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冰下|探索深海：从地球到外太空

冰下|探索深海：从地球到外太空
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土卫二存在巨大“地下海”
中国深海与深空领域的科学家与工程师正紧密合作 ， 期待在不久的将来实现对木星、土星和地外海洋的现场探测 。
屈原皋
深海生物学家蒂姆·尚克说 ， 在海洋的深渊底部（也称为海沟地带 ， 一般在海平面6000米以下） ， 水压可达到103.5兆帕 。 据测算 ， 在最深的马里亚纳海沟底部 ， 水压甚至可达110兆帕 。
这种水压意味着什么？2014年 ， 美国深海探测器“俄耳甫斯”号的前任“涅鲁斯”号 ， 被送往新西兰东北部的克马德克海沟探测 ， 当它抵达水下10000米时 ， 发生了爆炸；12个小时后 ， 变成了小碎片 。 这种水压还意味着 ， 可以把浅海动物的每个细胞都挤压出来 。
深海环境如此恶劣 ， 还会有生命存在吗？如果在地球的深海中存在生命 ， 那在同样严酷的外星球环境中 ， 是否也存在生命呢？海洋覆盖了70%以上的地球表面 ， 而人类对海洋尤其是深海的探索还远远不够 。
最近 ， 美国国家航空航天局（NASA）正在开展一项深海探索计划 ， 希望通过探索深海中的生命极限 ， 以窥探外太空的生命秘密 。
深空里的深海难题
地球是人类的摇篮 ， 但人类不可能永远在摇篮中生存 。 20世纪70年代 ， 以发射“先驱者”“旅行者”探测器为标志 ， 人类开始把深空探测活动带至一个新高度 。 此后的几十年直到现在 ， 人类探索深空的步伐从未停止 ， 相继发射了“伽利略”“尤利西斯”“卡西尼-惠更斯”“新视野”“朱诺”等探测器 ， 在这一系列的探测活动中 ， 木星和土星及其卫星是重要的研究目标 。
目前根据已获取的资料分析 ， 木卫二和土卫二的海底存在类似地球的热液系统 。 而且 ， 美国的“卡西尼”探测器在土卫二表面冰壳裂缝中喷出的羽流中检测出了各种有机分子 ， 这些都是地外海洋海底可能存在生命的有力证据 。
欧洲主导的“JUICE”号探测器原计划于2022年6月发射 ， 美国主导的“欧罗巴快船”计划于2024年10月发射 ， 他们的主要目标都包括木卫二 ， 希望能搜寻到木卫二冰下海洋生命的信息 。 根据目前已有的数据推测 ， 木卫二的冰下海洋可能有几十甚至上百千米深 ， 土卫二的冰下海洋则至少有几千米深 ， 如何探测冰下的海洋是一个难题 。
探空和探海并行
在很长一段时期 ， 海洋生物学家认为深渊底部生命难以生存 ， 海洋最深区域没有足够的食物来维持海洋生物延续生命 ， 而且也因太过黑暗 ， 生命根本无法存在 。
但到1977年 ， 当一个美国研究小组将远程遥控的“阿尔文”号潜水器下降到2440米深的太平洋海底时 ， 人类对深海生命的认识彻底改观 。
这艘潜水船原本是为了拍摄这片海床的热液图像 ， 但科学家惊奇地发现 ， 这个海底火山口周围竟然有生机勃勃的生态系统 ， 充满了海洋生物 ， 比如半透明的腹足类和双壳类动物 ， 以及以前从未见过的微小的节肢动物 。
深海生命的顽强 ， 让科学家们大为兴奋 ， 他们产生了文章开头处的猜想 ， “假如深海有生命 ， 那外星球的恶劣环境 ， 尤其是冰层下也可能孕育着生命 。 ”
从探索的操作角度来看 ， 深海和外太空探索有很多共同之处 。 可以将探测器派往这两个领域探索人类无法到达的危险环境 ， 科学家团队则进行远程遥控支持 ， 或智能化自主探测 。
美国相关研究机构将深海探测相关装备进行改造 ， 研发了可以钻透冰层进入冰下海洋进行原位分析的无人探测器 ， 同时也在研发可以在土卫六液态有机物的海洋中进行漂浮和潜航的无人探测器 。 由于距离地球太过遥远 ， 这些探测器必须自主工作 ， 所以必须具备高度的智能化 ， 携带的科研载荷可进行现场测量、原位分析 ， 并实时传输数据回地球 。
此外 ， 美国还主导研发“蜻蜓号”旋翼飞行探测器 ， 计划飞往土卫六并利用其稠密的大气进行自主智能化飞行 ， 飞行航程超过100千米 ， 可对土卫六进行大范围探测和研究 。
中国在深空探测领域起步较晚 ， 但起点很高 。 从2004年“嫦娥工程”正式启动以来 ， 各项工作正有条不紊地稳步推进 。 目前中国已实现对月球的“绕-落-巡-回” ， “嫦娥五号”所获取的月球返回样品相关研究工作已初步展开 ， 载人登月计划也提上日程 。 火星探测则一步到位实现环绕-着陆-巡视 。
截至目前 ， “祝融”号火星车（巡视器）仍在火星“闲庭信步” ， 传回大量火星表面珍贵的资料 。 目前 ， 中国科学家已将探索的目光延伸到更遥远的深空 ， 聚焦木星、土星及其卫星上的地外海洋 ， 那里很可能存在我们地球生命的邻居 。
现在 ， 中国深海与深空领域的科学家与工程师正紧密合作 ， 期待在不久的将来实现对木星、土星和地外海洋的现场探测 。
“把地外海洋搬进实验室”
人类对于木卫、土卫冰下海洋的研究无法一蹴而就 ， 即使美国与欧洲这样的发达国家和地区 ， 也经历了长期的科学理论和工程技术的积累 。 这个领域目前普遍采用的是这样一种发展模式——以前沿科学需求为牵引 ， 带动高端装备研发；用科学引领技术、技术支撑科学 ， 深海与深空高度融合 。
在从地球飞往深空之前 ， 必须脚踏实地、立足地球 ， 在地面做好大量的前期准备工作 。 从美国与欧洲的经验来看 ， 准备工作主要包括：以地球上类似地外海洋的极端环境作为类比研究对象 ， 如深海热液、冰川、盐湖、冻土、临近空间等；以地面模拟平台或空间模拟平台（卫星、空间站）为依托 ， 创造类似地外海洋的极端环境 ， 如高压、真空、辐射、低温、盐度等 ， 实现“把地外海洋搬进实验室”的目标 。 前期的研究工作既包括科学理论的探索 ， 如建立地外海洋的理论模型 ， 明确探测目标、测量指标、信号分析等；也包括工程技术的研发与验证 ， 如探测方案的设计、特种材料、传感器、科学载荷的验证等 。
经过几代人的不懈努力 ， 中国目前已具备国际一流的深海探测能力和一系列先进的深海装备 ， 以及强大的深空探测能力 。 千里之行 ， 始于足下 ， 期待中国科学家迈出从深海到深空的第一步 ， 实现星辰大海的梦想 。
来源：2022年3月9日出版的《环球》杂志 第5期
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