论文部分内容阅读
20世纪60年代，美国航空航天局(NASA)发射了一系列阿波罗探月飞船，打开了月球的大门，同时也打破了许多人对月亮的美好幻梦。那是一个布满陨石坑的毫无生气的沙漠，这幅荒凉景象是跟其缺乏大气相关的。
那么我们有望在太阳系内(地球除外)找到生命吗?要回答这个问题，首先得问，生命在宇宙中究竟是一种偶然，抑或是一种必然？现代科学认识到，生命是宇宙演化的必然结果，因而它具有普遍性，只要具有类似地球的条件，生命就可能出现，决非地球的专利。但另一方面，科学家们面对一个尴尬的事实，他们研究生命的惟一样品，无可选择地只能来自我们的家乡地球，他们模拟地球的原始条件，对一些有机分子施以闪光和紫外光照射，再加上氧。结果颇遂人愿，他们合成出氨基酸。许多年的努力过去了，研究者未能再前进一步，始终没有一个具有自我复制能力的生命分子跨出实验室的大门。
现在人们把目光转移到其他行星或卫星上，其中最看好的一颗星球是土星的卫星——土卫六(或称泰坦)。
远在300多年前的1656年，科学家惠更斯首次观察到了这颗大月亮，它不仅在土星的23颗卫星群中首屈一指，在整个太阳系内的众多卫星中，也名列第二，其直径达4800千米。它是科学家长期以来感兴趣的一颗星球，因为它有大气层，这意味着它可能藏有生命，不过其表面温度甚低，仅为－190℃左右。“旅行者”探测飞船在其大气顶部观测到了孕育生命的有机分子氩氰酸，更让人困惑的是它不时发射出射电波，迄今还不知道它的起因。
它的富有有机氮的大气层，以及其大气层的化学过程，可能很类似于原始地球的那种情况。最近还从红外线的观测中看到，这个大月亮上空还飘浮着甲烷云，因而在这个星球上极有可能存在生命，诸如蛋白质，甚至活细胞。所有这些，都有助于我们揭开生命起源之谜。
NASA已于1997年发射探测飞船“卡西尼亚”去那里探秘，它将在2004年到达此月亮上空并将释放一台探测器“赫琴”，它将在蒙蒙的红色大气中探查各种有机分子。
虽然“卡西尼亚”还在去土卫六的途中，而第二次的探测筹备活动也已展开，取名“土卫六生物探测者”的飞行器拟进行8年的实地查看并取样，NASA的专家正在紧锣密鼓地进行活动，以解决“探测者”所需的具有挑战性的新技术。
科学家们为何对此月亮有如此大的兴趣?人们早从望远镜中观测到那里有约20种不同的化合物，其中含量最丰富的要数乙烷，它们可能汇集在该星表面的海洋和大湖之中，但是要形成生命，还需要一个重要的东西——氧。
那里有氧吗?从观测中可知，它的大气中含有氧化物，而表面上的全部氧都锁在坚冰中。退一步说，就算那里有足够的氧，但在那样严寒的世界中能容纳生命吗?科学家塞根等人提出了一种看法，在太阳系形成的早期阶段，陨石、小行星对行星的碰撞是家常便饭，一旦碰在土卫六上，在受撞击的区域将产生高温，其表面的冰壳将被融化，从而使得有机分子跟液态“水”中的氧产生反应。据他们的计算，碰撞点周围冰壳中的有机分子有可能暴露在氧气中长达200万年之久。这么长的时间，足可产生氨基酸，以后是否会出现蛋白质、糖甚至活细胞?要了解这些化合物需经过多长时间才能进入生命，惟一的办法只能是在土卫六上进行实物取样。
科学家考虑了去那里的几种办法。
气球，这是一种既廉价又简单的手段，不过气球很难靠风固定住，并产生足够的下降力从坚硬的表面挖掘样品。估计这是一条困难重重的途径。
用一艘飞船去探测，这也许是可行的，从上面看下去，可以记录大月亮表面的景观，但一个很大的障碍是蒙蒙的大气，它使得飞船无法取得清晰的图像。
