首探卫星表面、研究甲烷循环、寻找化学生物特征等

　　“蜻蜓”号任务进入、下降、着陆、星表操作和在土卫六飞行的概念图。图片来源：约翰斯·霍普金斯大学/APL

　　在太阳系众多卫星中，土卫六最为突出。它是唯一一颗表面有丰富大气和液体的卫星，甚至拥有类似地球的天气系统，尽管它下的“雨”是甲烷而非水。它可能存在某种生命吗？

　　美国航天局的“蜻蜓”号任务将在21世纪30年代中期向土卫六表面发射一个旋翼飞行器可重新定位着陆器，这将是首次探索土卫六表面的任务。

　　“蜻蜓”号“胸怀大志”，有着宏伟的目标。近日，“蜻蜓”号科学团队在《行星科学杂志》上发表的一篇论文指出，其目标包括寻找化学生物特征、研究卫星活跃的甲烷循环、探索土卫六大气层和表面生物起源前的化学过程。

　　“土卫六代表着探险家的乌托邦。”该研究共同作者、美国艺术与科学学院天文学副教授Alex Hayes说，“土卫六的科学问题非常多，因为我们还不知道土卫六表面到底发生了什么。在卡西尼号从土星轨道探索土卫六期间，我们回答了很多问题，但又得到了10个新问题。”

　　论文第一兼通讯作者、“蜻蜓”号副首席研究员、爱达荷大学物理学教授Jason Barnes表示，尽管卡西尼号已经绕土星运行了13年，但土卫六上厚厚的甲烷大气层使科学家无法准确识别其表面物质。“事实上，在卡西尼号发射的时候，我们甚至不知道土卫六表面是甲烷和乙烷组成的液态海洋，还是水冰和固体有机物组成的固体表面。”他说。

　　“惠更斯”号探测器于2005年登陆土卫六，其设计初衷是漂浮在甲烷/乙烷海洋中，或降落在坚硬的表面上。它的科学实验主要是在大气中进行的，因为科学家不确定它能否在着陆后“存活”下来。“蜻蜓”号将第一个探索土卫六表面，确定其富含有机物的表面的详细组成。

　　“我们已经预测了土卫六表面的局部情况，以及土卫六作为一个系统是如何工作的，而‘蜻蜓’号的图像和测量将告诉我们这是对还是错。”Hayes说，他特别渴望回答卡西尼号提出的一些问题——行星表面过程和表面—大气相互作用。

　　“我的主要科学兴趣是了解土卫六是怎样一个复杂的类地世界，并试图了解推动其进化的过程。”他说，“这涉及方方面面，从甲烷循环与地表和大气的相互作用，到物质在地表的路径，以及与内部的潜在交换。”

　　同时担任康奈尔大学天体物理和行星科学中心主任的Hayes还将在另一个重要领域贡献专业知识——火星探测器任务的操作经验。康奈尔大学的天文学家目前参与了火星科学实验室和火星2020任务，并领导了火星探索漫游者任务。Hayes表示，从火星漫游者身上学到的经验教训正在被“转移”到土卫六上。

　　“蜻蜓”号将在一个地点度过一个完整的土卫六日，进行科学实验和观察，然后飞往一个新的地点。“科考队需要根据之前地点的经验来决定探测器下一步要做什么，这正是火星漫游者几十年来一直在做的事情。”Hayes说。

　　土卫六重力更小、大气层很厚且相对安静，这使它成为空中飞行器的理想场所。虽然科考队预计“蜻蜓”号飞行期间不会下雨，但Hayes指出，目前还没有人真正知道土卫六上的局部天气模式。

　　该小组论文中提出的许多科学问题都涉及生命前化学，这是Hayes非常感兴趣的一个领域。许多在早期地球上形成的生命前化学化合物也在土卫六的大气中形成，他很想知道土卫六在生命前化学方面到底走了多远。土卫六的大气层可能与早期地球上的情况很相似。

　　“蜻蜓”号对化学生物特征的研究也将是广泛的。除了总体上检查土卫六的可居住性，科学家还将调查过去或现在潜在的化学生物特征，从水生生物到可能使用液态碳氢化合物作为溶剂的生物，比如在湖泊、海洋或含水层。（晋楠）