尋找木星生命跡象的深空探索

沈臻懿

漫漫歷史長(zhǎng)河，人類對(duì)于星空的向往，對(duì)于宇宙的探秘從未停止。據(jù)法新社2023年1月24日?qǐng)?bào)道，木星冰衛(wèi)星探測(cè)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(jì)念意大利天文學(xué)家伽利略發(fā)現(xiàn)木星衛(wèi)星的牌匾在JUICE探測(cè)器上揭幕。此前，JUICE被置于法國(guó)圖盧茲的空中客車公司（Airbus）里，并已完成最后的測(cè)試。揭幕活動(dòng)結(jié)束后，JUICE探測(cè)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(jì)劃，JUICE探測(cè)器應(yīng)于2022年搭載阿麗亞娜5型運(yùn)載火箭（Ariane-5）發(fā)射升空，并預(yù)計(jì)歷經(jīng)8年時(shí)間，于2030年抵達(dá)木星軌道后，對(duì)木星及其木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四進(jìn)行至少為期3年的探測(cè)。但由于新冠疫情等原因，JUICE探測(cè)器被推遲至2023年4月發(fā)射，抵達(dá)木星的時(shí)間也將相應(yīng)延長(zhǎng)到2031年左右。

1610年1月，伽利略用望遠(yuǎn)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(cè)器將為人們帶來(lái)更為清晰的木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四影像。

2017年，德國(guó)明斯特大學(xué)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，木星是太陽(yáng)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(yáng)較為類似。木星擁有的已知衛(wèi)星為79顆，同時(shí)也有著“小太陽(yáng)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(lái)都受到了科學(xué)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(shuō)起——

木衛(wèi)三不僅是木星最大的已知衛(wèi)星，還是太陽(yáng)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(yù)計(jì)可達(dá)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(yáng)系的第三大衛(wèi)星。其直徑為4800公里，與水星幾乎相當(dāng)，但質(zhì)量?jī)H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(gè)由巖石和水冰所構(gòu)成的天體。有研究認(rèn)為，木衛(wèi)四地表以下150公里處可能藏有一個(gè)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(yáng)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(yáng)非常遙遠(yuǎn)，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(dá)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(dá)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(diǎn)，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(biāo)志?？茖W(xué)家們猜測(cè)，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(cè)計(jì)劃”尋找地外生命的重要目標(biāo)。其中，木衛(wèi)二最受科學(xué)家青睞，被認(rèn)為是太陽(yáng)系中最有可能存在地外生命的天體。

自JUICE探測(cè)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(shí)間已然進(jìn)入了倒計(jì)時(shí)。據(jù)了解，“木星冰衛(wèi)星探測(cè)計(jì)劃”已持續(xù)了將近十年，其為即將開啟的漫長(zhǎng)星際旅程做了大量準(zhǔn)備。這個(gè)重約6200公斤的JUICE探測(cè)器搭載裝備了包括照相機(jī)、測(cè)冰雷達(dá)、光譜儀、激光測(cè)高儀、磁場(chǎng)傳感器、粒子監(jiān)測(cè)儀等10套科學(xué)儀器，以及用于和地球通信的直徑長(zhǎng)達(dá)2.5米的天線。此外，JUICE探測(cè)器還集成了一個(gè)85平方米的巨大太陽(yáng)能電池板，這也是人類有史以來(lái)為行星際航天器所打造的最大太陽(yáng)能陣列，以保證JUICE即便在遠(yuǎn)離太陽(yáng)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(yùn)載火箭（Ariane-6）計(jì)劃于2023年底首飛亮相，所以JUICE探測(cè)器將由最后兩枚阿麗亞娜5型運(yùn)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(dá)目的地之前，會(huì)采用迂回路徑前行。按照探測(cè)計(jì)劃，JUICE的太陽(yáng)系旅程總計(jì)為20億公里，將先后利用地球和金星的引力沿途予以推動(dòng)，以飛越地球、地月系統(tǒng)和金星。這一過(guò)程就如同彈射活動(dòng)，為JUICE提供了前行動(dòng)力。在內(nèi)太陽(yáng)系歷經(jīng)一系列重力輔助飛行后，JUICE預(yù)計(jì)于2031年7月滑入環(huán)繞木星軌道。隨后，JUICE將在4年內(nèi)，對(duì)木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四這三顆大型冰冷衛(wèi)星進(jìn)行35次飛掠，就其冰層厚度等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)冰凍表面之間數(shù)十公里的地下海洋進(jìn)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(wù)后，JUICE還將進(jìn)入太陽(yáng)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(jìn)行探秘。一旦任務(wù)執(zhí)行成功，JUICE將成為人類第一艘進(jìn)入另一顆行星衛(wèi)星軌道的航天器。鑒于木衛(wèi)三是太陽(yáng)系中已知的唯一能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)的衛(wèi)星，JUICE所搭載的探測(cè)儀器還將對(duì)其和木星磁氣圈的相互作用進(jìn)行探測(cè)。當(dāng)JUICE完成探測(cè)任務(wù)，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