NASA科学家在土卫六大气层中发现 “奇怪”的碳基分子

NASA科学家在土卫六大气层中发现 “奇怪”的碳基分子

ByNASA中文

横幅图片：土卫六的这些红外图像代表了关于这颗冰冷卫星表面最清晰的全球视野。这些图像是由美国国家航空航天局（NASA）“卡西尼”号（Cassini）所搭载的视觉和红外成像光谱仪（VIMS）采集的13年的数据形成。 来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工学院（JPL-Caltech）/南特大学（University of Nantes）/亚利桑那大学（University of Arizona）。 NASA的科学家在土卫六泰坦（Titan）的大气层中发现了一种从未在其他星球大气层中发现的分子。事实上，许多化学家几乎没有听说过，也不知道如何拼写这种分子：环丙烯亚基（cyclopropenylidene）或C3H2。科学家们表示，这种简单的碳基分子可能是更复杂化合物的前体，这些化合物可以在土卫六上形成或供养潜在的生命。 2005年1月14日，欧洲航天局（ESA）的惠更斯号（Huygens）探测器在成功降落到土卫六表面时传回了这张图像。该彩色图像经过处理，添加了反射光谱数据，以便更好地显示土卫六表面的实际颜色。 来源:NASA/喷气推进实验室（JPL）/ESA/亚利桑那大学 研究人员通过位于智利北部的大型射电望远镜阵，阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）发现了C3H2。他们在对望远镜收集到的独特的光信号光谱进行筛选时注意到了由碳和氢构成的C3H2。C3H2分子通过释放或吸收的能量，揭示了土卫六大气的化学成分。 NASA戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）的行星科学家康纳·尼克松（Conor Nixon）表示：“当我意识到自己看到的是环丙烯亚基时，我最先想到的是，‘嗯，这真是太出乎意料了。’”。尼克松团队的研究发现刊载于10月15日发布的《天文学杂志》（Astronomical Journal）月刊上。 尽管科学家们已经在星际空间发现了C3H2，但在大气层中发现它的确有些出乎意料。这是由于环丙烯亚基很容易与其接触到的其他分子反应，形成其他不同的化合物。迄今为止，天文学家仅在飘浮于恒星系统间的气体尘埃云中发现了C3H2。换言之，发现C3H2之处都是一些非常寒冷、非常分散，无法促进化学反应发生的区域。 但是像土卫六这样稠密的大气层可以为潜在的化学反应提供有利条件，这是科学家们对这颗卫星感兴趣的一个主要原因，而土卫六也是NASA即将到来的“蜻蜓”（Dragonfly）任务的目的地。尼克松的研究团队之所以能够在土卫六上识别出少量的C3H2，可能是由于他们观测的是土卫六大气层的上层，那里能够与C3H2发生相互作用的其他气体较少。科学家们目前尚不清楚为什么环丙烯亚基会出现在土卫六的大气层中，而不是在其他星球的大气层中。尼克松表示：“土卫六在太阳系中是独一无二的，毫无疑问，它的确是新分子的宝库。” 土卫六是土星目前已知的62颗卫星中最大的一颗，它是一个有趣的星球。从某些方面而言，土卫六是迄今为止发现的与地球最相似的一颗星球。不像太阳系里的其他200多颗卫星，土卫六的大气层密度是地球的4倍，还存在云层、雨水、湖泊和河流，甚至还有地下咸水海洋。 土卫六的大气主要由氮和少量甲烷组成。当甲烷和氮分子分解，其组成原子释放，形成了一个复杂的有机化学网络，这引起了科学家们的重视。同时，也使这颗卫星被列为NASA关于探索太阳系中过去和现在的生命迹象的重要探索目标。 NASA 喷气推进实验室的高级研究科学家，土卫六专家罗莎莉·洛普斯（Rosaly Lopes）表示：“我们正试图弄清楚土卫六是否适宜居住。因此，我们想知道土卫六大气中有什么化合物到达了地表。然后，这些物质是否能穿过冰层到达地表之下的海洋。因为我们认为海洋拥有适宜生命存在的条件。” 