最后剩下直升机这惟一的选择。在地球上它需要较大的动力，而据行星科学家洛伦兹说，在土卫六上所需的动力要小得多，故可用电动力，它既能使直升机飞越较长的距离，又能使它更精确地降落在所需的地点，并可十分稳定地做采掘工作。土卫六上的大气要比地球上的厚实四倍，这使得飞机上的水平旋翼更易于推动机身；另一方面，此星的引力只有地球的1／7，故机身所需的浮力要比地球上的小得多。这样计算下来，在土卫六上一架直升机所需的动力要比地球上的小。
据洛氏计算，一架100千克的直升机，只需500W功率即可在那里飞行，这相当于我们日常用的家用吸尘器的功率。直升机采用放射性同位素热电机(RTG)作为能源，这是一种非常昂贵的装置。那么为何不用太阳能帆呢?原因很简单，土卫六离太阳的距离是地球的十几倍，它可接收到的阳光仅为地球的1％，当阳光穿过其蒙蒙大气层时，又要被吸收去极大部分，以致到达其表面的阳光仅为原来到达大气层的1／10，即相当于地球表面的01％，太阳能帆实在无用武之地。
“卡西尼亚”配备的也是RTG(钚同位素)，其产电率仅为5％，但新近推出的一种可达15％，若直升机采用后者，那么所需的钚只要7千克(500W)。为了减少贵重的钚的用量，洛氏提出了一种巧妙的方法，即飞机上再配以蓄电池，当飞机停留在表面时，可进行充电，而蓄电池可使直升机做数十小时的飞行。按这种配置，RTG中的钚用量可降至1千克，发电量为70W，可供直升机在每个土卫六日(相当于16个地球日)飞行24小时。
为使直升机能在那里可靠地工作，专家们以火星的地貌为基础，进行了直升机的试验活动。1998年，他们在加拿大台逢岛上的一个古陨石区域做了无人直升机的试飞，机载电脑利用GPS卫星网为飞机导航，飞行得很成功。可是在土卫六上显然没有GPS，又该怎么办呢?工程师们胸有成竹，他们已研制出一种视觉导航系统，或称“视觉计程仪”，它以当地的地貌特征为标记，使得直升机知道自己身处何地。为了得悉飞机飞得多快，计程仪利用相机记录地表的景观，而电脑则测量这些景观的变化速度，据此飞机可得悉这里是何处正在飞向何方。
洛氏估计，直升机的总重量为100千克，它所携带的小型化学仪器约重15千克，机上有一个实验室，能对各种取样做分析，并最后判断出是否存在生物分子，诸如氨基酸、糖等。它们具有两种存在形式，这二者在结构上完全一致，却互为镜像(即分子自旋方向相反)。没有人知道为何出现这两种形式，且地球上的所有生物分子都是左手性的。若能在土卫六上找到生物分子，无疑有助于解开这个谜。
科学家预见到土卫六上异乎寻常的景观，如甲烷大雨滴，几乎1厘米的直径，它慢慢地从红蒙蒙的天空降下，这是因为这里的引力小，自然过程中的某些运动节奏都很缓慢；人们还可看到喷泉喷出的乙烷“水柱”，高耸入云；直升机可精确地降落在悬崖的顶端，观看乙烷巨浪如何冲击海岸。
在行星探测中要跨出新的一步，决不是繁琐小事，而且还要相当的耐心。拿“卡西尼亚”来说，远在18年前，研究者就提出了第一个实施方案，但由于许多因素，一拖就是十多年。洛氏希望科学界关注第二次探测，并促使NASA对此进行一次详细的技术性研究。直升机重100千克是否可行?它是否需要一个中转无线电通信的中继卫星?经费需要多少?整个探测工程的核查是一个冗长的过程，可是你想一想，那土卫六上铺着众多的有机物，甚至生命，当我们面对着这个可能解开生命起源之谜的宝库，我们所付出的这些努力又算得了什么呢?
