探索外星水域

游飞宇

在过去的20年里，行星科学中最重要和最令人兴奋的突破之一就是外星“水域”的发现。这些“水域”中最引人关注的是位于泰坦星（土卫六，土星最大的卫星）表面的液态甲烷湖。美国宇航局表示，泰坦星上有可能存在生命，比如某种未知生物正在呼吸着泰坦的大气，并以地表的燃料为食。

这个说法让所有人为之振奋，大家都迫不及待地想一睹这个外星生物的风采。可惜，由于探测困难，我们目前对于这些神秘的外星“水域”知之甚少。实际上，这些所谓的地下液态海洋目前也只是间接地探测到而已。

那么，我们应该如何探索这些海洋呢？

目前最有可能实现的一个想法是向泰坦星发射一艘太空潜艇。在过去的时间里，美国宇航局投入了大量的资金来研究如何输送太空潜艇到泰坦星上最大的海洋──克拉肯海中。

泰坦潜艇的挑战

克拉肯海存在于泰坦星表面的数千米冰层之下，面积达40万平方公里，比地球上的里海（面积37.1万平方公里）还大，它由大量的液态甲烷、乙烷和氮组成。科学家们相信，它最深处的深度可以超过150米。虽然甲烷的密度大约是水的4倍，但泰坦星的引力仅为地球的1/7。所以在克拉肯海底执行任务的潜艇需要承受的压力比在地球上要小得多。

至于太空潜艇的结构设计，美国宇航局的科学家表示，首先它的纵横比要较高，垂直高度应约为水平宽度的10倍，这样可以将阻力最小化。天线应该设计在顶部，在浮出海面后可以与地球通讯，而在潜入海底之后通讯会中断，所以搜寻生命的过程需要实现完全自动化。同时，太空潜艇要能够装载大量仪器，用以测量海洋的化学成分，并探测洋流、潮汐和洋底结构等。

接着需要考虑的是电力问题。由于潜艇进行的是冰冷的海底作业，它显然不能像大多数宇宙飞船那样由太阳能电池板提供电力。针对这一问题，工程师们提出了各种替代方案，包括紧凑的核反应堆、燃料电池等，但得出的结论是：这些材料对于太空潜艇而言都过于沉重。最终，他们提出，这些电能也许可以通过钚的放射性衰变产生。

但是，随之而来的一大难题就是控制潜艇内部的温度。尽管海水温度低至零下180度，但是钚的放射性衰变所产生的巨大热量仍然有可能把潜艇内部的设施烧蚀殆尽，所以我们必须设法把这些热量消耗掉。

最后，我们还需要设计一个可以装载潜艇的航天飞机，在太空中经历大约七年的航程，最终降落到克拉肯海。

降至地下海洋深处

为了使潜艇能够穿越覆盖在克拉肯海之上的数千米冰层，我们需要一个穿冰机器人。穿冰机器人可以通过不断的加热把厚厚的冰层融化，这样潜艇就能顺利到达此次旅程的最终目的地——克拉肯海底。

值得注意的是，穿冰机器人加热并融化冰层的过程需要持续消耗大量的电能。科学家发现，一个紧凑的核裂变反应堆也许可以提供这些能量。它将帮助穿冰机器人在6个星期内完成这项穿透冰层的工作。这个核反应堆也只需要留在冰面上工作，它所产生的能量将通过光纤电缆传输给下行的穿冰机器人。

令人惊喜的是，这个想法实际上已经在南极洲进行了测试。不过，冰层融化之后会残留许多杂质，由这些杂质形成的沉积物会在穿冰机器人前面堆积起来，阻碍机器人前进，导致破冰工作难度加大。另一方面，穿冰机器人和潜艇都必须进行昂贵而极端的消毒，以避免向可能存在生命的海底环境中引入任何污染。

雖然眼前障碍重重，但美国宇航局非常坚定地相信，他们可以在2040年前完成这项在泰坦上部署太空潜艇的任务，由此打开突破口，逐步揭开外星“水域”神秘的面纱。