那些可能存在于土卫六表面的分子类型可能与地球上形成生命基石的分子类型相同。科学家们猜测，在38亿至25亿年前，早期地球的空气中充满了甲烷而非氧气。当时的情况可能与土卫六现在的情况相似。 NASA戈达德太空飞行中心的天体生物学家梅丽莎·特雷纳（Melissa Trainer）表示：“我们把土卫六看作是一个真实的实验室，在这里我们可以看到和远古地球在孕育生命时所进行的类似的化学反应。”特雷纳是蜻蜓号任务的副首席研究员，也是蜻蜓号旋翼飞行器上用于分析土卫六表面成分的仪器的负责人。 特雷纳表示：“我们将寻找比C3H2更大的分子。但我们需要知道大气中发生了什么，以便了解导致复杂有机分子形成并掉落到星球表面的化学反应。” NASA的蜻蜓号任务旨在探索土卫六的化学成分和宜居性。 来源：NASA戈达德太空飞行中心/约翰霍普金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory 迄今为止，环丙烯亚基是除了苯之外，在土卫六的大气层中发现的唯一一种环状或闭环分子。虽然C3H2目前还未被用于现代生物反应，但像这样的闭环分子非常重要，因为它们构成了DNA碱基和RNA碱基的骨架环。DNA的复杂化学结构承载着生命的遗传密码，而RNA是关乎生命体功能的另一种关键化合物。与尼克松共同发现C3H2的天体生物学家亚历山大·泰伦（Alexander Thelen）表示：“闭环分子的环状特性使构建这些具有重要生物学意义的分子成为可能。” 泰伦和尼克松等科学家正在使用高灵敏度的大型地面望远镜寻找土卫六大气中与生命相关的最简单的碳分子。在此之前，苯（C6H6）被认为是在任何行星大气层中发现的复杂环状烃分子的最小单位。但如今，这个地位似乎已被C3H2所取代。 2016年，尼克松的研究团队利用ALMA大型射电望远镜阵观测土卫六。他们惊奇地发现了一种奇怪的化学指纹，尼克松通过搜索所有已知分子光谱特征的数据库，将其确定为环丙烯亚基。 迄今为止，环丙烯亚基只在气体云和尘埃分子云中被探测到，比如金牛座的恒星摇篮，位于400光年之外的金牛座分子云（Taurus Molecular Cloud）。最近，NASA戈达德太空飞行中心的科学家康纳·尼克松和其团队在土卫六的大气中发现了这种独特的分子。这是首次在分子云之外的地方探测到环丙烯亚基。环丙烯亚基是除苯之外唯一在土卫六上被探测到的闭环分子。闭环分子很重要，因为它们构成了DNA碱基和RNA碱基的骨架环。DNA的复杂化学结构承载着生命的遗传密码，而RNA是关乎生命体功能的另一种关键化合物。 来源：康纳·尼克松/NASA戈达德太空飞行中心 为了再次确认研究人员的确看到了这种不寻常的化合物，尼克松仔细研究了通过对NASA卡西尼号探测器在2004至2017年间对土卫六进行的127次近距离飞越获得的数据进行分析后发表的研究论文。他想看看卡西尼号上的探测仪器是否能证实他的新研究成果。这台被称为质谱仪（mass spectrometer）的仪器捕捉到土卫六上许多神秘分子的迹象，科学家们仍在试图识别这些分子。事实上，卡西尼号已经发现了环丙烯亚基分子的带电形式，即C3H3+的存在证据。 鉴于这是一个罕见的发现，科学家们正试图对环丙烯亚基进行进一步研究，了解它如何与土卫六大气中的气体相互作用。 JPL的行星科学家迈克尔·马拉斯卡（Michael Malaska）表示：“环丙烯亚基是一种非常奇怪的小分子，它不是你在高中化学甚至本科化学中学到的那样。在地球上，你是不会遇到这种情况的。”马拉斯卡曾在制药行业工作，对土卫六产生兴趣后改行对其进行研究。 不过，马拉斯卡表示，找到像C3H2这样的分子对于了解土卫六的全貌至关重要：“你所发现的每一小块碎片和一小部分都有助于将土卫六上发生的所有事情组合在一起。” 来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-scientists-discover-a-weird-molecule-in-titan-s-atmosphere/

