距离地球数亿英里外的土卫六,地貌与地球相似,但沙丘由碳氢化合物沙构成,雨水、河流等由液态甲烷和乙烷构成。美国宇航局(NASA)“蜻蜓”号任务将利用旋翼着陆器,以前所未有的细节探索这颗星球,采集地表物质样本分析。

为助力项目成功,劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)向位于马里兰州的合作伙伴约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)交付了一台先进伽马射线光谱仪。该光谱仪将成为“蜻蜓”号伽马射线和中子光谱仪(DraGNS)的一部分,目前正由APL建造、集成和测试,为发射做准备。
“蜻蜓”号探测器由APL为NASA牵头,计划2028年发射,将是自2005年“卡西尼”号探测器将“惠更斯”号着陆器送达土卫六以来,首个在该卫星表面着陆的探测器。它预计2034年抵达土卫六,将在多个地点飞行,探索沙质的香格里拉地区和附近的塞尔克撞击坑。
土卫六是太阳系中唯一拥有浓密大气层和稳定液态地表的卫星,是天体生物学研究生命起源前化学的理想目标。其表面温度极低,不太可能有水基生命,但复杂的有机化学成分及过去碳分子与液态水混合的可能性,有助于科学家了解早期化学过程。
DraGNS将在任务中发挥重要作用,进行地面测量,提供分析结果指导样品选择,识别和表征地表物质化学成分,帮助确定有进一步分析价值的目标。LLNL物理学家摩根·伯克斯称,预计土卫六表面主要由水冰、碳氢化合物和氨混合物构成,也可能有惊喜,如是否形成氨基酸或蛋白质类分子。
“蜻蜓”伽马射线和中子光谱仪是“蜻蜓”号土卫六探测任务的关键组件,采用高分辨率锗晶体,可实现超精确元素识别。探测器核心部件锗晶体能测量伽马射线能量,分辨率比其他同类技术高10到20倍,伽马射线能量可用于确定行星天体元素组成。
LLNL在开发用于行星科学探索的高分辨率伽马射线光谱技术方面处于世界领先地位,曾与APL合作建造多个光谱仪。不过,“蜻蜓”号任务面临独特挑战,仪器在六年旅程中会暴露于辐射之下,抵达后要经受严寒,还要承受火箭发射和进入大气层时的震动。
为应对挑战,LLNL花两年时间在各种预期条件下对伽马射线光谱仪进行测试,包括模拟振动、在宽温度范围内运行、模拟辐射暴露等。
随着项目从开发阶段过渡到集成和测试阶段,人们对“蜻蜓”探测器期待日益高涨。伽马射线光谱仪的数据有望加深人类对土卫六的了解,改变对行星形成及外太阳系世界生命起源前化学发展程度的认知。