那么我们有望在太阳系内(地球除外)找到生命吗?要回答这个问题，首先得问，生命在宇宙中究竟是一种偶然，抑或是一种必然？现代科学认识到，生命是宇宙演化的必然结果，因而它具有普遍性，只要具有类似地球的条件，生命就可能出现，决非地球的专利。但另一方面，科学家们面对一个尴尬的事实，他们研究生命的惟一样品，无可选择地只能来自我们的家乡地球，他们模拟地球的原始条件，对一些有机分子施以闪光和紫外光照射，再加上氧。结果颇遂人愿，他们合成出氨基酸。许多年的努力过去了，研究者未能再前进一步，始终没有一个具有自我复制能力的生命分子跨出实验室的大门。
现在人们把目光转移到其他行星或卫星上，其中最看好的一颗星球是土星的卫星——土卫六(或称泰坦)。
远在300多年前的1656年，科学家惠更斯首次观察到了这颗大月亮，它不仅在土星的23颗卫星群中首屈一指，在整个太阳系内的众多卫星中，也名列第二，其直径达4800千米。它是科学家长期以来感兴趣的一颗星球，因为它有大气层，这意味着它可能藏有生命，不过其表面温度甚低，仅为－190℃左右。“旅行者”探测飞船在其大气顶部观测到了孕育生命的有机分子氩氰酸，更让人困惑的是它不时发射出射电波，迄今还不知道它的起因。
它的富有有机氮的大气层，以及其大气层的化学过程，可能很类似于原始地球的那种情况。最近还从红外线的观测中看到，这个大月亮上空还飘浮着甲烷云，因而在这个星球上极有可能存在生命，诸如蛋白质，甚至活细胞。所有这些，都有助于我们揭开生命起源之谜。
NASA已于1997年发射探测飞船“卡西尼亚”去那里探秘，它将在2004年到达此月亮上空并将释放一台探测器“赫琴”，它将在蒙蒙的红色大气中探查各种有机分子。
虽然“卡西尼亚”还在去土卫六的途中，而第二次的探测筹备活动也已展开，取名“土卫六生物探测者”的飞行器拟进行8年的实地查看并取样，NASA的专家正在紧锣密鼓地进行活动，以解决“探测者”所需的具有挑战性的新技术。
科学家们为何对此月亮有如此大的兴趣?人们早从望远镜中观测到那里有约20种不同的化合物，其中含量最丰富的要数乙烷，它们可能汇集在该星表面的海洋和大湖之中，但是要形成生命，还需要一个重要的东西——氧。
那里有氧吗?从观测中可知，它的大气中含有氧化物，而表面上的全部氧都锁在坚冰中。退一步说，就算那里有足够的氧，但在那样严寒的世界中能容纳生命吗?科学家塞根等人提出了一种看法，在太阳系形成的早期阶段，陨石、小行星对行星的碰撞是家常便饭，一旦碰在土卫六上，在受撞击的区域将产生高温，其表面的冰壳将被融化，从而使得有机分子跟液态“水”中的氧产生反应。据他们的计算，碰撞点周围冰壳中的有机分子有可能暴露在氧气中长达200万年之久。这么长的时间，足可产生氨基酸，以后是否会出现蛋白质、糖甚至活细胞?要了解这些化合物需经过多长时间才能进入生命，惟一的办法只能是在土卫六上进行实物取样。
科学家考虑了去那里的几种办法。
气球，这是一种既廉价又简单的手段，不过气球很难靠风固定住，并产生足够的下降力从坚硬的表面挖掘样品。估计这是一条困难重重的途径。
用一艘飞船去探测，这也许是可行的，从上面看下去，可以记录大月亮表面的景观，但一个很大的障碍是蒙蒙的大气，它使得飞船无法取得清晰的图像。