透视土卫六

透视土卫六

ByNASA中文

2020年8月20日 Seeing Titan Image Credit: VIMS Team, U. Arizona, U. Nantes, ESA, NASA Explanation: Shrouded in a thick atmosphere, Saturn’s largest moon Titan really is hard to see. Small particles suspended in the upper atmosphere cause an almost impenetrable haze, strongly scattering light at visible wavelengths and hiding Titan’s surface features from prying eyes. But Titan’s surface is better imaged at infrared wavelengths where scattering is weaker and atmospheric absorption is reduced. Arrayed around this visible light image (center) of Titan are some of the clearest global infrared views of the tantalizing moon so far. In false color, the six panels present a consistent processing of 13 years of infrared image data from the Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) on board the Cassini spacecraft….

土卫六北半球的夏天

土卫六北半球的夏天

ByNASA中文

2020 June 20 Northern Summer on Titan Image Credit: Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA Explanation: Today’s solstice brings summer to planet Earth’s northern hemisphere. But the northern summer solstice arrived for ringed planet Saturn over three years ago on May 24, 2017. Orbiting the gas giant, Saturn’s moon Titan experiences the Saturnian seasons. Larger than inner planet Mercury, Titan was captured in this Cassini spacecraft image about two weeks after its northern summer began. The near-infrared view finds bright methane clouds drifting through Titan’s dense, hazy atmosphere as seen from a distance of about 507,000 kilometers. Below the clouds, dark hydrocarbon lakes sprawl near its fully illuminated north pole. Tomorrow’s picture: Venus by moonlight 土卫六北半球的夏天 影像提供：Cassini Imaging Team, SSI, JPL, ESA, NASA 说明：明天的夏至将把夏天带到地球北半球，但对拥有行星环的土星而言，北半球的夏至降临在3年前的5月24日。而在绕行这颗气态巨行星的土卫六，也感受到土星的季节变化。这张呈现大于水星的土卫六的影像，是由卡西尼号太空船摄于土星夏季降临的2星期多之后。这张摄于约507，000公里之外的近红外光照片，记录了漂过土卫六致密雾霾天空的明亮甲烷云。在云层下方，可见到在阳光照耀的土卫六北极区，以及它附近广袤的暗色碳氢化合物湖泊。…

历史上的今天 惠更斯发现了灭霸的故乡

历史上的今天 惠更斯发现了灭霸的故乡

ByNASA中文

克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens ） Credit：NASA 1655年3月25日，荷兰数学家和天文学家克里斯蒂安·惠更斯发现了灭霸的故乡（虚构），土卫六泰坦。 当年惠更斯在观察土星环时，注意到附近有一个明亮的小点，随后经过几天的确认，证实这个小点在环绕土星运行，确认新发现了一个土星的卫星。土卫六是土星最大的卫星，也是土星截止目前82颗卫星中最先发现的。 杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper），1960年，柯伊伯在亚利桑那州创建了月球与行星实验室。 Credit:NASA 近300年后，1944年，荷兰美籍天文学家杰拉德·柯伊伯发现土卫六具有与众不同的特征之一，这颗遥远的土星卫星拥有大气层。 土卫六上反射的太阳光通过光谱仪后，柯伊伯从中检测到了甲烷的存在，地基望远镜的进一步观测，证实了这一发现，土卫六拥有浓密且朦胧的大气层。 先驱者11号拍摄到的土星和土卫六，当时距离土星284.6万公里。 Credit: NASA Ames 1979年9月1日，先驱者11号飞越了土星系统，成为首个探索土卫六的航天器。天文学们之前研究过土卫六的温度，并估算出它的质量，这些特征都得到了先驱者11号的证实。 由于土卫六的大气层不透明，当年科学家们错误地认为土卫六可能是太阳系中最大的卫星。先驱者11号在土卫六的高层大气中看到了淡蓝色的烟雾，后来旅行者一号又观测到了这一现象。 1980年10月18日，旅行者一号近距离拍摄到的土星彩色增强照。 Credits: NASA/JPL-Caltech 1980年11月12日，旅行者1号拍摄到的土卫六，涵盖范围约2.2万公里，从中我们能看到土卫六大气层的细节。 Credits: NASA/JPL-Caltech 上面这张照片中，我们能看到橙色和蓝色的高层大气。在旅行者1号抵达土星系统前，一些科学家估计，由于土卫六的温度很低，可能在其表面存在着液态的甲烷海洋，但由于旅行者1号和旅行者2号携带的相机无法穿透土卫六浓密的大气层，无法看清土卫六的表面，所以这一猜想无法得到证实。 1981年8月4日，旅行者2号拍摄到的土星系统，当时相距大约2100万公里。 Credit：NASA 旅行者号探测器证实了土卫六大气层中有乙炔、乙烷、丙烷和其他有机分子，且大气的主要成分是氮气。 红外光下的土卫六表面 Credit: UA Lunar and Planetary Laboratory 1994年，哈勃太空望远镜在红外光波段拍摄了土卫六，照片显示有较大的明暗区域，但这并不能证实土卫六表面存在着液态海洋。 可见光和红外光波段下，土卫六的变化，分别由卡西尼号拍摄于2005年10月28日（左），2005年12月26日（中），2006年1月15日（右）。 Credit：NASA/JPL/University of Arizona 红外光下，迄今最清晰的土卫六全球影像，由卡西尼号拍摄。 Crdit：NASA/JPL-Caltech/Stéphane Le Mouélic, University of Nantes, Virginia Pasek, University of Arizona 2004年，卡西尼-惠更斯号成为首个进入土星轨道的探测器，并开始多次观察土卫六。 2005年1月14日，惠更斯探测器成功着陆土卫六，传回的首张土卫六表面影像。 Credit：NASA/JPL/ESA/University of Arizona 在惠更斯发现土卫六的300多年后，2005年1月14日，以惠更斯名字命名的探测器着陆土卫六，这是人类探测器首次在外太阳系着陆。 参考：https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/titan

