探尋木衛二冰層下的秘密

□ 謝懿/編譯

探尋木衛二冰層下的秘密

□ 謝懿/編譯

根據計劃木衛二多次飛掠任務最早將于2022年發射

十多年前，科學家們就已經知道，木星的衛星木衛二表面冰層之下的海洋中可能存在生命。美國航宇局（NASA）正在按部就班地謹慎實施一個計劃，力圖在下一個十年查清真相。

2016年，美國國會在當年的撥款法案中，要求NASA向木衛二發射“一個攜帶有著陸器的軌道飛行器”并且發射的時間“不晚于2022年”。NASA總部則已經批準了對木衛二著陸器的設計方案進行研究，但尚未批準開工建造。

任務誕生

幾乎沒有人會懷疑，木衛二是太陽系中最吸引人的地方。咸水是承載地外生命的關鍵，而木衛二上應該有大量的咸水。16年前，伽利略探測器收集到的磁場數據顯示，在其表面之下存在一個浩瀚的海洋。除了液態水之外，木衛二上還有熱源。如果那里存在有機物的話，那它就具備了原始生命起源和進化所需的環境。有人甚至相信，木衛二上存在生物。這些發現著實令人神往。于是，2011年美國的行星科學家把木衛二探測項目定為2022年前優先級第二高的任務，僅次于對火星采樣并返回地球的無人探測項目。

這一決定引起了一位美國國會議員的注意。來自美國德克薩斯州的眾議員約翰·卡伯森目前是木衛二任務最熱情的支持者。

2014年當卡伯森成為眾議院NASA建議撥款委員會的主席時，資金開始源源不斷地注入雄心勃勃的木衛二任務。NASA在2015年財年申報了1500萬美元，以此來繼續建造“木衛二快船”探測器，它會在環繞木星的軌道上多次飛掠木衛二。卡伯森提議把這個數字乘以7增至1億美元。美國參議院通過了這一提議。隨后美國國會更進一步要求把發射的時間定在2022年并且使用空間發射系統（SLS）來實施。但不管怎么樣，NASA原本3000萬美元的訴求一下子猛增到了1.75億美元。于是，“木衛二多次飛掠”任務就此誕生。

不一樣的路線

美國國會對木衛二計劃的領導與NASA的傳統做法形成了鮮明的對比。作為傳統道路的第一步，一個探測器會飛過一個從未被探測過的天體，發回有關的圖像，若干年后，會發射另一個探測器去勘測該天體的表面并研究其地質特征。只有在所有這些工作都完成之后，科學家們才會有膽量發射一個載滿了科學儀器的無人著陸器。

卡伯森決心壓縮這一過程。美國國會指向性地告訴NASA發射“一個攜帶有著陸器的軌道飛行器”，這聽起來像用一枚火箭發射兩個航天器。在現實中，就這一做法是否是最佳途徑，存在有大量的爭議。2016年初，NASA局長查爾斯·博爾登個人“強烈建議”把軌道飛行器和著陸器分開，由此來最大化兩者的成功幾率。而美國噴氣推進實驗室（JPL）的主任查爾斯·埃拉奇則認為沒有必要著急做決定。卡伯森則表示，在為木衛二任務提供充足的資金的前提下，將會遵從工程師和科學家們的最佳建議。

憂慮成本

一些科學家擔心，這個雄心勃勃的木衛二任務會吸干其他同樣有價值的探測任務的資金。

早期的 “木衛二快船”計劃，是在大橢圓軌道上來圍繞木星飛行，“快船”只會在木星劇烈的輻射環境中逗留相對較短的時間。這可以減少對其電子和科學儀器所需的防護力度。每2～3周，該探測器就會近距離飛掠木衛二一次，收集其化學成分、地貌、磁場以及水冰殼層厚度的數據。

美國國會指引下的木衛二多次飛越任務將更加雄心勃勃。它也采用了類似于“木衛二快船”的大橢圓軌道，但它增加了一個著陸器并且將發射時間提前。在先前的計劃中，“木衛二快船”將使用現有的火箭發射，花6.5年的時間前往木星。新的計劃中，一枚SLS火箭則可以把軌道飛行器送入一條直接飛向木星的軌道，預計到達時間會在2024年或2025年。另行發射的著陸器也可以遵循相同的路徑。但如果使用一枚SLS火箭來同時發射這兩者，那么因總質量超重將無法使用直接路徑，如果使用其它路徑的話，這兩個探測器將會在2027年或2030年到達。

問題是SLS是否能在2022年一切就緒。SLS火箭的第一次發射計劃在2018年進行，不載人；第二次發射和首次載人飛行安排在2023年進行。

2016年3月，美國審計署估計，即使沒有著陸器，木衛二多次飛掠任務仍將耗費30億～40億美元。這個數字包含了火箭發射的費用，但并不包含發射著陸器的支出。目前NASA尚未公布木衛二著陸器的成本信息。很多美國科學家都對此表示了擔心，認為這是一項負擔不起的任務。

木衛二上水蒸氣噴發的藝術概念圖

陌生的衛星

NASA現有木衛二的最佳圖像并不足以讓科學家們了解木衛二的表面是什么樣子的，它是平滑的，還是崎嶇不平的。在沒有這些信息的情況下，很難設計出一個能夠存活下來的著陸器。但這些問題并沒有讓JPL的工程師們陷入困境。他們提出將木衛二著陸器做成多邊形，這樣它的任何一面都能夠用來著陸。1997年NASA登陸火星的“火星探路者”就采用了類似的方案。NASA正在地球上尋找預計會和木衛二上著陸地點相似的地貌。在那里他們會對著陸器及其所面臨的風險進行評估，為最壞的情況做好準備。

如果著陸器與軌道飛行器一同飛抵木星，在著陸器觸地之前，軌道飛行器會花1～2年的時間來拍攝木衛二表面的高分辨率圖像。一旦科學家們確定了著陸地點，著陸器飛就會被釋放到木衛二上。

2012年哈勃空間望遠鏡探測到了從木衛二表面噴出的水蒸氣羽狀物，軌道飛行器將會穿過這些羽狀物，用它搭載的質譜儀來尋找其中的有機分子。如果沒有探測到羽狀物，著陸器將嘗試在木衛二表面冰層的裂縫附近著陸，那里可能存在著來自下方水體中的新鮮沉積物。他們會在木衛二表面尋找周圍存在有新鮮沉積物的裂縫作為潛在的著陸地點。

木衛二表面上布滿了交錯的裂縫，表明在其冰層之下極有可能存在著一個浩瀚的海洋

冰層下的秘密

著陸器上還會攜帶一臺地震儀，用于測量冰層的厚度，因為要想知道木衛二冰殼之下到底有什么，最好辦法就是鉆探。NASA目前還不知道究竟該如何來完成這個任務，但卡伯森希望工程師們能夠研發在木衛二冰層上融化出一個空洞的技術，使用高溫熱源來融化冰面，然后進入到木衛二的海洋之中，使用傳感器來嗅探其底部熱液噴口，并把信號發送回留在冰殼下方的天線。

無論結果如何，目前對于NASA而言，木衛二任務是其唯一一項必須依法來執行的任務——不執行就是違法。