最后剩下直升机这惟一的选择。在地球上它需要较大的动力，而据行星科学家洛伦兹说，在土卫六上所需的动力要小得多，故可用电动力，它既能使直升机飞越较长的距离，又能使它更精确地降落在所需的地点，并可十分稳定地做采掘工作。土卫六上的大气要比地球上的厚实四倍，这使得飞机上的水平旋翼更易于推动机身；另一方面，此星的引力只有地球的1／7，故机身所需的浮力要比地球上的小得多。这样计算下来，在土卫六上一架直升机所需的动力要比地球上的小。
据洛氏计算，一架100千克的直升机，只需500W功率即可在那里飞行，这相当于我们日常用的家用吸尘器的功率。直升机采用放射性同位素热电机(RTG)作为能源，这是一种非常昂贵的装置。那么为何不用太阳能帆呢?原因很简单，土卫六离太阳的距离是地球的十几倍，它可接收到的阳光仅为地球的1％，当阳光穿过其蒙蒙大气层时，又要被吸收去极大部分，以致到达其表面的阳光仅为原来到达大气层的1／10，即相当于地球表面的01％，太阳能帆实在无用武之地。
“卡西尼亚”配备的也是RTG(钚同位素)，其产电率仅为5％，但新近推出的一种可达15％，若直升机采用后者，那么所需的钚只要7千克(500W)。为了减少贵重的钚的用量，洛氏提出了一种巧妙的方法，即飞机上再配以蓄电池，当飞机停留在表面时，可进行充电，而蓄电池可使直升机做数十小时的飞行。按这种配置，RTG中的钚用量可降至1千克，发电量为70W，可供直升机在每个土卫六日(相当于16个地球日)飞行24小时。
为使直升机能在那里可靠地工作，专家们以火星的地貌为基础，进行了直升机的试验活动。1998年，他们在加拿大台逢岛上的一个古陨石区域做了无人直升机的试飞，机载电脑利用GPS卫星网为飞机导航，飞行得很成功。可是在土卫六上显然没有GPS，又该怎么办呢?工程师们胸有成竹，他们已研制出一种视觉导航系统，或称“视觉计程仪”，它以当地的地貌特征为标记，使得直升机知道自己身处何地。为了得悉飞机飞得多快，计程仪利用相机记录地表的景观，而电脑则测量这些景观的变化速度，据此飞机可得悉这里是何处正在飞向何方。
洛氏估计，直升机的总重量为100千克，它所携带的小型化学仪器约重15千克，机上有一个实验室，能对各种取样做分析，并最后判断出是否存在生物分子，诸如氨基酸、糖等。它们具有两种存在形式，这二者在结构上完全一致，却互为镜像(即分子自旋方向相反)。没有人知道为何出现这两种形式，且地球上的所有生物分子都是左手性的。若能在土卫六上找到生物分子，无疑有助于解开这个谜。
科学家预见到土卫六上异乎寻常的景观，如甲烷大雨滴，几乎1厘米的直径，它慢慢地从红蒙蒙的天空降下，这是因为这里的引力小，自然过程中的某些运动节奏都很缓慢；人们还可看到喷泉喷出的乙烷“水柱”，高耸入云；直升机可精确地降落在悬崖的顶端，观看乙烷巨浪如何冲击海岸。
在行星探测中要跨出新的一步，决不是繁琐小事，而且还要相当的耐心。拿“卡西尼亚”来说，远在18年前，研究者就提出了第一个实施方案，但由于许多因素，一拖就是十多年。洛氏希望科学界关注第二次探测，并促使NASA对此进行一次详细的技术性研究。直升机重100千克是否可行?它是否需要一个中转无线电通信的中继卫星?经费需要多少?整个探测工程的核查是一个冗长的过程，可是你想一想，那土卫六上铺着众多的有机物，甚至生命，当我们面对着这个可能解开生命起源之谜的宝库，我们所付出的这些努力又算得了什么呢?