探测器瞄准木星系，人类不懈追寻遥远奥秘

近日，欧空局的木星冰月探测器升空，将在多年后重点观测木星及其3颗冰冷的卫星。这次任务将借助新技术、新规划，关注外星生命等多个重点目标，堪称是满足人类好奇心的又一个深空例证。未来，人类有望借此发展出更强大的航天运载工具和更出色的探测手段。

阿里安-5大型火箭发射木星冰月探测器（图源：欧空局）

事实上，深空探测始终是重要的航天科研方向，尤其是探索太阳系内最大的行星木星，它的质量是太阳系中其他行星总和的两倍多。木星是人类发现的首颗气态巨行星，主要由液态和气态氢组成，没有固体表面。

不过，深空探测受限于火箭发射能力，很难直接赋予探测器足够的初始速度。在人类掌握行星引力助推技术后，飞掠的探测器可以不断加速，最终达到理论上能够逃逸太阳系的速度，为探访木星提供了可能。

20世纪70年代，美国多个探测器飞掠木星，初步揭开了木星的神秘“面纱”，尤其是近距离观测木星大气中的大红斑。后来，不少深空探测器把木星作为漫长旅途的重要“中转站”。

人类首次系统性研究木星，则是伽利略号探测器。虽然高增益天线出现故障，导致其与地球通信能力大幅下降，但伽利略号探测器还是在1995～2003年间实现了环绕木星34圈的壮举，深入研究了木星及其卫星系统的构造、磁场、大气等。它通过对磁性极点不断移动观测，初步形成了“木星卫星表面冰层下存在巨大海洋”的结论，也就是所谓的“冰月”，又进一步推动了木星冰月探测计划。

探测木星卫星的前提是对木星有充分了解。为此，美国的朱诺号探测器在2011年“先行一步”，2016年进入环绕木星轨道，全方位研究木星，重点是确定木星各种气体的比例、质量、引力场和磁场等细节。

木星冰月探测器和美国计划在2024年发射的“欧罗巴快船”，都将研究木星的各个冰月。欧空局的重点目标是木卫三甘尼米德，探测器还会反复飞掠木卫二和木卫四卡利斯托，寻找有机分子存在的痕迹。美国宇航局则会重点探索木卫二欧罗巴。

两者的任务都与科学家关心的“木星生命”假设息息相关。

木卫二因科幻作品而广为人知，它虽然比月球还小，但在15～25公里厚的冰层下可能存在深达150公里的巨大海洋，水资源含量有望大幅超过地球。而木卫二表面奇特的红棕色裂缝和斑点图案被认为很可能是硫化物和矿物盐。此前，伽利略号、朱诺号探测器都证实了木卫二内部存在地质活动，不断加热海洋和冰层。

木星冰月探测器示意图（图源：欧空局）

这些发现意味着什么呢？众所周知，孕育地球生命需三大前提：液态水、可形成有机物的元素、能量。这些条件在木星的冰月上都可能满足，那就不排除能孕育出适应极端环境的微生物。

那么欧空局为何决定主要探测木卫三呢？一方面，木卫三的水资源含量很可能远远超过木卫二。另一方面，木卫三确实非常特殊。

木卫三既是太阳系中最大的卫星，也是已知的唯一拥有磁圈的卫星，存在稀薄的含氧大气层，疑似有电离层。它的内部结构相当复杂：也许存在含铁的流动内核，激发磁场，还有大量冰层和海洋，覆盖全球。科学家无论如何也不能抗拒这种神秘诱惑。

因此，木星冰月探测任务提出了新需求，促进了研发工作，核心科研载荷都围绕着木卫三设计：穿透雷达可穿越数公里厚的冰层，探索冰层结构和水的痕迹；激光高度计可探测潮汐形变和地貌，揭示木卫三内部活动；多种仪器将详细研究木卫三的重力场、磁场和电离层，系统性建立“档案”。

不过，对于遥远的行星探测任务来说，能源供应是大问题。在木星附近，太阳的能量密度骤降到地球附近的约4%。木星冰月探测器传承“前辈”的宝贵经验，将挑战利用微弱的太阳能维持科学仪器工作，有机会成为利用太阳能工作距离最远的航天器。

探访木星系还要面对一个巨大的挑战，那就是距离。地球与木星的距离最近时也有近6亿公里。受限于火箭性能，木星冰月探测器必须反复依靠金星和地球的引力助推，耗时长达7年，预计2030年左右抵达木星附近，那么真正执行研究任务的时间仅有3年。“欧罗巴快船”原计划由SLS重型火箭发射，不借助引力助推，1～2年内抵达木星轨道。不过，由于成本和排期问题，“欧罗巴快船”改用猎鹰重型火箭和行星助推结合的方案。

不难看出，对于更遥远的行星探测任务，火箭运载能力仍是瓶颈。展望未来，人类的好奇心与苛刻的任务要求都会刺激火箭运载能力再度提升，助推人类向星辰大海更进一步。（作者：毛新愿）