèn)為是地?zé)峄顒?dòng)的結(jié)果,，地?zé)峄顒?dòng)將來(lái)自月球內(nèi)部海洋的溫暖的水柱送到海面,。NASA希望利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)來(lái)研究這些羽流和Enceladus上的這些羽狀物，該望遠(yuǎn)鏡將于2019年部署,。
另一種可能是,，配備一種像SELFI這樣的工具，將提議的Europa Clipper裝備起來(lái)——它將在2022年至2025年之間發(fā)射,。這個(gè)探測(cè)器的儀器已經(jīng)需要一個(gè)光譜儀,，但是一個(gè)改進(jìn)的亞毫米波和RF裝置可以讓更詳細(xì)的看歐羅巴的羽流。這一數(shù)據(jù)反過(guò)來(lái)可以解決幾十年來(lái)關(guān)于歐羅巴內(nèi)部是否能夠支持生命的爭(zhēng)論,。
在未來(lái)的幾十年里,，太空探索的最大優(yōu)先事項(xiàng)之一就是研究太陽(yáng)系的“海洋世界”，以尋找生命的跡象,。為了了解這一點(diǎn),，NASA和其他太空機(jī)構(gòu)正忙于開(kāi)發(fā)必要的工具來(lái)探測(cè)所有的化學(xué)和生物指標(biāo)。,，如果幸運(yùn)的話,，在十年內(nèi)我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)地球上的生命并不是例外或唯一！
知識(shí)：科學(xué)無(wú)國(guó)界,，博科園-科學(xué)科普
參考：NASA
