探索地球及其以外的海洋世界

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1、引言

地球这颗蓝色星球,不是我们太阳系里唯一拥有海洋世界的星球。在过去的半个世纪里,我们已确认外太阳系中许多行星体的表层为冰面覆盖,下含有大量的液态水。这其中就包括木星的四大卫星中的三个——欧罗巴(木卫二)、伽尼莫德(木卫三)和卡利斯托(木卫四),以及土星的卫星恩克拉多斯(土卫二)和泰坦(土卫六)。虽然有些尚待证实,但包括海王星卫星特莱登(海王卫一)和天王星的卫星泰坦尼亚(天王卫三)和奥伯龙(天王卫四)在内,很可能有大量其他海洋世界遍布外太阳系。据推测,所有这些天体都拥有超出地球海洋20 倍的液态水,因此我们在寻找证据来证明拥有独立起源的地球外生命的过程中,这些天体是我们主要的目标。至于这些潜在的宜居世界是否真的有生命,我们只能通过勇敢的机器人项目来直接调查这些海洋世界的表层和内部的情况。探索这些遥远的海洋地区是具有挑战性的,而且耗资巨大,但是从技术上来说在未来的几十年开始探索工程项目是可行的。在此,我们认为对此项活动的投入也会提升我们对地球海洋的认识。

2、深层次的挑战

为了让行星探索成为可能,空间站不得不攻克技术上的难题。比如,航天器工程师长久以来钻研影响火箭的因素:一艘大型飞行器需要很多火箭燃料来完成发射,但是添加燃料意味着需要更多的燃料来使这部分增加的燃料被携带上天。在空间探索领域,创新的标准往往是在减少质量、能量和器材体积的同时又能达到科学的严谨要求。体积质量小很好,但如果能做到更小,就更好了。

3、飞船的限制

在以往,地球海洋科学家不怎么被鼓励去创新。在海洋和冰冻层的勘探会运用到大型远洋考察船,一直以来采取强力计算法。按照惯例,研究人员出海后在这些大型考察船上进行长时间活动,考察船承载着成百上千吨仪器,船只自带的发电机会为它们提供动力。这些船的重量比任何进入太空的火箭多出两个数量级。此外,这种船舶所进行的考察活动通常是遵循一种方式,即在任务初始的时候只集中精力识别关心的区域,在随后的活动中再寻求目标样品的收集。但是随着勘探已经深入到地球上最偏远的海洋地区,这种方式被发现有所不足——两个调查阶段之间的间隔已经达到10 年甚至更久。而且,装备着精良机械、自动和手动共同操作的船舶,当前被用来考察地球海洋内部,主要进行收集样品的工作,将样品回收到船上或者岸上的实验室进行详细分析。为了得到更快的分析结果而使用的原地探测器仍然相对稀少。海洋学家的群体在扩大,都在争夺有限的可航行时间的配额,加之这种极其复杂的科研平台,从一个海洋地点到另一个地点的转移速度仍然很慢(15~25km/h),这些局限正变得愈加凸显,而且不幸的是仍有广阔的地球海洋未被勘探。

4、在海洋科学领域联合投入

鉴于仍有如此广阔的地球海洋未被探索,使用更加持久耐用的自动化平台就有着明显的优势,尤其是能够在不同类型船只或是岸上使用的成套设备。然而如果想要最大限度地科学利用好这些平台,则需要同样的持久投入,使探测器等设备和负责维持它们运转的子系统的微型化和能源持久性,也需要在自动化和通讯领域进行投入。为确保这样的系统一经部署使用,即能保持坚固耐用,严格的检查必不可少。幸运的是,为了行星探索,长久投入的观念已经形成,能确保在部署使用前,技术就已准备就绪。

展望未来,跨机构性合作和公私联合的举措会使科学家和工程师共同致力于研究解决这些挑战,而这会是富有成效的向前迈进的一步。在研究宇宙和海洋学的群体中间进行信息共享也同样重要。比如,在可能提供突破口或者能证明研究是死胡同的技术性检验这方面,美国国家航天航空局有长期的投入。相比之下,其他研究机构往往不愿意在这样一个高风险的技术领域投入资金。我们应该从地球和行星探索中学习科学经验和技术经验。未来,通过探索资源的分享,在地球海洋和外太空海洋获取重大发现的几率将会大大提高。

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