外星全球性海洋被发现!探索外星海洋的机器人或从“概念”走向“现实”

制造业科技汇 2023-10-13
2346 字丨阅读本文需 6 分钟

我们都将地球称作“蓝色星球”,但它其实并非附近宇宙中唯一的海洋星球。木星、土星和海王星的卫星、以及矮星系冥王星和阋神星厚厚的冰层下方,都可能有海洋的存在。土卫六甚至拥有地表海洋,只不过其中装的不是水,而是液态甲烷。

假如太阳系中存在地外生命的迹象,也许就在这些冰封的世界中。科学家决心对土卫六和木卫二上的海洋展开探索,还设计了可在冰上移动的漫游车、以及能深入海中的潜水艇。这些仪器需要应对刺骨的严寒、与地球上的水性质不同的液体、以及其它严苛的环境条件。

14亿公里的深空发现外星全球性海洋

与地球的距离达到14亿公里左右的土星,是一颗巨大的气态行星,仅次于木星,在土星系统中,有几十颗天然卫星环绕土星运行,最著名的或许是土卫六(即我们常说的泰坦星)。由于土星、泰坦星这些星球离我们地球非常遥远,所以我们在过去很长时间内都没法对这些星球有更深入的认识。随着科技的进步,人类现在已经能够发射无人飞船前往这些遥远的星球看看。

惠更斯号探测器并不是单独发射升空,而是与卡西尼号探测器一起在1997年10月15日发射升空,经过近7年的飞行,这两个探测器组合体在2004年7月1日10时30分进入环绕土星轨道。在2004年12月25日,惠更斯号探测器与卡西尼号探测器分离,卡西尼号探测器继续环绕土星运行,而惠更斯号探测器则飞往下一个目标,那就是泰坦星。

当惠更斯号探测器到达距离泰坦星表面大约1200公里的高空时,它以接近2.2万公里每小时的速度冲入泰坦星大气层。由于泰坦星和地球一样也有浓密的大气层,它的表面大气压约为地球的1.5倍,所以当惠更斯号探测器冲入大气层时,空气阻力能够很好地让探测器的速度降下来,当然,在进入大气层后摩擦生热也让惠更斯号探测器的温度非常高,不过在防热盾的保护下,探测器并没有受损。当探测器降到距离泰坦星表面大约170公里时,它的速度已经下降到1400公里每小时,紧接着惠更斯号探测器开启了3个降落伞继续减速。这是我们人类第一艘成功软着陆泰坦星的无人飞船,整个降落过程耗时2个半小时。

惠更斯号探测器的任务是登陆泰坦星,探索泰坦星的云层、大气层等,除了采集泰坦星的大气数据外,它还对泰坦星的表面进行了拍照。根据惠更斯号探测器传回的数据,泰坦星的空气中充斥着香甜的麝香味、苦杏仁味、汽油味和腐烂鱼味,有许多不同的气味。对于这一个前所未有的发现,科学家称,未来人类如果踏上泰坦星表面,我们首先察觉到的或许是泰坦星的气味。

在泰坦星发现腐烂鱼味,难道是泰坦星有鱼这些生物,这些臭味是鱼死亡后产生的?目前暂时没有直接的证据证明泰坦星存在生命,也没有证据证明这些臭味与死鱼有关。科学家认为,泰坦星的大气中2种主要成分氮和甲烷虽然都没有气味,但是还有一些微量的气体,如甲硫醇、甲基丙苯胺等,这些气体是有特殊的气味的。

提出用一群游泳机器人“概念”来探索外星海洋

据New Atlas报道,气态巨行星上的地下海洋是寻找地球以外生命的一些最有希望的地方。美国宇航局(NASA)现在已经为一个项目提供了资金,以开发一群小型游泳机器人,探索这些外星海洋,寻找地外生命的迹象。

木星的卫星欧罗巴(木卫二)和土星的卫星恩克拉多斯(土卫二)基本上都是“大冰球”,在厚厚的冰冻外壳下有全球海洋。科学家们长期以来一直假设,这些水域的条件可能是孕育外星生命的主要候选者, Europa Clipper任务将在2030年代进行一系列近距离飞越,以寻找此类证据。

但是现在,一个新的概念可以使用智能手机大小的游泳机器人舰队进行近距离调查。NASA已经为开发该项目提供了资金,该项目被称为“传感功能独立微型游泳机器人”(SWIM),是NASA创新先进概念(NIAC)项目的一部分。

拟议的任务将是一个迷人的任务。首先,一个着陆器将降落在这些卫星之一的冰壳上,然后部署一个探测器,利用其核电池的热量融化一条隧道,穿过冰层到达下面的海洋。一旦到达那里,探测器将释放大约50个SWIM机器人,开始独立探索寒冷的水域。每个SWIM机器人都是楔形的,长约12厘米(5英寸),并配备有自己的推进系统、机载计算机、超声波通信,以及一套温度、盐度、酸度、压力和化学品的传感器。

这些机器人可以像鱼群一样在水中移动,收集数据以寻找生命的生物标记。有趣的是,它们可以通过比较机器人群头部和尾部的读数来实时测量温度或盐度等方面的梯度。SWIM群将与地面上的登陆器组件进行通信,登陆器组件将作为一个中继器,将机器人的数据传回地球,并将任务小组的新指令传给机器人。其他水生机器人已被提议用于探索地外海洋,包括在木卫二上的类似乌贼的漫游器或研究土星卫星泰坦的液态甲烷湖的潜水艇。但该团队表示,SWIM的设计将扩大可以探索的海洋的数量。

尽管这个想法很吸引人,但目前它仍然是一个概念,可能永远不会实现。但是有一个机会--它的设计者,NASA JPL的Ethan Schaler,从NIAC获得了60万美元的第二阶段资金以继续开发,这将使该团队在未来两年内建造和测试机器人的原型。

受独特海洋生物启发的联动机器人问世

如果你为探索其他星球上的海洋而设计机器人,你科学家想要的是坚韧的、多功能的、易于储存在航天器中的东西。事实证明,受一种海洋生物启发的软体机器人可能是完美的选择。纽鳃樽科是在世界各地的海洋中发现的一种海鞘类的小动物,它们通过其胶状的桶状身体抽水,以便在海中移动。

它们的生命周期有一部分是独自度过的,还有一部分是与其他盐类动物以长链的形式联系在一起。

在研究人员Valentina Lo Gatto的领导下,布里斯托尔大学的科学家们开发了实验性的水下机器人,其灵感来自于纽鳃樽科,被称为RoboSalps。每个机器人都有一个管状的软硅胶身体,里面有一个无人机式的电动马达和螺旋桨。这个双向的螺旋桨将水吸过身体,让机器人上下或前后喷射。然而,这样一个简单的推进机制只允许相当基本的运动。

考虑到这一限制,RoboSalps可以通过磁力将彼此连接起来,形成多机器人结构,可以更像一个真正的潜水器一样进行操纵--其中一些可以用于水平推力,另一些用于垂直推力。如果一个小组中的一个RoboSalps发生故障,其他的可以进行补偿,提供一个冗余系统。也有可能多个机器人可以自主地作为一个群体前往水下目的地,然后分开来单独执行不同的任务--之后它们将再次连接在一起。

Lo Gatto说:“由于它们的重量低和坚固性,它们是地外水下探索任务的理想选择,例如,在木卫二的次表层海洋,”。其他可以预期的应用包括检查污水隧道和工业冷却系统。

文章来源: cnBeta,奇思妙想草叶君,大道朝天

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