土衛二存在巨大“地下海”

    中國深海與深空領域的科學家與工程師正緊密合作，期待在不久的將來實現對木星、土星和地外海洋的現場探測。

屈原皋

　　深海生物學家蒂姆·尚克説，在海洋的深淵底部（也稱為海溝地帶，一般在海平面6000米以下），水壓可達到103.5兆帕。據測算，在最深的馬利亞納海溝底部，水壓甚至可達110兆帕。

　　這種水壓意味著什麼？2014年，美國深海探測器“俄耳甫斯”號的前任“涅魯斯”號，被送往新西蘭東北部的克馬德克海溝探測，當它抵達水下10000米時，發生了爆炸；12個小時後，變成了小碎片。這種水壓還意味著，可以把淺海動物的每個細胞都擠壓出來。

　　深海環境如此惡劣，還會有生命存在嗎？如果在地球的深海中存在生命，那在同樣嚴酷的外星球環境中，是否也存在生命呢？海洋覆蓋了70%以上的地球表面，而人類對海洋尤其是深海的探索還遠遠不夠。

　　最近，美國國家航空航太局（NASA）正在開展一項深海探索計劃，希望通過探索深海中的生命極限，以窺探外太空的生命秘密。

深空裏的深海難題

　　地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠在搖籃中生存。20世紀70年代，以發射“先驅者”“旅行者”探測器為標誌，人類開始把深空探測活動帶至一個新高度。此後的幾十年直到現在，人類探索深空的步伐從未停止，相繼發射了“伽利略”“尤利西斯”“卡西尼-惠更斯”“新視野”“朱諾”等探測器，在這一係列的探測活動中，木星和土星及其衛星是重要的研究目標。

　　目前根據已獲取的資料分析，木衛二和土衛二的海底存在類似地球的熱液係統。而且，美國的“卡西尼”探測器在土衛二表面冰殼裂縫中噴出的羽流中檢測出了各種有機分子，這些都是地外海洋海底可能存在生命的有力證據。

　　歐洲主導的“JUICE”號探測器原計劃于2022年6月發射，美國主導的“歐羅巴快船”計劃于2024年10月發射，他們的主要目標都包括木衛二，希望能搜尋到木衛二冰下海洋生命的資訊。根據目前已有的數據推測，木衛二的冰下海洋可能有幾十甚至上百千米深，土衛二的冰下海洋則至少有幾千米深，如何探測冰下的海洋是一個難題。

探空和探海並行

　　在很長一段時期，海洋生物學家認為深淵底部生命難以生存，海洋最深區域沒有足夠的食物來維持海洋生物延續生命，而且也因太過黑暗，生命根本無法存在。

　　但到1977年，當一個美國研究小組將遠端遙控的“阿爾文”號潛水器下降到2440米深的太平洋海底時，人類對深海生命的認識徹底改觀。

　　這艘潛水船原本是為了拍攝這片海床的熱液圖像，但科學家驚奇地發現，這個海底火山口周圍竟然有生機勃勃的生態係統，充滿了海洋生物，比如半透明的腹足類和雙殼類動物，以及以前從未見過的微小的節肢動物。

　　深海生命的頑強，讓科學家們大為興奮，他們産生了文章開頭處的猜想，“假如深海有生命，那外星球的惡劣環境，尤其是冰層下也可能孕育著生命。”

　　從探索的操作角度來看，深海和外太空探索有很多共同之處。可以將探測器派往這兩個領域探索人類無法到達的危險環境，科學家團隊則進行遠端遙控支援，或智能化自主探測。

　　美國相關研究機構將深海探測相關裝備進行改造，研發了可以鑽透冰層進入冰下海洋進行原位分析的無人探測器，同時也在研發可以在土衛六液態有機物的海洋中進行漂浮和潛航的無人探測器。由于距離地球太過遙遠，這些探測器必須自主工作，所以必須具備高度的智能化，攜帶的科研載荷可進行現場測量、原位分析，並實時傳輸數據回地球。

　　此外，美國還主導研發“蜻蜓號”旋翼飛行探測器，計劃飛往土衛六並利用其稠密的大氣進行自主智能化飛行，飛行航程超過100千米，可對土衛六進行大范圍探測和研究。

　　中國在深空探測領域起步較晚，但起點很高。從2004年“嫦娥工程”正式啟動以來，各項工作正有條不紊地穩步推進。目前中國已實現對月球的“繞-落-巡-回”，“嫦娥五號”所獲取的月球返回樣品相關研究工作已初步展開，載人登月計劃也提上日程。火星探測則一步到位實現環繞-著陸-巡視。

　　截至目前，“祝融”號火星車（巡視器）仍在火星“閒庭信步”，傳回大量火星表面珍貴的資料。目前，中國科學家已將探索的目光延伸到更遙遠的深空，聚焦木星、土星及其衛星上的地外海洋，那裏很可能存在我們地球生命的鄰居。

　　現在，中國深海與深空領域的科學家與工程師正緊密合作，期待在不久的將來實現對木星、土星和地外海洋的現場探測。

“把地外海洋搬進實驗室”

　　人類對于木衛、土衛冰下海洋的研究無法一蹴而就，即使美國與歐洲這樣的發達國家和地區，也經歷了長期的科學理論和工程技術的積累。這個領域目前普遍採用的是這樣一種發展模式——以前沿科學需求為牽引，帶動高端裝備研發；用科學引領技術、技術支撐科學，深海與深空高度融合。

　　在從地球飛往深空之前，必須腳踏實地、立足地球，在地面做好大量的前期準備工作。從美國與歐洲的經驗來看，準備工作主要包括：以地球上類似地外海洋的極端環境作為類比研究對象，如深海熱液、冰川、鹽湖、凍土、臨近空間等；以地面模擬平臺或空間模擬平臺（衛星、空間站）為依托，創造類似地外海洋的極端環境，如高壓、真空、輻射、低溫、鹽度等，實現“把地外海洋搬進實驗室”的目標。前期的研究工作既包括科學理論的探索，如建立地外海洋的理論模型，明確探測目標、測量指標、信號分析等；也包括工程技術的研發與驗證，如探測方案的設計、特種材料、感測器、科學載荷的驗證等。

　　經過幾代人的不懈努力，中國目前已具備國際一流的深海探測能力和一係列先進的深海裝備，以及強大的深空探測能力。千裏之行，始于足下，期待中國科學家邁出從深海到深空的第一步，實現星辰大海的夢想。

來源：2022年3月9日出版的《環球》雜志 第5期

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