观察土卫六是否有生命迹象

观察土卫六是否有生命迹象

ByNASA中文

NASA’s next destination in the solar system is the unique, richly organic world Titan. Advancing our search for the building blocks of life, the Dragonfly mission will fly multiple sorties to sample and examine sites around Saturn’s icy moon. Dragonfly is slated to launch in 2026 and arrive in 2034. The rotorcraft will fly to dozens of promising locations on Titan looking for prebiotic chemical processes common on both Titan and Earth. Dragonfly marks the first time NASA will fly a multi-rotor vehicle for science on another planet; it has eight rotors and flies like a large drone. It will take advantage of Titan’s dense atmosphere – four times denser than Earth’s – to become the first vehicle ever to fly its entire science payload…

一个全新的世界：天文学家绘制了土卫六的第一张全球地图

一个全新的世界：天文学家绘制了土卫六的第一张全球地图

ByNASA中文

在这张NASA卡西尼号探测器拍摄的图像中，阳光照射到土卫六北极附近的液态甲烷湖泊上，并反射了回来。 图片来源：NASA /加州理工学院-喷气推进实验室/亚利桑那州立大学/爱达荷大学（University of Idaho） 利用美国航空航天局（NASA）卡西尼号土星探测任务的数据，天文学家首次绘制了土卫六（Titan，又称“泰坦”）的全球地质图，揭示了土星这颗最大卫星的地形多样性，包含了沙丘、湖泊、山脉、平原、陨石坑以及其他多种地形地貌。 除了地球之外，土卫六是我们太阳系中唯一已知的表面存在稳定液体的行星体（planetary body，太阳系中所有地质情况与行星相同或相似的二级星体，包括行星、矮行星或质量与行星相当的卫星）。与地球上形成湖泊和海洋的情况不同，土卫六上降下的不是来自云层的液态雨水，而是液态的甲烷和乙烷，这两种碳氢化合物在地球上通常以气体形式存在，但在土卫六寒冷严酷的气候下却变成了液体。 行星地质学家罗莎莉•洛佩斯（Rosaly Lopes）说：“土卫六的水文循环（hydrologic cycle）以甲烷为基础，性质非常活跃，在土卫六上形成了一个复杂的地质景观，使这颗卫星成为了太阳系中表面地质多样性最为突出的星体之一。土卫六有着像地球一样的大气层；它有风、有雨，还有山。这是一个非常有趣的世界，也是在太阳系中寻找地外生命的绝佳位置之一。”洛佩斯是绘制土卫六地图新研究的主要作者，就职于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）。 “尽管在物质材料、温度和重力场方面，地球与土卫六之间都有所不同，但这两个星球的表面特征却拥有诸多相似之处，可以解释为同类型地质过程的产物。土卫六的全球地图显示，在整颗星球的范围内，不同的地质地形具有清晰的纬度分布，并且，某些地形在土卫六上的覆盖范围远比其他地形要多得多。” 土卫六的第一张全球地质图，图上标出了一些已经命名的表面地质特征，数据来源于NASA卡西尼号任务的雷达图像和可见光图像。卡西尼号于2004年至2017年围绕土星飞行。 图片来源：NASA /加州理工学院-喷气推进实验室/亚利桑那州立大学 这张全球地图显示，土卫六表面几乎有三分之二的区域是平坦的平原；17％被风塑造的沙丘所覆盖，大部分位于赤道附近；有大约14％的区域被归类为“丘陵地带”（hummocky），即丘陵或山区；还有大约1.5％被称为“迷宫”地带，布满了被雨水和风化蚀刻的山谷；令人惊讶的是，土卫六表面的陨石坑非常少，表明这颗卫星的“面庞”还相当年轻。 洛佩斯和她的团队，包括喷气推进实验室的迈克尔•马拉斯卡（Michael Malaska），与她的行星地质学家同事、来自位于坦佩的亚利桑那州立大学（Arizona State University）地球与太空探索学院的大卫•威廉姆斯（David Williams）合作完成了这项研究。