探寻木卫二冰层下的秘密

□ 谢懿/编译

探寻木卫二冰层下的秘密

□ 谢懿/编译

根据计划木卫二多次飞掠任务最早将于2022年发射

十多年前，科学家们就已经知道，木星的卫星木卫二表面冰层之下的海洋中可能存在生命。美国航宇局（NASA）正在按部就班地谨慎实施一个计划，力图在下一个十年查清真相。

2016年，美国国会在当年的拨款法案中，要求NASA向木卫二发射“一个携带有着陆器的轨道飞行器”并且发射的时间“不晚于2022年”。NASA总部则已经批准了对木卫二着陆器的设计方案进行研究，但尚未批准开工建造。

任务诞生

几乎没有人会怀疑，木卫二是太阳系中最吸引人的地方。咸水是承载地外生命的关键，而木卫二上应该有大量的咸水。16年前，伽利略探测器收集到的磁场数据显示，在其表面之下存在一个浩瀚的海洋。除了液态水之外，木卫二上还有热源。如果那里存在有机物的话，那它就具备了原始生命起源和进化所需的环境。有人甚至相信，木卫二上存在生物。这些发现着实令人神往。于是，2011年美国的行星科学家把木卫二探测项目定为2022年前优先级第二高的任务，仅次于对火星采样并返回地球的无人探测项目。

这一决定引起了一位美国国会议员的注意。来自美国德克萨斯州的众议员约翰·卡伯森目前是木卫二任务最热情的支持者。

2014年当卡伯森成为众议院NASA建议拨款委员会的主席时，资金开始源源不断地注入雄心勃勃的木卫二任务。NASA在2015年财年申报了1500万美元，以此来继续建造“木卫二快船”探测器，它会在环绕木星的轨道上多次飞掠木卫二。卡伯森提议把这个数字乘以7增至1亿美元。美国参议院通过了这一提议。随后美国国会更进一步要求把发射的时间定在2022年并且使用空间发射系统（SLS）来实施。但不管怎么样，NASA原本3000万美元的诉求一下子猛增到了1.75亿美元。于是，“木卫二多次飞掠”任务就此诞生。

不一样的路线

美国国会对木卫二计划的领导与NASA的传统做法形成了鲜明的对比。作为传统道路的第一步，一个探测器会飞过一个从未被探测过的天体，发回有关的图像，若干年后，会发射另一个探测器去勘测该天体的表面并研究其地质特征。只有在所有这些工作都完成之后，科学家们才会有胆量发射一个载满了科学仪器的无人着陆器。

卡伯森决心压缩这一过程。美国国会指向性地告诉NASA发射“一个携带有着陆器的轨道飞行器”，这听起来像用一枚火箭发射两个航天器。在现实中，就这一做法是否是最佳途径，存在有大量的争议。2016年初，NASA局长查尔斯·博尔登个人“强烈建议”把轨道飞行器和着陆器分开，由此来最大化两者的成功几率。而美国喷气推进实验室（JPL）的主任查尔斯·埃拉奇则认为没有必要着急做决定。卡伯森则表示，在为木卫二任务提供充足的资金的前提下，将会遵从工程师和科学家们的最佳建议。

忧虑成本

一些科学家担心，这个雄心勃勃的木卫二任务会吸干其他同样有价值的探测任务的资金。

早期的 “木卫二快船”计划，是在大椭圆轨道上来围绕木星飞行，“快船”只会在木星剧烈的辐射环境中逗留相对较短的时间。这可以减少对其电子和科学仪器所需的防护力度。每2～3周，该探测器就会近距离飞掠木卫二一次，收集其化学成分、地貌、磁场以及水冰壳层厚度的数据。

美国国会指引下的木卫二多次飞越任务将更加雄心勃勃。它也采用了类似于“木卫二快船”的大椭圆轨道，但它增加了一个着陆器并且将发射时间提前。在先前的计划中，“木卫二快船”将使用现有的火箭发射，花6.5年的时间前往木星。新的计划中，一枚SLS火箭则可以把轨道飞行器送入一条直接飞向木星的轨道，预计到达时间会在2024年或2025年。另行发射的着陆器也可以遵循相同的路径。但如果使用一枚SLS火箭来同时发射这两者，那么因总质量超重将无法使用直接路径，如果使用其它路径的话，这两个探测器将会在2027年或2030年到达。

问题是SLS是否能在2022年一切就绪。SLS火箭的第一次发射计划在2018年进行，不载人；第二次发射和首次载人飞行安排在2023年进行。

2016年3月，美国审计署估计，即使没有着陆器，木卫二多次飞掠任务仍将耗费30亿～40亿美元。这个数字包含了火箭发射的费用，但并不包含发射着陆器的支出。目前NASA尚未公布木卫二着陆器的成本信息。很多美国科学家都对此表示了担心，认为这是一项负担不起的任务。

木卫二上水蒸气喷发的艺术概念图

陌生的卫星

NASA现有木卫二的最佳图像并不足以让科学家们了解木卫二的表面是什么样子的，它是平滑的，还是崎岖不平的。在没有这些信息的情况下，很难设计出一个能够存活下来的着陆器。但这些问题并没有让JPL的工程师们陷入困境。他们提出将木卫二着陆器做成多边形，这样它的任何一面都能够用来着陆。1997年NASA登陆火星的“火星探路者”就采用了类似的方案。NASA正在地球上寻找预计会和木卫二上着陆地点相似的地貌。在那里他们会对着陆器及其所面临的风险进行评估，为最坏的情况做好准备。

如果着陆器与轨道飞行器一同飞抵木星，在着陆器触地之前，轨道飞行器会花1～2年的时间来拍摄木卫二表面的高分辨率图像。一旦科学家们确定了着陆地点，着陆器飞就会被释放到木卫二上。

2012年哈勃空间望远镜探测到了从木卫二表面喷出的水蒸气羽状物，轨道飞行器将会穿过这些羽状物，用它搭载的质谱仪来寻找其中的有机分子。如果没有探测到羽状物，着陆器将尝试在木卫二表面冰层的裂缝附近着陆，那里可能存在着来自下方水体中的新鲜沉积物。他们会在木卫二表面寻找周围存在有新鲜沉积物的裂缝作为潜在的着陆地点。

木卫二表面上布满了交错的裂缝，表明在其冰层之下极有可能存在着一个浩瀚的海洋

冰层下的秘密

着陆器上还会携带一台地震仪，用于测量冰层的厚度，因为要想知道木卫二冰壳之下到底有什么，最好办法就是钻探。NASA目前还不知道究竟该如何来完成这个任务，但卡伯森希望工程师们能够研发在木卫二冰层上融化出一个空洞的技术，使用高温热源来融化冰面，然后进入到木卫二的海洋之中，使用传感器来嗅探其底部热液喷口，并把信号发送回留在冰壳下方的天线。

无论结果如何，目前对于NASA而言，木卫二任务是其唯一一项必须依法来执行的任务——不执行就是违法。