□ 毛新愿

4 月14 日，歐空局的木星冰月探測器升空，將在多年后重點觀測木星及其3 顆冰冷的衛(wèi)星。這次任務將借助新技術、新規(guī)劃，關注外星生命等多個重點目標，堪稱是滿足人類好奇心的又一個深空例證。

人類首次系統(tǒng)性研究木星，是通過發(fā)射伽利略號探測器。伽利略號探測器在1995 ～2003 年間實現了環(huán)繞木星34 圈的壯舉，深入研究了木星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的構造、磁場、大氣等。它通過對磁性極點不斷移動觀測，初步形成了“木星衛(wèi)星表面冰層下存在巨大海洋”的結論，也就是所謂的“冰月”，由此推動了木星冰月探測計劃。

木星冰月探測器和美國計劃在2024 年發(fā)射的“歐羅巴快船”，都將研究木星的各個冰月。歐空局的重點目標是木衛(wèi)三甘尼米德，探測器還會反復飛掠木衛(wèi)二和木衛(wèi)四卡利斯托，尋找有機分子存在的痕跡。美國宇航局則會重點探索木衛(wèi)二歐羅巴。

兩者的任務都與科學家關心的“木星生命”假設息息相關。木衛(wèi)二因科幻作品而廣為人知，它雖然比月球還小，但在15 ～25 千米厚的冰層下可能存在深達150 千米的巨大海洋，水資源含量有望大幅超過地球。而木衛(wèi)二表面奇特的紅棕色裂縫和斑點圖案被認為很可能是硫化物和礦物鹽。此前，伽利略號、朱諾號探測器都證實了木衛(wèi)二內部存在地質活動，不斷加熱海洋和冰層。

這些發(fā)現意味著什么呢？眾所周知，孕育地球生命需三大前提：液態(tài)水、可形成有機物的元素、能量。這些條件在木星的冰月上都可能滿足，那就不排除能孕育出適應極端環(huán)境的微生物。

那么歐空局為何決定主要探測木衛(wèi)三呢？一方面，木衛(wèi)三的水資源含量很可能遠遠超過木衛(wèi)二。另一方面，木衛(wèi)三確實非常特殊。

木衛(wèi)三既是太陽系中最大的衛(wèi)星，也是已知的唯一擁有磁圈的衛(wèi)星，存在稀薄的含氧大氣層，疑似有電離層。它的內部結構相當復雜：也許存在含鐵的流動內核，激發(fā)磁場，還有大量冰層和海洋，覆蓋全球?？茖W家無論如何也不能抗拒這種神秘誘惑。

因此，木星冰月探測任務提出了新需求，促進了研發(fā)工作，核心科研載荷都圍繞著木衛(wèi)三設計：穿透雷達可穿越數千米厚的冰層，探索冰層結構和水的痕跡；激光高度計可探測潮汐形變和地貌，揭示木衛(wèi)三內部活動；多種儀器將詳細研究木衛(wèi)三的重力場、磁場和電離層，系統(tǒng)性建立“檔案”。

不過，對于遙遠的行星探測任務來說，能源供應是大問題。在木星附近，太陽的能量密度驟降到地球附近的約4%。木星冰月探測器傳承“前輩”的寶貴經驗，將挑戰(zhàn)利用微弱的太陽能維持科學儀器工作，有機會成為利用太陽能工作距離最遠的航天器。

探訪木星系還要面對一個巨大的挑戰(zhàn)，那就是距離。地球與木星的距離最近時也有近 6 億千米。受限于火箭性能，木星冰月探測器必須反復依靠金星和地球的引力助推，耗時長達 7 年，預計2030 年左右抵達木星附近，那么真正執(zhí)行研究任務的時間僅有3 年。“歐羅巴快船”原計劃由SLS 重型火箭發(fā)射，不借助引力助推，1 ～2 年內抵達木星軌道。不過，由于成本和排期問題，“歐羅巴快船”改用獵鷹重型火箭和行星助推結合的方案。

不難看出，對于更遙遠的行星探測任務，火箭運載能力仍是瓶頸。展望未來，人類的好奇心與苛刻的任務要求都會刺激火箭運載能力再度提升，助推人類向星辰大海更進一步。