他们的相关发现（包括土卫六地质地形的相对年龄）于11月18日发表在《自然•天文学》（Nature Astronomy）杂志上。 2004年至2017年，NASA的卡西尼号土星探测器在围绕土星运行期间，飞越了120颗大小与水星相当的卫星，收集了大量有关土星这颗气态巨行星（gas giant）及其卫星的宝贵数据。在飞掠土卫六表面的100多次经历中，卡西尼号让研究人员能够透过它浓厚的大气瞥见这颗卫星的真容，观察到表面地形地貌的诸多细节。 彩色球形的土卫六正从土星及其环前经过，NASA的卡西尼号探测器在2011年拍摄了这张真彩色照片。 图片来源：NASA /加州理工学院-喷气推进实验室/空间科学研究所（Space Science Institute） 在这次的研究中，洛佩斯团队使用的正是卡西尼号的数据，更确切地说，是来自卡西尼号雷达成像仪（radar imager）的数据，雷达成像仪在飞行期间穿过了土卫六富含氮气和甲烷的不透明大气环境。此外，该团队还使用了卡西尼号的可见光和红外光仪器探测的数据，这些仪器能穿透甲烷迷雾，捕获土卫六表面一些范围较大较明显的地质特征。 “这项研究是一个结合数据集和工具使用的绝佳范例，”洛佩斯说道，“尽管我们没有使用合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）进行全球覆盖，但我们使用了来自其他仪器和雷达的其他数据模式，对不同地形单元的特征进行关联，因此即使是那些没有被SAR覆盖的区域，我们也可以推断出它们的地形地貌。” 威廉姆斯与喷气推进实验室团队合作，首先使用雷达图像，然后将这些单元图像外推到雷达未能覆盖的区域，从而确认出土卫六上有哪些地质单元的地形地貌是可以确定的。为此，威廉姆斯积累了足够的经验：借助NASA麦哲伦号金星轨道探测器（Magellan Venus）的雷达图像，以及他此前绘制的土卫六部分区域地质图。 “卡西尼号飞行任务揭示了一个重要的事实，那就是土卫六是一个地质上非常活跃的世界，甲烷和乙烷等碳氢化合物在土卫六上承担着水在地球上的作用，”威廉姆斯说，“这些液态的碳氢化合物降落在土卫六表面，流动形成小溪与河流，累积形成湖泊与海洋，还会蒸发回到大气之中。这是一个多么令人震惊的世界啊！” 除了土卫六之外，天文学家已经为许多其他卫星和行星绘制了地质图，包括我们的月球、火星和水星。纽约布法罗大学（University at Buffalo）的行星地质学家特雷西•格雷格（Tracy Gregg）表示，这种地质图是“一种非常强大的工具”，将使科学家能够回答有关土卫六的许多关键问题。“其中之二就是：土卫六经历了哪些季节性的变化？土卫六内部的热量可能会导致什么样的变化？”格雷格说道。 比如说，土卫六的大部分湖泊都位于北极附近，科学家认为这是因为土星绕太阳的椭圆轨道使土卫六北半球经历的夏季比南半球更长，而夏季又是液态甲烷和乙烷降落并聚集于地面的季节。 NASA计划在2026年发射“蜻蜓”（Dragonfly）任务，并让这架大型无人机在2034年抵达土卫六。“蜻蜓”将进行多次飞行，对土卫六上的多个不同地点进行研究。但目前为止，还没有机构计划将更多的轨道飞行器送往土星或它的卫星，因此在可预见的将来，这张地质图很可能仍是我们对土卫六的最佳全球视图。 卡西尼－惠更斯号（Cassini-Huygens）飞行任务是NASA、欧洲空间局（European Space Agency，ESA）和意大利航天局（Italian Space Agency）的合作项目。NASA的喷气推进实验室行政上从属于帕萨迪纳市的加州理工学院（Caltech），负责管理NASA在华盛顿科学任务理事会（Science Mission Directorate）的研究任务。喷气推进实验室设计、开发并组装了卡西尼号轨道飞行器，雷达仪由喷气推进实验室和意大利航天局制造，由来自美国和几个欧洲国家的团队成员一同负责。 参考来源： [1] https://www.nasa.gov/feature/jpl/the-first-global-geologic-map-of-titan-completed [2] https://www.nature.com/articles/d41586-019-03539-8 [3] https://www.nature.com/articles/s41550-019-0917-6 [4] https://en.wikipedia.org/wiki/Planetary_body [5] https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/titan/in-depth/ [6] https://solarsystem.nasa.gov/cassini [7] https://www.nature.com/articles/d41586-019-02027-3

