“蜻蜓号，飞向泰坦——NASA的地外生命探索”

泰坦，与地球相似的卫星

在土星卫星泰坦朦胧的橙色云层之下，隐藏着太阳系最大的谜团之一。那里有一个与我们非常相似的世界，有些奇怪，有些熟悉，但同时又陌生，深不可测。    所以，唯一能确切知道那里到底发生了什么的方法，就是登录泰坦亲自进行调查。这正是NASA即将进行的蜻蜓任务所要做的，这是一架核动力直升机，将飞往泰坦寻找外星生命。

太阳系唯一拥有大气层的卫星

土卫六泰坦是太阳系中唯一拥有大气层的卫星，而且大气层非常厚，密度是地球的四倍。与地球一样，土卫六大气层的大部分由氮气组成，但与地球大气混合着可呼吸的氧气截然不同的是，土卫六的大气层充满了甲烷甲烷，也就是人们所熟知的天然气。厚厚的大气层实际上会产生逆温室效应，阻挡了太阳传来的微量热量。

甲烷组成了河流、湖泊和海洋

因此，当我们深入土卫六表面时，甲烷会变得越来越冷，直到它液化并像雨滴一样落在像花岗岩一样坚硬的冰表面上。其结果是形成了由甲烷组成的河流、湖泊和海洋，流经土卫六的整个表面，使其成为除地球以外唯一已知的仍然拥有活跃的水文循环和表面稳定液体的世界。

赤道两侧具备有机物组成的沙丘

和地球一样，泰坦的环境也多种多样，除了岩石海岸，卫星赤道两侧还有广阔的由风吹而形成的沙漠、沙丘。只不过这不是沙子，而是一种从天而降的颗粒状的有机物质，沉淀在冰冻的冰岩之上。对于这种物质是什么、从哪里来，或者在适当的情况下，它是否可能支持某些生命迹象，我们还没有确切的答案。

泰坦表面处于不断变化和更新的状态

说到生命，泰坦上有水，而且水量很大。泰坦表面之下有一片液态水海洋，其中混合着大量盐分，可以防止水结冰，偶尔会有水喷涌到表面，就像火山喷出的泥泞熔岩一样。泰坦上只剩下很少的撞击坑，这意味着这颗卫星的表面就像地球一样处于不断变化和更新的状态。

泰坦具备生命所需的所有成分

所以当我们把所有这些放在一起，水、氮、碳和有机分子，我们就得到了我们所知的生命所需的所有正确成分。虽然按照目前已知的情况，泰坦上的环境表明生命不可能在这里存在，至少就我们所知是这样。但我们也接受这样一个事实：关于宇宙和生命的本质，我们还有很多不知道的东西。所以我们希望我们的泰坦之旅能带回新的答案。

我们对泰坦的了解来自卡西尼号

我们对土卫六的所有了解都来自1997年发射到土星的卡西尼号探测器，该探测器在轨道上对该行星系统进行了多年的研究。卡西尼号还带来了一个非常特殊的额外有效载荷，一个名为Huygens惠更斯的着陆器。由于整个卫星周围笼罩着厚厚的雾霾，我们不可能从远处研究泰坦，需要近距离接触它。

惠更斯号的泰坦降落之旅

卡西尼号将惠更斯号送至泰坦上空，着陆器开始坠入大气层，大气层不仅非常厚，而且高度也非常高。在打开降落伞后，惠更斯号花了两个半小时飘落到泰坦表面。它冲破浓雾后，拍下了这些照片。请记住，这些照片是90年代中期用数码相机拍摄的，并通过卡西尼号探测器作为中继，实时传输到十亿多公里外的地球，虽然质量不是很好，但我们可以看到被液态甲烷的溪流和河流冲刷过的冰岩悬崖。    惠更斯号降落在一条干涸的河床柔软的沙质底部，在它坠毁前看到的就是这些岩石。就像地球上的河石一样，它们被侵蚀得光滑而圆润，只是这不是岩石而是坚固的冰。

地球外飞行的经验：火星的Ingenuity

在泰坦之外，我们真正飞行过的唯一其他地外地点是火星，它的重力是地球的37%，大气密度不到地球的1%。因此，NASA能够飞行他们的Ingenuity无人机是一个惊喜，Ingenuity在3年的运行中完成了72次火星飞行任务。在此期间，NASA能够学到很多关于在数百万英里之外飞行无人机的知识，他们目前正将所有这些知识转移到蜻蜓项目中，只是这一次他们的规模要大得多。

蜻蜓号使用放射性同位素发电机提供动力

更大的无人机需要更大的电源。虽然Ingenuity能够从一块小型太阳能电池板获取能量，但蜻蜓号距离太阳太远，而且被太多云层遮挡。因此，为了探索泰坦，NASA必须使用核能，这也是他们自2011年好奇号以来一直为火星探测器使用的电源。不同于在发电厂看到的核反应堆，这些深空探测器使用放射性同位素发电机，它基本上只是一块放射性钚，它在衰变时产生热量，发电机将热量转化为电能。

长3米，重450公斤，配备8个螺旋桨

在地球上，蜻蜓号的长度刚好超过3米，重量约为450公斤。但由于泰坦的尺寸相对较小，重力只有地球的 14%，非常接近月球的重力。当重力较低且大气层较厚时，在泰坦上飞行是一种非常轻松高效的出行方式。    蜻蜓号还是一架八旋翼直升机，配有八个螺旋桨叶片，每个叶片的直径略大于1米。这种设计允许一定程度的冗余。这架飞机实际上并不需要在每个角上安装两个螺旋桨才能飞行，这意味着如果其中一个螺旋桨坏了，任务不会停飞。这很重要，因为这对NASA来说是一项非常漫长且昂贵的任务

