究竟是什么原因讓科學(xué)家對(duì)木星系產(chǎn)生了如此濃厚的興趣？2023年4月，名為“果汁”的木星探測(cè)器踏上了前往木星的旅程，預(yù)計(jì)于2031年7月抵達(dá)木星。然而，“果汁號(hào)”還在前往木星的路上，新的木星探測(cè)器又出發(fā)了，它就是“歐羅巴快船號(hào)”。

“果汁號(hào)”和“歐羅巴快船號(hào)”肩負(fù)著相同的使命，就是探測(cè)木星的冰衛(wèi)星（太陽(yáng)系中圍繞行星運(yùn)行的寒冷的天體）的地下海洋。但兩者的探測(cè)重點(diǎn)稍有不同，“果汁號(hào)”探測(cè)的范圍包括木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，而“歐羅巴快船號(hào)”則重點(diǎn)探測(cè)木衛(wèi)二。

抵達(dá)木星后，“果汁號(hào)”將進(jìn)入環(huán)木星軌道。在環(huán)繞木星飛行的過(guò)程中，“果汁號(hào)”會(huì)多次飛越木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，利用其搭載的探冰相機(jī)、精密傳感器、光譜分析儀及高分辨率雷達(dá)，分別探測(cè)這三顆星球冰冷的地表和地表之下10～15千米的區(qū)域?？茖W(xué)家推測(cè)，那里隱藏著浩瀚的地下海洋，是探尋地外生命跡象的關(guān)鍵區(qū)域。

“果汁號(hào)”側(cè)重于尋找生命存在的條件，以此證實(shí)冰衛(wèi)星上液態(tài)水的存在。完成既定任務(wù)后，“果汁號(hào)”將轉(zhuǎn)入木衛(wèi)三的環(huán)繞軌道，對(duì)木衛(wèi)三進(jìn)行進(jìn)一步的環(huán)繞探測(cè)，并最終在木衛(wèi)三上結(jié)束它的木星系之旅。

盡管木星的三個(gè)冰衛(wèi)星都有可能存在液態(tài)的地下海洋，但各自的情況又不盡相同。例如，木衛(wèi)三上的液態(tài)水所處的位置就被認(rèn)為比木衛(wèi)二上深得多，這使得科學(xué)家更愿意將木衛(wèi)二作為尋找外星地下海洋的首選。

木衛(wèi)四的個(gè)頭僅比木衛(wèi)三小一點(diǎn)，表面分布著很多隕石坑。1998年，“伽利略號(hào)”探測(cè)器發(fā)回的數(shù)據(jù)顯示，木衛(wèi)四的磁場(chǎng)隨著木星的轉(zhuǎn)動(dòng)而波動(dòng)不定，這預(yù)示著木衛(wèi)四的地表之下也可能隱藏著一片含鹽的海洋。但木衛(wèi)四的地下海洋充斥著密集的冰塊和巖石，這些冰塊和巖石阻止了熱能的流動(dòng)，使得木衛(wèi)四上存在生命的可能性極為渺茫。

從“旅行者號(hào)”到“伽利略號(hào)”

木衛(wèi)二的體積與月亮相仿。1979年，“旅行者號(hào)”行星探測(cè)器飛掠木衛(wèi)二，首次向人類(lèi)展示了木衛(wèi)二冰凍的表面。木衛(wèi)二上的隕石坑稀少，且表面被一層光潔的冰層所覆蓋，某些區(qū)域甚至很像地球上冰封的海洋。目睹這一場(chǎng)景的科學(xué)家不禁深思：在冰層的下面，是否隱藏著液態(tài)的地下海洋呢？

繼“旅行者號(hào)”以后，“伽利略號(hào)”對(duì)木星系的探測(cè)進(jìn)一步揭示了木星的冰衛(wèi)星的更多秘密。2000年1月，“伽利略號(hào)”在距木衛(wèi)二僅350千米的區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。這一次，它捕捉到了木衛(wèi)二地磁北極點(diǎn)位置的微妙變動(dòng)，這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步鞏固了存在地下海洋的理論。因?yàn)榇艠O的變化往往暗示著地下存在能夠?qū)щ姷囊后w層，比如鹽水層，正是這些液體的流動(dòng)導(dǎo)致了磁極的移動(dòng)。

據(jù)此，科學(xué)家推測(cè)，木衛(wèi)二的冰下很可能存在一個(gè)無(wú)垠的水世界，其規(guī)模遠(yuǎn)超地球上的太平洋、大西洋與印度洋之和。盡管木衛(wèi)二遠(yuǎn)離太陽(yáng)，表面溫度低-160℃，但科學(xué)家相信，木星強(qiáng)大的潮汐力正在持續(xù)加熱木衛(wèi)二的內(nèi)部，釋放出的熱量足以使地下海洋呈現(xiàn)液態(tài)。這種加熱現(xiàn)象在木星衛(wèi)星系統(tǒng)中屢見(jiàn)不鮮，比如緊鄰木衛(wèi)二的木衛(wèi)一，其內(nèi)部因潮汐作用而處于熔融狀態(tài)，熱液噴涌而出，形成了蔚為壯觀(guān)的火山景觀(guān)。

科學(xué)家還相信，在木衛(wèi)二的地下海洋中隱藏著溫暖的熱液噴口，就像地球的海底火山熱液噴口一樣。當(dāng)木衛(wèi)二沿著環(huán)繞木星的軌道運(yùn)行時(shí)，潮汐力使木衛(wèi)二的核心保持熔融狀態(tài)，從而有可能引發(fā)海洋中的火山活動(dòng)。