蜻蜓号获选，将在土卫六翱翔

蜻蜓号获选，将在土卫六翱翔

ByNASA中文

2019 July 3 蜻蜓号获选，将在土卫六翱翔 影片提供: NASA, Johns Hopkins U. Applied Physics Lab. 说明: 如果能在土卫六翱翔，你会看见什么？为了找出答案与探入探索土星这颗的怪异卫星，美国航天总署最近批准了”蜻蜓号”任务，未来将在土卫六布署一架酷似直升机的无人飞行器。土卫六是太阳系最大的卫星之一，也是唯一有厚重大气和多变碳氢化合物（烃）湖泊的卫星。接下来要经过开发、建造、测试和发射等阶段的蜻蜓号，目前预定在2034年抵达土卫六。这部主题动画影片，想象蜻蜓号抵达、进行飞行探索、降落建立无线电链接和地球通信、与再起飞进行另一个横越土卫六旅程的景象。蜻蜓号除了希望能协助人类深入了解土卫六的天气、化学、及变化莫定的地貌之外，也能增进对于生命如何在早期地球出现的了解。 Robotic Dragonfly Selected to Fly Across Titan Video Credit: NASA, Johns Hopkins U. Applied Physics Lab. Explanation: If you could fly across Titan, what would you see? To find out and to better explore this exotic moon of Saturn, NASA recently green-lighted Dragonfly, a mission to Titan with plans to deploy a helicopter-like drone. Saturn’s moon Titan is one of the largest moons in the Solar System and the only moon known to have a thick atmosphere and changing hydrocarbon lakes. After development, building, testing, and launch, Dragonfly is currently scheduled to reach Titan in 2034. The featured animated video envisions Dragonfly arriving at Titan, beginning its airborne exploration, landing to…

