介绍卫星泰坦?

最佳答案 - 由提问者2006-08-15 14:49:36选出

在土星美丽的光环之外，有一个神秘的世界，那就是"泰坦"卫星（即土卫六）。这颗云遮雾掩的巨大卫星是土星20多颗卫星中最大的一颗，甚至比水星还大。我们所了解的情况表明，有某些变化过程仍在这里进行，而早在洪荒年代这些过程就在地球上出现过，正是这些过程导致了生命的诞生。

　　如果我们能够设想出若干种可能的早期地球大气，就可以在实验室里分别进行模拟，输入一些能量，看看会产生多少有机分子？不幸的是，我们对早期地球大气的成分了解不多。现在，我们发现一个这样的星体，它的大气中仍然保存了丰富的氢气和稠密的氮气，在其他方面它也与早期地球非常相似，现在它还在大量产生构成生命的有机物质，那么，通过它我们或许可以揭示地球生命起源的奥秘。那颗星体就在太阳系里，它就是土星的第六个卫星，"泰坦"卫星。科学家猜测在覆盖"泰坦"卫星表面的冰层里，含有大量的有机分子，在那里可以发现原始的蛋白质，甚至可以找到活的细胞。

　　1655年，著名的荷兰物理学家惠更斯首次发现"泰坦"卫星。1944年，卡尔·萨根的博士论文指导老师柯伊伯（与惠更斯一样也是荷兰人，也算得上是惠更斯的学术传人）在对"泰坦"卫星作光谱观测时，惊人地发现它的大气中有甲烷气体。在对"泰坦"卫星的认识中，具有划时代意义的事件是"航海家"1号和"航海家"2号探测器分别于1980年和1981年到达土星系统，并用携带的紫外、红外和无线电仪器测量了"泰坦"卫星的大气。我们发现"泰坦"卫星的大气和今天的地球一样，主要由氮组成，另一个重要成分是甲烷，还找到一些呈气态的简单分子，主要是碳氢化合物和腈(这两者都参与了地球生命的形成过程)。"航海家"号探测器还在土星周围发现由行星磁场所俘获的高能电子和质子形成的一个大区域。"泰坦"卫星绕土星运动时，将从这个磁场中穿进穿出。电子束将会照射到"泰坦"卫星的高层大气中，就像原始地球的大气遭受带电粒子的照射而形成有机分子那样，一个自然而然的想法是"泰坦"卫星的大气由此会形成什么复杂分子呢？

　　为了详细探测泰坦卫星的表面和大气情况，1997年10月美国宇航局和欧洲空间局联合发射了耗资10亿美元的"卡西尼" 号土星探测器，我们第一次深入到"泰坦"卫星大气层的时间将会是2004年，那时"卡西尼"号土星探测器将接近"泰坦"卫星，并将所携带的"惠更斯"号子探测器送入"泰坦"卫星内部进行探测。"卡西尼"号土星探测器将描绘出"泰坦"卫星的外部形貌，"惠更斯"号子探测器则详细探测"泰坦"卫星烟雾弥漫的红色大气层。降落过程经历2小时30分钟，如果没有坠毁，"惠更斯"号子探测器将有30分钟的宝贵时间向地球传递有关"泰坦"卫星表面的重要信息。到时我们就可以知道"泰坦"卫星在拥有生命的道路上究竟走了多远？

　　这次探测是美国宇航局许多实地探测"泰坦"卫星计划中的第一个。美国宇航局已经确定的第二个实地探测计划被称为"泰坦有机物探测"计划，进行第二次及随后的其他探测是非常有必要的。研究者们已经能够在实验室里，通过紫外线或电火花，从氮气、甲烷和氨的混合物中合成简单的有机分子，再添加一些来自水蒸汽中的氧，甚至可以制造出氨基酸。但没有谁知道再添加些什么成分或催化剂，在怎样的反应条件下，才能将简单的氨基酸之类的有机物转化成可以自我复制的分子，比如RNA或DNA。

　　但地球上的实验室难以胜任这一工作，进入"泰坦"卫星将是一个可行的选择。在"泰坦"卫星的大气层中，太阳光将氮气和甲烷分解，分解出来的碳原子、氮原子和氢分子重新结合，形成各种较重的有机分子。现在，望远镜已经在那里发现了20种不同的有机分子，其中最多的是乙烷，这些乙烷有可能在"泰坦"卫星的表面积聚成巨大的湖或海。但在一个只有碳、氮和氢的世界里，要形成地球上那样的生命几乎是不可能的，因为还缺少另一种活跃的组成成分：氧。由于"泰坦"卫星上气温极低，在它的大气层中只能存在少量的含氧化合物，而所有的氧气又被封死在卫星表面的冰层里。不过冰层也有偶尔被融化的时候，1992年，卡尔·萨根及其同事认为，"泰坦"卫星表面上的任何一处，都有50%以上的机会被陨石撞击，导致该处的冰层融化，这样一来大气中的有机分子就有可能与液态水中的氧发生反应，在这么长的时间里，大自然足以形成简单的氨基酸。那么后来呢，会不会形成蛋白质和糖，甚至形成原始的活细胞？要知道情况到底如何，唯一的办法就是去那里看一看。

　　但要实地考察那些陨石撞击点，美国宇航局还有几个棘手的问题需要解决。一方面，没有谁知道"泰坦"卫星的表面地形到底是什么样子，另一方面，进行实地考察的工具必须能长距离飞行，因为卫星表面可能会有液态的乙烷积聚而成的巨大的湖或海。因此，派遣什么样的登陆工具就显得特别重要。

　　直升机是个明智的选择。低空飞行的飞机可以清晰地探明"泰坦"卫星的地表，但它不能登陆卫星表面采集样本。探测气球便宜又简单，但要将它固定在卫星表面不被风吹走很困难，而且，也无法产生足够向下的力，以便从坚硬的表面采集样本。

　　尽管在地球上，直升机需要大量的能源，对于"泰坦"卫星来说，直升机最实用。它可以长距离飞行，而且只要有一小块平地，它就可以降落，并可以采集样本。由于"泰坦"卫星大气的浓度是地球大气的4倍，因此直升机的飞行比较容易。而且，"泰坦"卫星上的重力只有地球重力的1/7，因此，所需的升力要小得多。直升机在"泰坦"卫星上起飞时所需的力只有地球上所需力的1/38。一架100千克的直升机只需大约500瓦就可以起飞，还不及家用真空吸尘器所需的能量。

　　随着一项项实地探索"泰坦"卫星活动的进行，"泰坦"卫星正日渐成为地球人探索生命起源的天然实验室！