夭折的宏偉計(jì)劃

多年以來(lái)，“伽利略號(hào)”引發(fā)的液態(tài)水之謎一直困擾著對(duì)此好奇的科學(xué)家。2004年，科學(xué)家決定發(fā)射一個(gè)擁有強(qiáng)大核動(dòng)力的探測(cè)器前往木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四。這個(gè)名為“木星冰月軌道器”的探測(cè)器重達(dá)30噸，強(qiáng)勁的核動(dòng)力離子引擎使它有能力連續(xù)探測(cè)以上這三顆星球。科學(xué)家原計(jì)劃于2015年發(fā)射這個(gè)探測(cè)器，2020年該探測(cè)器進(jìn)入木星軌道，2021年至2023年，探測(cè)器依次接近木衛(wèi)四、木衛(wèi)三和木衛(wèi)二，并完成對(duì)這三顆衛(wèi)星的環(huán)繞探測(cè)。

然而，這個(gè)計(jì)劃過(guò)于復(fù)雜和龐大，在技術(shù)和資金上存在諸多難題。而另一項(xiàng)名為“木衛(wèi)二—木星系任務(wù)”的探測(cè)計(jì)劃則更為切實(shí)可行，它的大致內(nèi)容是發(fā)射2個(gè)探測(cè)器分別前往木衛(wèi)二和木衛(wèi)三。其中，木衛(wèi)二探測(cè)器上搭載有照相機(jī)、分光計(jì)和一個(gè)靈敏的雷達(dá)系統(tǒng)，它的主要任務(wù)是探測(cè)木衛(wèi)二的冰層，計(jì)算木衛(wèi)二的冰層有多厚，為下一步探測(cè)木衛(wèi)二的冰下世界鋪平道路?？茖W(xué)家還打算利用其攜帶的地震檢波器和質(zhì)譜儀測(cè)量木衛(wèi)二上冰層移動(dòng)的頻率和幅度，以及冰層內(nèi)正在發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。而木衛(wèi)三探測(cè)器研究的側(cè)重點(diǎn)，則是木衛(wèi)三的表面成分及其周邊環(huán)境。

2009年2月，“木衛(wèi)二—木星系任務(wù)”探測(cè)計(jì)劃獲批。按照計(jì)劃，這2個(gè)探測(cè)器將于2020年前后升空，2026年抵達(dá)探測(cè)區(qū)域，預(yù)計(jì)的探測(cè)期限為3年。然而，這項(xiàng)計(jì)劃也因種種原因擱淺了。不過(guò)，科學(xué)家啟用了“果汁號(hào)”和“歐羅巴快船號(hào)”探測(cè)器計(jì)劃。

肩負(fù)飛向木星系的使命

“歐羅巴快船號(hào)”已搭乘太空探索技術(shù)公司的獵鷹重型火箭從美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射升空，在太空中飛行29億千米后，預(yù)計(jì)于2030年4月抵達(dá)木星軌道?！皻W羅巴快船號(hào)”上搭載有9種科學(xué)儀器。在環(huán)繞木星運(yùn)行的過(guò)程中，它將利用近50次飛掠木衛(wèi)二的機(jī)會(huì)，遠(yuǎn)程探測(cè)木衛(wèi)二的冰面和地下海洋?！皻W羅巴快船”肩負(fù)的主要科學(xué)探測(cè)任務(wù)是確定木衛(wèi)二冰殼的厚度、成分、地質(zhì)特征，以及冰殼與冰下海洋的相互作用。這些探索將有助于科學(xué)家更好地了解地球以外的星球可能具有的生物學(xué)潛力。

“歐羅巴快船號(hào)”木星探測(cè)器上最引人注目的部分是巨大的太陽(yáng)能電池陣。木衛(wèi)二與太陽(yáng)之間的距離是地球到太陽(yáng)距離的5倍。因此，它的太陽(yáng)能電池陣必須足夠大，只有這樣才能吸收盡可能多的陽(yáng)光，從而為探測(cè)器提供足夠的電力。“歐羅巴快船號(hào)”上的太陽(yáng)能電池陣長(zhǎng)約14.2米，寬約4.1米，是美國(guó)宇航局為行星任務(wù)開(kāi)發(fā)的最大的太陽(yáng)能電池陣。當(dāng)太陽(yáng)能電池陣在太空中展開(kāi)時(shí)，“歐羅巴快船號(hào)”的跨度將超過(guò)30.5米，這將比一個(gè)專(zhuān)業(yè)籃球場(chǎng)還要寬。

木衛(wèi)二長(zhǎng)年處在惡劣的輻射環(huán)境中，這意味著每次“歐羅巴快船號(hào)”飛越木衛(wèi)二時(shí)都要承受相當(dāng)于數(shù)百萬(wàn)次胸透的輻射，這是“歐羅巴快船號(hào)”面臨的重大生存挑戰(zhàn)。因此，任務(wù)團(tuán)隊(duì)為“歐羅巴快船號(hào)”設(shè)計(jì)了獨(dú)特的飛行軌道，以避免它在穿越危險(xiǎn)的輻射區(qū)時(shí)損害易受輻射影響的部件，保證任務(wù)的順利進(jìn)行。

“歐羅巴快船號(hào)”的探測(cè)任務(wù)預(yù)計(jì)至少還要持續(xù)4年。即使到了順利完成探測(cè)任務(wù)的那天，木衛(wèi)二地下海洋之謎也未必能真相大白。然而，正如“歐羅巴快船號(hào)”任務(wù)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家邦妮·布拉蒂指出的那樣：“每一次，我們執(zhí)行任務(wù)時(shí)都能發(fā)現(xiàn)此前未曾想到的事情?？傆幸恍┪粗澜缛绱嗣烂?，以至于事前無(wú)法想象，這是最讓人興奮的事情?！?/p>