自2017年筹备，发射窗口2028年7月

蜻蜓计划自2017年开始筹备，它实际上是一个旧计划的演变，该计划原本是将一个气球送往泰坦上空漂浮。与大多数复杂的太空探索任务一样，时间表很难确定。但蜻蜓计划的发射窗口确实定在2028年7月，NASA已经预定了SpaceX Falcon重型火箭来完成这项工作。

计划2034年，抵达12亿公里外的土星

即使使用像猎鹰重型这样强大的运载火箭，在合理的时间内到达土卫六也并非易事。所以NASA要做的就是先将探测器发射到金星，然后蜻蜓号将利用金星的引力弹射获得动量，然后回到地球轨道并进行另一次重力助推弹射以获得更大的速度，然后蜻蜓号才真正设定前往泰坦的航线。整个过程应该需要6年。蜻蜓号将于2034年抵达距地球12亿公里的土星。

飞行器将直接撞击泰坦

最终接近泰坦将采用直接弹道进入，这意味着飞行器不会进入轨道然后逐渐下降，而是像炮弹一样撞击泰坦。与巡航级发动机分离后，进入舱基本上只是一个顶部带有圆顶灯罩的隔热罩。蜻蜓号使用的隔热罩将与NASA在2021年毅力号火星车登陆火星时使用的非常相似，进入的加热阶段应持续约6分钟，这是第一个承受压力的时刻。

蜻蜓号的着陆过程

一旦探测器进入泰坦的大气层，超音速降落伞就会展开，开始降低速度。这个阶段应该相当轻松，蜻蜓号将花80分钟的时间带着它的第一个降落伞下降。然后，隔热罩将被弹出，主降落伞将展开。最后的下降阶段将持续另外20分钟。    在距离土卫六表面 1.3 公里的地方，蜻蜓号将脱离降落伞并展开自己的推进系统。不同于在火星上火星着陆器使用的火箭发动机，蜻蜓号在泰坦使用是螺旋桨。如果一切正常，蜻蜓号将在地面上盘旋并软着陆泰坦的表面

将着陆在香格里拉地区

选定的着陆区位于一个名为Shangri-La香格里拉的地区。蜻蜓将降落在一个平坦地面上，两侧是巨大的风吹沙丘。这些沙丘平均宽1到2公里，高100米，绵延数百公里。泰坦上的沙子不是像我们在地球上所知道的硅酸盐制成的，而是从天而降的固体碳氢化合物，所以它有点像非常坚硬的颗粒状雪，就好像那雪是由汽油制成的一样。

将在地面进行科学研究

无人机可能会在空中飞行，但其最重要的科学研究将在地面上进行。蜻蜓号的主要仪器是一个钻头，它可以切入地面，打碎冻土，形成松散的灰尘，像吸尘器一样被无人机吸入，并通过一系列管道输送到样品收集装置中。    每次蜻蜓号采集样本时，样本都会被储存在一个单独的小容器中。然后，容器被内部输送到一个装置中，该装置用激光照射样本，将材料分解成单个分子，这样就可以对它们进行识别。如果样本中收集到的分子特别有趣，容器就会被运送到蜻蜓号内部的烤箱中，烤箱将分子蒸发成气体，可以进一步分解、分类和分析其特定的化学性质。

三年内飞行180公里，寻找生物特征

具体来说，科学家们正在寻找的是生物特征，那将是非常原始的细菌生命的迹象。我们现在在泰坦上看到的条件与我们认为的早期地球的条件非常相似：碳氢化合物物质从天而降，与水结合形成原始汤，所有生命都从中诞生，至少理论上是这样。    为了进行这项研究，蜻蜓将花费三年地球年或764个土卫六日，在地表上跳跃，飞越沙丘并降落在它们之间的山谷中。蜻蜓号预计将飞行超过180公里，探索24个独特地点。蜻蜓号将每土卫六日升空一次，也就是每16个地球日在光线下飞行一次，然后降落收集样本并进行分析，直到下一个黎明。这意味着它的大部分时间将花在表面，进行测量并将数据传回地球。

最后的任务：探测Selk陨石坑

虽然任务始于沙漠沙丘，但探测器的最后几天将用于调查一个名为Selk塞尔克的大型陨石坑。在这里，科学家相信，在小行星撞击突破冰层后，有机化合物能够与液态水混合。

此次不会探测甲烷海洋

此次任务中，蜻蜓号不会造访甲烷海。这令人失望，但这是有原因的。据信，在某个时间点，泰坦的大部分被河流和湖泊覆盖，但在数十亿年的时间里，表面液体几乎完全撤退到了泰坦的北极。我们必须去那里才能找到液态甲烷。不幸的是，降落在行星或卫星的极地地区是你能做到的最难的事情，我们仍然很难降落在我们自己的月球的南极，所以在十亿公里外的泰坦上尝试同样的操作风险太大。    飞那么远然后坠毁对NASA来说将是一场灾难。所以降落在赤道是简单的答案，对于这种规模的任务来说，简单是成功的关键，泰坦并不会消失，我们不必一次性完成所有的科学研究 。    十年后，我们将拥有新技术、新火箭和更多能力，将更多令人惊叹的机器送入太阳系深处，发现我们从未梦想过的事物。但蜻蜓号确实是将我们的触角延伸到地球以外的地方的令人惊叹的第一步，这是值得期待的的事情。