尋找木星生命跡象的深空探索

沈臻懿

漫漫歷史長河，人類對于星空的向往，對于宇宙的探秘從未停止。據(jù)法新社2023年1月24日報道，木星冰衛(wèi)星探測器 （Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE）將在2023年正式開啟漫游太空系的深空之旅，以探索木星衛(wèi)星表面下的海洋是否存在生命跡象。

2023年1月20日，紀念意大利天文學家伽利略發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星的牌匾在JUICE探測器上揭幕。此前，JUICE被置于法國圖盧茲的空中客車公司（Airbus）里，并已完成最后的測試。揭幕活動結(jié)束后，JUICE探測器將被折疊打包放入容器，并橫跨大西洋送至位于南美洲北海岸的法屬圭亞那航天中心等待發(fā)射。按照歐洲航天局（European Space Agency，ESA）原本的計劃，JUICE探測器應于2022年搭載阿麗亞娜5型運載火箭（Ariane-5）發(fā)射升空，并預計歷經(jīng)8年時間，于2030年抵達木星軌道后，對木星及其木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四進行至少為期3年的探測。但由于新冠疫情等原因，JUICE探測器被推遲至2023年4月發(fā)射，抵達木星的時間也將相應延長到2031年左右。

1610年1月，伽利略用望遠鏡首先發(fā)現(xiàn)了四顆木星衛(wèi)星——木衛(wèi)一（Io，譯名“伊奧”）、木衛(wèi)二（Europa，譯名“歐羅巴”）、木衛(wèi)三（Ganymede，譯名“蓋尼米得”）和木衛(wèi)四（Callisto，譯名“卡里斯托”）。這也是人類在地球自身衛(wèi)星之外所發(fā)現(xiàn)的第一批衛(wèi)星。400多年后的今天，JUICE探測器將為人們帶來更為清晰的木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四影像。

2017年，德國明斯特大學的一項研究發(fā)現(xiàn)，木星是太陽系中最早形成的行星。其主要由氣體和液態(tài)物質(zhì)所組成，成分與太陽較為類似。木星擁有的已知衛(wèi)星為79顆，同時也有著“小太陽系”的別稱。作為木星直徑和質(zhì)量最大的幾顆衛(wèi)星——木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四，一直以來都受到了科學家們的高度關(guān)注。那么，這幾顆衛(wèi)星為何能令人如此著迷呢？這還得從其自身結(jié)構(gòu)和所處的冰凍環(huán)境說起——

木衛(wèi)三不僅是木星最大的已知衛(wèi)星，還是太陽系中最大的衛(wèi)星。其直徑為5262公里，比水星4880公里的直徑更大一圈。在木衛(wèi)三表面的冰質(zhì)外殼下，可能隱藏有液態(tài)的地下海洋，含水量甚至可能比地球所有海洋的總和還要多。就我們所熟悉的地球而言，其海洋最深處馬里亞納海溝為11公里，而木衛(wèi)三的海洋深度預計可達400公里！

木衛(wèi)四是僅次于木衛(wèi)三的木星第二大衛(wèi)星，也是太陽系的第三大衛(wèi)星。其直徑為4800公里，與水星幾乎相當，但質(zhì)量僅為水星的三分之一。這就意味著木衛(wèi)四的密度很低，基本是一個由巖石和水冰所構(gòu)成的天體。有研究認為，木衛(wèi)四地表以下150公里處可能藏有一個20公里深的地下海洋。

木衛(wèi)二是木星的第四大衛(wèi)星，也是太陽系的第六大衛(wèi)星。其直徑為3100公里，比月球稍小一些。由于距離太陽非常遙遠，木衛(wèi)二表面溫度在赤道地區(qū)平均為零下160攝氏度，兩極則更低，達到了零下220攝氏度左右。因此，木衛(wèi)二表面的水是永久凍結(jié)的，覆蓋著一層厚達100公里的冰殼。木衛(wèi)二存有內(nèi)部能量源，這也使得冰下深處可能擁有深度在100公里左右的液態(tài)海洋。

不難發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四這三顆冰衛(wèi)星的共同點，都是可能有著地下海洋的存在。水是生命之源，水源的存在是一顆星球是否存在生命跡象的關(guān)鍵標志。科學家們猜測，地球上的海洋孕育出了生命，而這幾顆與地球有著類似環(huán)境的天體，是否也有可能孕育出生命呢？為了探尋木星及其衛(wèi)星——木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四的秘密，三顆冰衛(wèi)星的地下海洋自然而然就成了“木星冰衛(wèi)星探測計劃”尋找地外生命的重要目標。其中，木衛(wèi)二最受科學家青睞，被認為是太陽系中最有可能存在地外生命的天體。

自JUICE探測器從圖盧茲的空客公司絕塵室被送往法屬圭亞那的航天中心，其在地球上的時間已然進入了倒計時。據(jù)了解，“木星冰衛(wèi)星探測計劃”已持續(xù)了將近十年，其為即將開啟的漫長星際旅程做了大量準備。這個重約6200公斤的JUICE探測器搭載裝備了包括照相機、測冰雷達、光譜儀、激光測高儀、磁場傳感器、粒子監(jiān)測儀等10套科學儀器，以及用于和地球通信的直徑長達2.5米的天線。此外，JUICE探測器還集成了一個85平方米的巨大太陽能電池板，這也是人類有史以來為行星際航天器所打造的最大太陽能陣列，以保證JUICE即便在遠離太陽7.4億公里的地方仍能吸收足夠的能量。

由于阿麗亞娜6型運載火箭（Ariane-6）計劃于2023年底首飛亮相，所以JUICE探測器將由最后兩枚阿麗亞娜5型運載火箭（Ariane-5）中的一枚送入太空。木星和地球的距離在6.3億到9.3億公里之間，JUICE在抵達目的地之前，會采用迂回路徑前行。按照探測計劃，JUICE的太陽系旅程總計為20億公里，將先后利用地球和金星的引力沿途予以推動，以飛越地球、地月系統(tǒng)和金星。這一過程就如同彈射活動，為JUICE提供了前行動力。在內(nèi)太陽系歷經(jīng)一系列重力輔助飛行后，JUICE預計于2031年7月滑入環(huán)繞木星軌道。隨后，JUICE將在4年內(nèi)，對木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四這三顆大型冰冷衛(wèi)星進行35次飛掠，就其冰層厚度等數(shù)據(jù)進行測量，并對冰凍表面之間數(shù)十公里的地下海洋進行觀察，以尋找能夠?qū)ι嬖谟枰灾С值臈l件。

完成衛(wèi)星飛掠任務后，JUICE還將進入太陽系最大衛(wèi)星——木衛(wèi)三的軌道，就其冰殼、地下海洋以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進行探秘。一旦任務執(zhí)行成功，JUICE將成為人類第一艘進入另一顆行星衛(wèi)星軌道的航天器。鑒于木衛(wèi)三是太陽系中已知的唯一能夠產(chǎn)生磁場的衛(wèi)星，JUICE所搭載的探測儀器還將對其和木星磁氣圈的相互作用進行探測。當JUICE完成探測任務，并耗盡其環(huán)繞軌道所需的能量后，最終將于2035年底墜落至木衛(wèi)三表面并結(jié)束其使命。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com