「泰坦」是否人類另一個「家園」？科學家要在罐子里驗證這一點

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如果你身在土星的衛星——「泰坦」，也能夠泛舟湖上。英國曼徹斯特大學高能物理學教授布萊恩·考克斯在紀錄片《行星》中模擬了這個場景，「你可以想像船隻漂浮在湖上的情景，只不過湖裡都是液態甲烷，而周邊的群山則由堅如磐石的水冰構成。」

土衛六是環繞土星運行的最大的衛星，有一個遠古世界主宰者的名字「泰坦」。更加令人著迷和好奇的是，土衛六上擁有複雜的化學物質。土衛六是尋找生命的熱門天體，之前卡西尼號探測器在對土星10年的探測中，也對土星衛星進行了近距離飛掠，「泰坦」是其中的研究熱點。

「遇上了就掃兩眼」的模式已經難以滿足人們對「泰坦」的好奇心。據《航天新聞》（Space News）報道，6月27日，美國國家航空航天局（NASA）宣布選定「蜻蜓」無人機探測器作為其「新邊疆」中級行星科學任務系列的探測器。「蜻蜓」定於2026年發射，2034年抵達「泰坦」，將在其表面飛行約175公里，以研究生命可能存在的「蛛絲馬跡」。計劃順利的話，「蜻蜓」在15年後將抵達「泰坦」。

科學家們似乎等不了那麼久了，就在「蜻蜓」計劃發布幾天後，即7月3日，美國南衛理公會大學發文宣布，他們開啟了「罐頭泰坦」（Titans in a jar）計劃，研究人員可以很快通過模擬「泰坦」環境來判斷它是不是生命的家園。

小「蜻蜓」扛起實地考查重任

雖然在漢語中有「小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭」的詩句，賦予了蜻蜓秀麗、嬌小的特質，但在英語語境中蜻蜓（dragonfly）堪比「飛龍」。

儘管「蜻蜓」不會成為人類第一次在地外天體上放飛的飛行器，明年NASA要先在火星放飛一個——但它的業務能力非常出色。業內對於它的核動力、長續航、自主飛行表示驚嘆，這些都為「蜻蜓」的戰鬥力加分。

資料顯示，「蜻蜓」的大小與一輛火星車相當，裝有8個旋翼。雖然按照設計，「蜻蜓」將能在2.7年的時間裡在「泰坦」上飛行約175公里，還不夠從北京到雄安打一個來回，但對於嚴格限重的「蜻蜓」來說，攜帶燃料仍成為奢望。所以它的飛行並不是靠一箱油，而是利用一台放射性同位素熱電發生器（RTG）來發電，並把電能儲存到蓄電池中，以供在飛行中和在開展其他任務活動時使用。

從目前透露的數據看，「蜻蜓」重量450公斤，核電池充滿電以後，可以浮空2小時，飛行大約60公里。它將在「泰坦」表面飛飛停停，調動攜帶的科學儀器對相關數據進行分析，並把獲得的圖像逐步傳輸回地球，供科學家分析。

自主飛行的能力意味著「蜻蜓」能夠自己判斷應該在哪裡著陸不會被吞噬、在哪裡著陸不會傾翻……

依照計劃，「蜻蜓」將降落在「泰坦」赤道區域的沙丘地帶。在那裡，它將從一處飛到另一處。其探索的核心區域是被稱為「塞爾克」（Selk），直徑約80公里的一座環形山，那裡被認為具備生命所需的三大要素，即水、有機物和能量。「蜻蜓」的探查將為「情景再現」這三大關鍵要素集結在一起會發生什麼帶來可信的實地情況和數據。例如，「蜻蜓」將用「真空吸塵器」系統來採集分析物質，還會攜帶探測器內分析儀器等。

在其他天體上有一些區域的地質條件反應了數十億甚至上百億年前的太陽系條件，將對早期地球的研究產生重要的參考作用。NASA「新邊疆」計劃首席科學家尼布爾在接受採訪時表示，「蜻蜓」也會前往其他位置探測，回答哪些條件與生命形成時的早期地球相像等問題。他表示，人們在地球上不能讓時間倒回過去，從而了解最終導致生命誕生的化學過程，但可以前往「泰坦」，以期能尋求那些問題的答案。

