□ 謝懿/編譯

探尋木衛(wèi)二冰層下的秘密

□ 謝懿/編譯

根據(jù)計(jì)劃木衛(wèi)二多次飛掠任務(wù)最早將于2022年發(fā)射

十多年前，科學(xué)家們就已經(jīng)知道，木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二表面冰層之下的海洋中可能存在生命。美國(guó)航宇局（NASA）正在按部就班地謹(jǐn)慎實(shí)施一個(gè)計(jì)劃，力圖在下一個(gè)十年查清真相。

2016年，美國(guó)國(guó)會(huì)在當(dāng)年的撥款法案中，要求NASA向木衛(wèi)二發(fā)射“一個(gè)攜帶有著陸器的軌道飛行器”并且發(fā)射的時(shí)間“不晚于2022年”。NASA總部則已經(jīng)批準(zhǔn)了對(duì)木衛(wèi)二著陸器的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，但尚未批準(zhǔn)開工建造。

任務(wù)誕生

幾乎沒有人會(huì)懷疑，木衛(wèi)二是太陽(yáng)系中最吸引人的地方。咸水是承載地外生命的關(guān)鍵，而木衛(wèi)二上應(yīng)該有大量的咸水。16年前，伽利略探測(cè)器收集到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，在其表面之下存在一個(gè)浩瀚的海洋。除了液態(tài)水之外，木衛(wèi)二上還有熱源。如果那里存在有機(jī)物的話，那它就具備了原始生命起源和進(jìn)化所需的環(huán)境。有人甚至相信，木衛(wèi)二上存在生物。這些發(fā)現(xiàn)著實(shí)令人神往。于是，2011年美國(guó)的行星科學(xué)家把木衛(wèi)二探測(cè)項(xiàng)目定為2022年前優(yōu)先級(jí)第二高的任務(wù)，僅次于對(duì)火星采樣并返回地球的無(wú)人探測(cè)項(xiàng)目。

這一決定引起了一位美國(guó)國(guó)會(huì)議員的注意。來(lái)自美國(guó)德克薩斯州的眾議員約翰·卡伯森目前是木衛(wèi)二任務(wù)最熱情的支持者。

2014年當(dāng)卡伯森成為眾議院NASA建議撥款委員會(huì)的主席時(shí)，資金開始源源不斷地注入雄心勃勃的木衛(wèi)二任務(wù)。NASA在2015年財(cái)年申報(bào)了1500萬(wàn)美元，以此來(lái)繼續(xù)建造“木衛(wèi)二快船”探測(cè)器，它會(huì)在環(huán)繞木星的軌道上多次飛掠木衛(wèi)二?？ú嶙h把這個(gè)數(shù)字乘以7增至1億美元。美國(guó)參議院通過(guò)了這一提議。隨后美國(guó)國(guó)會(huì)更進(jìn)一步要求把發(fā)射的時(shí)間定在2022年并且使用空間發(fā)射系統(tǒng)（SLS）來(lái)實(shí)施。但不管怎么樣，NASA原本3000萬(wàn)美元的訴求一下子猛增到了1.75億美元。于是，“木衛(wèi)二多次飛掠”任務(wù)就此誕生。

不一樣的路線

美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)木衛(wèi)二計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)與NASA的傳統(tǒng)做法形成了鮮明的對(duì)比。作為傳統(tǒng)道路的第一步，一個(gè)探測(cè)器會(huì)飛過(guò)一個(gè)從未被探測(cè)過(guò)的天體，發(fā)回有關(guān)的圖像，若干年后，會(huì)發(fā)射另一個(gè)探測(cè)器去勘測(cè)該天體的表面并研究其地質(zhì)特征。只有在所有這些工作都完成之后，科學(xué)家們才會(huì)有膽量發(fā)射一個(gè)載滿了科學(xué)儀器的無(wú)人著陸器。

卡伯森決心壓縮這一過(guò)程。美國(guó)國(guó)會(huì)指向性地告訴NASA發(fā)射“一個(gè)攜帶有著陸器的軌道飛行器”，這聽起來(lái)像用一枚火箭發(fā)射兩個(gè)航天器。在現(xiàn)實(shí)中，就這一做法是否是最佳途徑，存在有大量的爭(zhēng)議。2016年初，NASA局長(zhǎng)查爾斯·博爾登個(gè)人“強(qiáng)烈建議”把軌道飛行器和著陸器分開，由此來(lái)最大化兩者的成功幾率。而美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的主任查爾斯·埃拉奇則認(rèn)為沒有必要著急做決定?？ú瓌t表示，在為木衛(wèi)二任務(wù)提供充足的資金的前提下，將會(huì)遵從工程師和科學(xué)家們的最佳建議。

