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设计用于研究土卫二羽的SELFI仪器

2015年10月28日,卡西尼号探测器探测到从恩克拉多斯喷出的气体和冰冷物质中的氢气,并通过羽流最深潜水。该图解说明了水与月球海底岩石相互作用的原理,生产氢气。戈达德团队希望开发一种能够揭示更多关于热液喷口的细节的仪器,并可能帮助回答这个海洋世界是否存在生命。学分:NASA / JPL-Caltech /西南研究院

美国国家航空航天局的工程师和科学家们已经设想并计划建造一个雄心勃勃的亚毫米波或无线电仪器,以研究土星的小卫星土卫二南极喷出水汽和冰粒的喷泉的组成。

科学家最终想要回答的问题是,生命是否存在于土卫二或外太阳系的其他冰冷世界。在地球海洋的底部,热液喷口茁壮成长。土卫二在海底有温暖的热液喷口,可以支撑生命吗?

为了回答这个问题,美国宇航局戈达德太空飞行中心的小组最近获得了支持,推进亚毫米级恩克拉多人生基础仪器或SELFI所需的技术。 SELFI首席研究员Gordon Chin说,这种遥感仪器对亚毫米波器件目前的最新技术进行了重大改进。

SELFI的设计目的是测量土星六号卫星恩克拉多斯发生的裂缝中出现的水汽和冰晶粒子中的化学物质痕迹,这些裂缝也称为老虎条纹。通过研究这些羽流,科学家们相信他们可以推断位于月球冰壳下面的海洋组成以及其拥有外星生命的潜力。

自从美国宇航局最近结束的卡西尼使命发现了从月球表面上约100个地点不断喷出颗粒,水蒸气,二氧化碳,甲烷和其他气体的羽流以来,土卫二对科学家产生了兴趣。虽然科学家最初认为土卫二冰冻固体,但卡西尼的数据显示月球轨道有轻微摆动,表明冰下有一个全球海洋。土星的潮汐力似乎拉动并挤压土卫二,产生足够的热量以保持内部的水液并使冰壳破裂。这形成了水射流喷射到太空中的裂缝。

“超高频无线电射程范围内的亚毫米波,给我们提供了一种方法来测量冷气中许多不同种类的分子的数量。我们可以浏览所有的羽毛,看看从恩克拉多斯传出来的东西,“Chin说。 “水蒸气和其他分子可以揭示海洋的某些化学成分,并引导航天器进入通过羽流飞行直接进行其他测量的最佳路径。”

“喜欢调音台”

“诸如水和一氧化碳等分子,就像小广播电台那样以非常特定的频率广播,说:'嘿,我是水,我是一氧化碳',”秦继续说道,补充说,亚毫米谱仪对这些波长敏感就像调谐到具有特定分子呼号的无线电台。 “谱线非常分散,我们无需任何混淆即可识别和量化化学物质,”作为该项目首席系统工程师的Goddard工程师Paul Racette补充道。

光谱仪用于所有波长或频段的空间科学,可分析行星,恒星,彗星和其他目标中的气体和固体的化学成分,向科学家们提供有关其物理性质的更多信息。由于构建亚毫米敏感仪器的复杂性,调谐到亚毫米波段是相对较新的。

凭借NASA的研发资金,Chin和他的团队正在通过放大器提高仪器的灵敏度,以增强水中信号最强的557 GHz频率范围内的信号。这将提高即使在寒冷的温度下也能测量少量的水和痕量其他气体的能力,并探索土卫二上的整个地表通风系统,Racette说。

该团队还在为射频信号创建更加节能和灵活的射频(RF)数据处理系统和复杂的数字光谱仪。数字光谱仪将采用高速可编程电路将RF转换成数字信号,可以对其进行分析,以测量羽流的气体量,温度和速度。

由于这些改进,SELFI将能够同时检测和分析13种分子物种,包括各种同位素形式的水以及甲醇,氨,臭氧,过氧化氢,二氧化硫和氯化钠,这些盐化学物质使地球海洋咸。

“SELFI真的很新颖,”Chin说道,他补充说,他相信团队可以充分改进仪器,为今后的任务提出建议。 “这是迄今为止最雄心勃勃的亚毫米级仪器之一。”

来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Lori Keesey