「罐頭」提前模擬「泰坦」大氣環境

「蜻蜓」抵達「泰坦」要等上漫長的15年，現在做什麼呢？美國南衛理公會大學應景地發布了「罐頭泰坦」計劃——在實驗室環境中複製「泰坦」上發生的事情。

類似的複製在十餘年前曾在探索科學領域掀起一陣實驗室熱潮。卡西尼號在對土星的探測過程中，也曾以1000公里左右的極低的距離飛掠「泰坦」。「卡西尼號像一個大瓶子來到『泰坦』的大氣層中，以極快的速度捕捉到了『泰坦』大氣，經過等離子體譜儀進行分析，大氣粒子在電磁場中偏轉，最終發現了高達幾萬道爾頓的複雜分子。」曾參與「泰坦」大氣數據分析標準制定的中山大學教授崔峻回憶，「泰坦」上有大分子有機物的重大發現，讓不少研究者著力於對「泰坦」大氣的模擬。

「泰坦」北極上空平流層中的這片雲(左圖)與地球極地平流層中的雲(右圖)相似

NASA的科學家發現，「泰坦」的雲中含有甲烷冰，而此前人們並不認為甲烷冰是在這部分大氣中形成的。卡西尼號於2006年首次發現了這種雲。

如同幾十年前米勒進行的模擬原始大氣條件的實驗，當時的科學家根據卡西尼號傳回來的大氣成分，在容器中模擬「泰坦」大氣，施加可能的自然條件看是否會形成生命的基礎物質。前者通過地球上可能的無機物混合物得到生命體擁有的4種氨基酸，後者依據人們對「泰坦」的數據設計了模擬實驗，也得到了一些大分子物質。

崔峻說，美國南衛理公會大學的研究與之前的模擬實驗不同之處在於，它增加了對「泰坦」表面條件的考慮因素，此前的研究是模擬大氣。

「罐頭泰坦」的研究團隊成員表示，他們將先引入水，讓它凍結成冰。隨後在這一層冰上覆蓋一層乙烷，持續降低溫度，讓乙烷像「泰坦」表面的湖泊一樣液化，然後再在容器中填充氮氣。之後，再將不同的分子引入系統，例如模仿降雨或稍微提高溫度來「蒸干」湖泊，產生星球表面。

據介紹，研究項目中的「罐頭」是特別設計的，可以進行多種最先進的實驗，可以最逼真的模擬已知的「泰坦」的結構和構成。實驗中也將加入質子同步加速器和中子射線等技術增加實驗條件。

探尋生命起源，尋找人類歸處

無論是「蜻蜓」的直抵現場，還是「罐頭」的隔空模擬，都盡顯人類著迷於生命起源的探尋。

在過往的研究中，「泰坦」給了人類莫大的希望。「認識『泰坦』讓人類的認知有了兩個突破。」崔峻解釋，一方面人們普遍接受海洋孕育說和天外來客說，而「泰坦」給出了大氣可以產生有機物的第三種可能；另一方面，大有機分子通過離子-中性反應形成的新可能性被證實，進一步表明在人類的認知範圍內，電、核、磁、溫度等的變化受限，限制了人類對宇宙中的反應條件的想像力。

比起有發現生命的可能甚至發現生命，「泰坦」的魅力還在於有能被改造的潛力。布萊恩·考克斯說：「人們在「泰坦」發現了類似氰化氫的分子，這是氨基酸的組成部分。還發現了乙烯基氰化物分子，化學家和生物學家們預測它們或許能形成某種細胞膜。『泰坦』存在所有構成生命的元素，如果將它加熱，會發生不同的故事。」

對話生命起源，是為了解決歸處的問題。我國「探月工程」首任首席科學家、中國科學院院士歐陽自遠說，2005年NASA總結髮展規劃認為，發展空間站和太空梭存在策略性偏差，應轉而探測月球、火星和整個太陽系。深空探測可能給人類帶來另一個家園。

「從何處來、向何處去」這一哲學問題對於深空探測來講可能殊途同歸，即將奔向「泰坦」的「蜻蜓」將永遠留在那裡，就如同卡西尼號沒入土星的大氣層，或許未來人類得以宜居「泰坦」之後，才能與它重逢。

來源：帶你去看耿耿星河

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