造個太空潛艇，去木衛二冰面下的海洋看一看

科技 08-11

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鑽機穿透木衛二冰面進入海洋，釋放科考潛艇的假想圖。圖片來源：NASA 噴氣推進實驗室(JPL)

過去20年，天體科學最重大的發現，包括在土星的最大衛星泰坦（土衛六）上發現液態甲烷構成的海洋，以及在多顆氣態巨行星的冰面之下發現海洋。這些發現意味著，這些海洋中可能有生命存在。

不幸的是，探測這些海洋極其困難。首先，只有非常複雜和昂貴的星際探測器，例如「朱諾」號和「卡西尼」號才能到達那裡。其次，著陸過程更加困難。2005年，歐洲空間局的「惠更斯」號著陸器成功登陸泰坦衛星，但是落在了乾燥的地面而不是海洋中。人類還得尋找其他方法。

一個最新的構想是，將潛艇送到那些海洋中進行探測。之後的兩年內，NASA將投資50萬美元，研究能夠在泰坦衛星的海洋中進行探測的潛艇。但是還有更加大膽的設想，設計能夠直達冰下海洋的，針對木星的衛星木衛二、甘美尼德星和土衛二的探測器。但是這樣的設想是否已經超過了我們的技術能力？

甲烷海洋中的液體

克拉肯湖（Kraken Mare）是泰坦（土衛六）上面積最大的海洋，面積40萬平方公里，超過地球最大鹹水湖——裏海。裡面不是水，而是甲烷，乙烷和氮。

造個太空潛艇，去木衛二冰面下的海洋看一看

卡西尼探測器的成像雷達穿透泰坦不透明大氣拍攝的克拉肯湖北部區域，圖中的陸地被稱為馬亞達半島。圖片來源：NASA噴氣推進實驗室(JPL)

在泰坦甲烷湖中的潛艇該怎麼設計？它的外形應當類似於地球海洋中的潛艇，但長度應該達到寬度的10倍，這樣可以減小阻力，並在內部空間容納各種探測設備。該潛艇深入水下工作，但必須定期上浮到海面，把採集到的數據發回地球。

能源是必須考慮的問題。在遙遠的外行星，太陽能電池板難以提供足夠的電力。工程師設計了多種方案，包括小型核反應堆和燃料電池，但這些能源都太重。然而，鈈元素衰變電池是個合適的選擇。

克拉肯湖的周邊深度約為30-40米，但是它的最深處估計為150米。越往深處下潛，潛艇受到的壓力越大。液態甲烷的密度是水的一半，此外，泰坦上的重力也只有地球的七分之一，跟月球重力差不多。因此即使潛艇在150米深的海底，受到的壓力也不會有多大。

但是最大的挑戰來自於工程：潛艇要能裝在火箭上，熬過從地球到泰坦的7年旅程，還要能安全穿過泰坦的大氣層。類似於X-37空間飛行器的運載工具應該能夠順利穿過泰坦的碳氫化合物大氣層，然後在克拉肯湖中釋放潛艇。

還有溫度控制問題：克拉肯湖的溫度是零下180攝氏度左右，但是鈈衰變電池產生的廢熱很多，必須及時散熱。

更大的挑戰：冰面下的海洋

科學研究已經證明，木衛二幾十千米厚的冰殼下，很可能存在液態鹹水海洋。事實上，這種冰下海洋不僅存在於木星和土星的衛星上，甚至包括天王星和海王星的衛星。水是地球生物的生命之源，因此可以合理推測，這些外星海洋也可能存在生命。這是為什麼行星科學家如此想探測這些冰下海洋，使用探地雷達進行遙感探測，或者直接把潛艇送入冰下海洋。

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