美国宇航局计划将“欧罗巴快船”任务送往木星

周一，美国宇航局局长查尔斯·博尔登 (Charles Bolden) 就美国航天局的现状发表了令人兴奋的最新消息，详细介绍了奥巴马政府为美国宇航局提供的 2016 财年 185 亿美元拨款提案。该预算中包含一个小但重要的细节：将拨款约 3000 万美元用于资助对木星卫星木卫二的机器人任务。

对于科学界来说，这是个大新闻，因为木卫二可能是太阳系其他地方可能存在生命的最佳候选星球。科学家推测（他们非常肯定）木卫二冰冷的表面之下，有一片巨大的咸水海洋，其水量是地球上所有海洋的两倍多。如果那片海洋确实存在，那么它的条件可能恰好适合整个生态系统的生存。

“从天体生物学的角度来看，木卫二确实汇聚了宜居性的基石。”

美国宇航局喷气推进实验室太阳系探索副首席科学家凯文·汉德告诉《大众科学》 ：“从天体生物学的角度来看，木卫二确实集宜居性的三大基石于一身。那就是液态水、生命所需的元素，以及为生命提供动力所需的潜在能量。”

几年来，NASA 一直在考虑前往木卫二，国会最近为该项目拨款 1 亿美元，用于 2015 年的探测。虽然白宫的提案只拨款 3000 万美元，但这笔钱来自总统这一事实很重要。NASA 是一个行政机构，需要白宫的支持，而政府的新预算“支持制定和开发木卫二探测任务”。这意味着 NASA 工程师终于可以将他们的计划付诸实施。

“他们希望我们进入任务的下一阶段，”喷气推进实验室的欧罗巴快船项目前期科学家罗伯特·帕帕拉多 (Robert Pappalardo) 说道。“所以我们将进入 A 阶段，这是一个真正的任务，而不仅仅是一个概念。”

木卫二有何特别之处？

木卫二在我们的太阳系中有点异类。这颗卫星的外层由一层冰层组成，厚度在 1 英里到 18 英里之间（科学界对其厚度存在分歧）。由于冰层表面光滑且没有撞击坑，研究人员认为这一层相对年轻且活跃，这意味着某种物质（例如下面的冰冷火山流）在不断更新冰层并抹去过去的瑕疵。

这使得许多专家支持冰壳下面有海洋的理论。1995 年，NASA 的伽利略号探测器进入木星轨道，进一步巩固了这一观点。伽利略号飞船经过木卫二时发现，木星的磁场在木卫二周围区域被扰乱。这种扰乱表明，木卫二表面下有一种导电流体，在卫星周围产生了一种特殊的磁场。考虑到木卫二的冰壳，这种物质很可能是水。

研究人员认为，卫星海洋底部可能与环绕木卫二核心的炽热岩石地幔接触。

木卫二并不是我们太阳系中唯一被认为拥有液态海洋的地外天体，但它还拥有许多其他关键特性，尤其让专家们着迷——尤其是它持续不断的辐射浴。木星用强烈的辐射轰击木卫二，将冰表面的化合物分解成基本元素。“这种辐射对我们来说是致命的，但同样的辐射轰击水，会释放出氢，留下氧，形成氧化剂，”帕帕拉多说。“这些对生命来说是非常有益的。”自由氢和氧与其他表面物质结合，形成生命的重要组成部分，包括过氧化氢、二氧化碳等。

除了产生这些化合物外，木卫二还可能提供维持生命所需的能量。研究人员认为，木卫二海洋底部可能与环绕木卫二核心的炽热岩石地幔接触。水与炽热岩石之间的这种直接相互作用可能正是该行星触发生命所需能量所需要的。“在地球的海底，内部很热，水与下方炽热的岩石接触，水带电，”帕帕拉多说。“那里有化学能，那些地区充满了生命。”

如果木卫二表面的化合物被下方充满活力的海底加热，那么这种结合可能会引发我们太阳系内外星生物的生长。

如何前往欧​​洲

当然，木卫二的所有这些特征都纯属假设。NASA 没有海洋存在的直接证据，但该机构的工程师们非常渴望证实海洋的存在。现在，随着白宫的最新声明，他们终于有了这个机会。

多年来，NASA 一直在考虑各种前往木卫二的方法，但找到正确的方法一直很困难。由于月球周围的辐射环境很高，将航天器送入轨道需要大量额外的硬件和隔热罩来保护航天器免受所有带电粒子的伤害。这加起来成本很高。一个被放弃的计划是访问木卫二和另外两颗木星卫星，估计花费 270 亿美元。

“有些想法太小，有些又太大，有些又太昂贵，”帕帕拉多说。“现在我们认为这是恰到好处的。”

未来的想法是“木卫二快艇”任务。NASA 并不打算将探测器送入围绕木卫二的固定轨道，而是打算将一艘航天器“切”向木卫二，在很长一段时间内飞越 45 次。“大多数时候，我们会远离木卫二和木星，然后每隔几周飞过去，收集大量数据，然后离开，”帕帕拉多说。“我们称之为脚趾浸水；先把脚浸入水中，然后再跑回沙滩上。”

“有些想法太小，有些太大，有些太昂贵。现在我们认为这是恰到好处的。

在这些飞行过程中，耐辐射航天器将飞到木卫二上方的不同高度，并使用不同的仪器研究卫星的成分。虽然尚未确定有效载荷的具体仪器，但帕帕拉多表示，探测器将研究的主要内容是木卫二对航天器的引力。这种牵引力可以帮助确认海洋的存在。

“如果有海洋，木卫二的冰壳每次绕木星运行时都会弯曲 [100 英尺]”，帕帕拉多说，“……所以当我们遇到木卫二时，它完全伸展开来，这表明下面有水。如果没有液态水，那层冰壳就像粘在下面的岩石上一样，所以它只会弯曲大约 1 英尺。”

由于科学界确信木卫二附近有一片海洋，帕帕拉多的团队想更进一步，分析这些水域的情况。通过在探测器上配备磁力计，研究人员可以测量木卫二周围变化的磁场，从而指示地下海洋的厚度和盐度。探测器上的雷达还将确定外层冰壳的厚度（这一话题让一些研究人员意见不一）。

正在考虑使用的其他仪器包括地形相机、用于探测木卫二大气层的中性质谱仪，以及用于研究木卫二表面成分的红外光谱仪。

总体情况

目前，帕帕拉多的团队正在为 2022 年的发射做准备，希望将航天器发射到 NASA 的太空发射系统上，该系统是目前米丘德装配厂正在开发的巨型火箭。使用这种火箭，前往木星系统只需三年时间。

总体而言，此次任务的主要目标是查看木卫二是否是生命可能存在的地方。如果木卫二快船确实发现了生命维持条件，这一发现可能会引发后续任务，寻找外星微生物的更多直接证据。“地球上所有生命都使用 DNA、RNA、蛋白质范式，因此我们想要前往木卫二的部分原因本质上是为了测试生物学假设，看看生命是否在条件合适的地方出现。”汉德说。

如果有一天我们真的在木卫二上发现了生命，这一发现将改变一切。它回答了那个无所不能的问题：我们是孤独的吗？木卫二上只有少数微生物，这意味着生命在整个宇宙中可能相当普遍。

如果木卫二上没有生命迹象，即使在理想条件下，这也意味着一个巨大的发现。“如果成分在那里，却没有生命，”帕帕拉多说，“那么哇，生命一定比我们想象的更加特殊和罕见。”