用十亿美元的无人机，去土卫六寻找生命的起源之谜

用十亿美元的无人机，去土卫六寻找生命的起源之谜

ByNASA中文

在上面的插图中，NASA的“蜻蜓”旋翼机着陆器抵达土星迷人的卫星土卫六上的一点。借助土卫六大气浓厚、引力较小的优势，“蜻蜓”将在这颗冰冷星球的数十个位置进行探索，对土卫六表面有机材料的成分进行采样和测量，来鉴定人类在土卫六环境的可居住性，并研究土卫六上生命起源之前的化学进展。 版权：NASA/约翰•霍普金斯大学应用物理实验室 6月27日，美国航空航天局（NASA）宣布了他们在太阳系中的下一个目的地，那就是独特而富含有机物质的世界：土卫六（Titan）。为了让生命基石的寻觅探索更进一步，“蜻蜓”（Dragonfly）任务将进行多次飞行，对土星（Saturn）这颗冰冷卫星上的不同地点进行采样和勘探。 “蜻蜓”将于2026年发射，并于2034年到达土卫六，到达时土卫六正处于漫长的寒冬之中。这架旋翼机着陆器（rotorcraft-lander）将飞往土卫六被寄予希望的数十个地点，寻找这颗迷人星球和地球所共有的前生命化学（prebiotic chemistry，生命出现之前时期的化学）过程。“蜻蜓”标志着NASA将首次在另一颗星球上利用多旋翼飞行器进行科学研究；它有八个旋翼，飞起来就像一架大型的无人机。 “蜻蜓”将借助土卫六上大气密度高（比地球大气的密度高出了四倍）的优势，成为有史以来第一个将自己所需的全部科学有效载荷带到另一颗星球的探测车，以便重复并有针对性地接触土卫六表面的有机材料。这架无人机质量约为300千克，大小与一辆厢式轿车相近，飞行所需的能量仅为地球上的39分之一。 “‘蜻蜓’是一项大胆的探测方式，将改变太阳系探索的游戏规则，” 约翰•霍普金斯大学（Johns Hopkins University）应用物理实验室（Applied Physics Laboratory in Laurel）的主任拉尔夫•塞梅尔（Ralph Semmel）说道，“这项使命是创造力和技术冒险的双重结合，将帮助我们揭开宇宙中一些最为重要的奥秘，可能包括生命起源的关键。我们很荣幸NASA委托应用物理实验室以及我们的合作伙伴，为我们提供了这一巨大的机会兼责任。” 土卫六的表面充斥着和地球类似的地质特征，包括高原、满是沙丘的沙漠，以及两极地区的液态海洋和河流。这些环境与早期地球非常类似，或许能为我们提供地球上生命出现的一些线索。在“蜻蜓”长达2.7年的基础任务期间，这家举行无人机将探索土卫六上各种各样的环境，从有机沙丘到土卫六表面陨石坑，在这些特定的环境中，对生命孕育尤为重要的液态水和复杂的有机物质曾经共同存在可能数万年之久。“蜻蜓”上的探测仪器将研究前在生命出现之前，化学变化能取得多大的进展；研究这颗土星卫星的大气性质和表土性质，以及次表层海洋（subsurface ocean，科学家认为其主要成分可能是氨水或水和硫酸盐）和液体储层；除此之外，这些仪器还将搜索过去甚至现存生命的化学证据。 [rml_read_more] “蜻蜓”不会像最近的火星探测器那样配备机器臂，它的探测将由其腹部位置的仪器先行引导。腹部的仪器将用中子辐射轰击土卫六表面，这种攻击释放的伽马射线将能区分基本地质类型，例如富含氨的冰或富含碳的沙丘。“蜻蜓”的两个着陆滑板也将各自带有旋转冲击钻，能够对表面物质进行取样并通过气动管将其送入质谱仪（mass spectrometer），从而分析它们的成分。采样系统代表了任务的风险；NASA的科学家担心土卫六富含碳氢化合物的大气会堵塞采样气动管。NASA华盛顿总部的科学副主任托马斯•齐布亨（Thomas Zurbuchen）说：“这是大气层版本的‘漏油’。”在过去的两年里，经过对类似极为特殊的物质的广泛测试和重新设计，来自应用物理实验室“蜻蜓”的首席研究员伊丽莎白•特特尔（Elizabeth Turtle）说，NASA的担忧最终得到了缓解。 “随着‘蜻蜓’任务的开展，NASA将再次完成其他人无法做到的壮举，” NASA的局长吉姆•布里登斯汀（Jim Bridenstine）表示，“造访这个神秘的海洋世界，或许能彻底改变我们对宇宙中生命的了解。即使是在几年之前，我们也无法想象这项相当前沿的任务，而现在，我们已做好了充足的准备，迎接‘蜻蜓’惊为天人的飞行之旅。” 新的“蜻蜓”任务将飞越一系列着陆点的动画 版权：约翰•霍普金斯大学应用物理实验室 利用卡西尼号土星探测器（Cassini）13年以来积攒的数据，“蜻蜓”能够选择出天气平和的时间段进行着陆，同时也能找准安全的初始着陆点以及有趣的研究探测目标。“蜻蜓”将首先降落在赤道附近的“香格里拉”沙丘地区，这些地区在地形上与非洲南部纳米比亚的线性沙丘（linear dune）相似，提供了多样化的取样地点。 鉴于土卫六的表面颇为复杂，单个地点的着陆器无法揭示这颗卫星含有的化学性质，“蜻蜓”将在飞行过程中对这片区域进行较短停留时间的探索，建立起一条长达5英里（约8公里）的长距离“跳跃式”飞行，即沿途在不同地理地质、别出机杼的位置停下来进行样本采集，间隔时间为16个地球日。