憂慮成本

一些科學(xué)家擔(dān)心，這個(gè)雄心勃勃的木衛(wèi)二任務(wù)會(huì)吸干其他同樣有價(jià)值的探測(cè)任務(wù)的資金。

早期的 “木衛(wèi)二快船”計(jì)劃，是在大橢圓軌道上來(lái)圍繞木星飛行，“快船”只會(huì)在木星劇烈的輻射環(huán)境中逗留相對(duì)較短的時(shí)間。這可以減少對(duì)其電子和科學(xué)儀器所需的防護(hù)力度。每2～3周，該探測(cè)器就會(huì)近距離飛掠木衛(wèi)二一次，收集其化學(xué)成分、地貌、磁場(chǎng)以及水冰殼層厚度的數(shù)據(jù)。

美國(guó)國(guó)會(huì)指引下的木衛(wèi)二多次飛越任務(wù)將更加雄心勃勃。它也采用了類似于“木衛(wèi)二快船”的大橢圓軌道，但它增加了一個(gè)著陸器并且將發(fā)射時(shí)間提前。在先前的計(jì)劃中，“木衛(wèi)二快船”將使用現(xiàn)有的火箭發(fā)射，花6.5年的時(shí)間前往木星。新的計(jì)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(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間會(huì)在2024年或2025年。另行發(fā)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(lái)同時(shí)發(fā)射這兩者，那么因總質(zhì)量超重將無(wú)法使用直接路徑，如果使用其它路徑的話，這兩個(gè)探測(cè)器將會(huì)在2027年或2030年到達(dá)。

問(wèn)題是SLS是否能在2022年一切就緒。SLS火箭的第一次發(fā)射計(jì)劃在2018年進(jìn)行，不載人；第二次發(fā)射和首次載人飛行安排在2023年進(jìn)行。

2016年3月，美國(guó)審計(jì)署估計(jì)，即使沒有著陸器，木衛(wèi)二多次飛掠任務(wù)仍將耗費(fèi)30億～40億美元。這個(gè)數(shù)字包含了火箭發(fā)射的費(fèi)用，但并不包含發(fā)射著陸器的支出。目前NASA尚未公布木衛(wèi)二著陸器的成本信息。很多美國(guó)科學(xué)家都對(duì)此表示了擔(dān)心，認(rèn)為這是一項(xiàng)負(fù)擔(dān)不起的任務(wù)。

木衛(wèi)二上水蒸氣噴發(fā)的藝術(shù)概念圖

陌生的衛(wèi)星

NASA現(xiàn)有木衛(wèi)二的最佳圖像并不足以讓科學(xué)家們了解木衛(wèi)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(shè)計(jì)出一個(gè)能夠存活下來(lái)的著陸器。但這些問(wèn)題并沒有讓JPL的工程師們陷入困境。他們提出將木衛(wèi)二著陸器做成多邊形，這樣它的任何一面都能夠用來(lái)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(yù)計(jì)會(huì)和木衛(wèi)二上著陸地點(diǎn)相似的地貌。在那里他們會(huì)對(duì)著陸器及其所面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，為最壞的情況做好準(zhǔn)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(huì)花1～2年的時(shí)間來(lái)拍攝木衛(wèi)二表面的高分辨率圖像。一旦科學(xué)家們確定了著陸地點(diǎn)，著陸器飛就會(huì)被釋放到木衛(wèi)二上。

2012年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了從木衛(wèi)二表面噴出的水蒸氣羽狀物，軌道飛行器將會(huì)穿過(guò)這些羽狀物，用它搭載的質(zhì)譜儀來(lái)尋找其中的有機(jī)分子。如果沒有探測(cè)到羽狀物，著陸器將嘗試在木衛(wèi)二表面冰層的裂縫附近著陸，那里可能存在著來(lái)自下方水體中的新鮮沉積物。他們會(huì)在木衛(wèi)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(diǎn)。

木衛(wèi)二表面上布滿了交錯(cuò)的裂縫，表明在其冰層之下極有可能存在著一個(gè)浩瀚的海洋

冰層下的秘密

著陸器上還會(huì)攜帶一臺(tái)地震儀，用于測(cè)量冰層的厚度，因?yàn)橐胫滥拘l(wèi)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(lái)完成這個(gè)任務(wù)，但卡伯森希望工程師們能夠研發(fā)在木衛(wèi)二冰層上融化出一個(gè)空洞的技術(shù)，使用高溫?zé)嵩磥?lái)融化冰面，然后進(jìn)入到木衛(wèi)二的海洋之中，使用傳感器來(lái)嗅探其底部熱液噴口，并把信號(hào)發(fā)送回留在冰殼下方的天線。

無(wú)論結(jié)果如何，目前對(duì)于NASA而言，木衛(wèi)二任務(wù)是其唯一一項(xiàng)必須依法來(lái)執(zhí)行的任務(wù)——不執(zhí)行就是違法。