它最终将到达直径80公里的塞尔克冲击坑（Selk impact crater），那里有着曾经存在过液态水、有机化合物（与氢、氧和氮结合的复杂含碳化合物分子），以及能量的证据，这些要素则是生命诞生的独特配方。“蜻蜓”着陆器最终的飞行总长将超过108英里（约175公里），这几乎是到目前为止所有火星探测器所经过路程距离的两倍之多；而在核电源渐渐耗尽之前，“蜻蜓”的探索时间将长达8年之久。 “土卫六与太阳系中的任何其他的星球都不一样，而‘蜻蜓’也和到目前为止其他的任务完全不同，”齐布亨说道，“想象一下，这架旋翼飞机在土星最大卫星的有机物沙丘上飞行数英里，探索这个与众不同的环境的形成过程，这是非常了不起的。‘蜻蜓’将参观一个充满各种有机化合物的世界，这些化合物是生命的基石，或许能够告诉我们生命本身的起源。” 土卫六具有像地球一样以氮气为主要成分的大气层；与地球不同的是，土卫六还有甲烷构成的云和雨，以及水冰构成的“岩石”；其他的有机物则在大气层中形成，然后像小雪一样落下：这些都是太阳系中最为奇特的景观。土卫六的天气和表面的反应过程结合了复杂的有机物、能量和水，类似于那些在我们的地球上可能引发了生命形成的物质。 “土卫六是一个令人惊奇而又颇为复杂的目的地，”特特尔说道，“我们不知道地球上从化学转化到生物学所采取的步骤和过程，但我们知道的是，如今在土卫六上正在发生着许多前生命化学过程。在这个充满迷人色彩的世界里，我们有机会探索并看到那些静静等待我们的东西。” 土星的这颗卫星比水星（Mercury）还要大，是我们太阳系中的第二大卫星。当它绕土星运行时，距离太阳大约8.86亿英里（约14亿公里），比地球距离太阳大约远了10倍。由于距离太阳太远，土卫六的表面温度大约只有零下290华氏度（约零下179摄氏度）；它的大气压也比地球高出了50％。 ‘蜻蜓’被选为NASA“新前沿”（New Frontiers）项目的一部分，设定预算约8.5亿美元，发射预算约1.5亿美元，是NASA向外开放竞争太空领导地位最大的行星探索任务线。齐布亨说，选中“蜻蜓”任务的一个重要原因，是看中了约翰•霍普金斯大学应用物理实验室曾经发射帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）的实力。在任务选派的最终回合中，“蜻蜓”的对手是彗星天体生物学探索样本回归（Comet Astrobiology Exploration Sample Return，CAESAR），该任务将在彗星上采集至少80克的原始物质并送回地球进行研究，由位于纽约伊萨卡康奈尔大学（Cornell University）的行星科学家史蒂夫•斯奎尔斯（Steve Squyres）领导。 “新前沿”项目包括探索冥王星（Pluto）和柯伊伯带（Kuiper Belt）的新视野号（New Horizons）任务、探索木星（Jupiter）的朱诺号（Juno），以及探索小行星贝努（Bennu）的源光谱释义资源安全风化层辨认探测器（Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer，OSIRIS-REx）。 Elizabeth Turtle展示1：4的“蜻蜓”模型 来源：NASA Live “蜻蜓”由首席研究员伊丽莎白•特特尔（Elizabeth Turtle）领导，她来自马里兰州劳雷尔的约翰•霍普金斯大学应用物理实验室。“新前沿”项目支持那些被行星界认定为太阳系最佳优先勘探项的任务，该计划由NASA位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）的行星任务计划办公室（Planetary Missions Program Office）为NASA在华盛顿的行星科学部门（Planetary Science Division）负责管理。 “‘新前沿’项目改变了我们对太阳系的理解，为了探索生命形成的基石，它揭示了木星湍流大气层的内部结构和组成、发现了冥王星地质结构中的冰冻秘密、揭示了柯伊伯带中的神秘物体，还探索了近地小行星。”NASA的行星科学部主任洛瑞•格拉兹（Lori Glaze）说道，“现在，我们可以将土卫六添加到NASA将要探索的神秘世界的列表中了。” 参考： [1]https://www.nasa.gov/press-release/nasas-dragonfly-will-fly-around-titan-looking-for-origins-signs-of-life [2]https://www.jhuapl.edu/PressRelease/190627b [3]https://www.sciencemag.org/news/2019/06/nasa-will-fly-billion-dollar-quadcopter-titan-saturn-s-methane-rich-moon [4]https://www.nature.com/articles/d41586-019-02027-3