寻找木星生命迹象的深空探索

沈臻懿

漫漫历史长河，人类对于星空的向往，对于宇宙的探秘从未停止。据法新社2023年1月24日报道，木星冰卫星探测器 （Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE）将在2023年正式开启漫游太空系的深空之旅，以探索木星卫星表面下的海洋是否存在生命迹象。

2023年1月20日，纪念意大利天文学家伽利略发现木星卫星的牌匾在JUICE探测器上揭幕。此前，JUICE被置于法国图卢兹的空中客车公司（Airbus）里，并已完成最后的测试。揭幕活动结束后，JUICE探测器将被折叠打包放入容器，并横跨大西洋送至位于南美洲北海岸的法属圭亚那航天中心等待发射。按照欧洲航天局（European Space Agency，ESA）原本的计划，JUICE探测器应于2022年搭载阿丽亚娜5型运载火箭（Ariane-5）发射升空，并预计历经8年时间，于2030年抵达木星轨道后，对木星及其木卫二、木卫三、木卫四进行至少为期3年的探测。但由于新冠疫情等原因，JUICE探测器被推迟至2023年4月发射，抵达木星的时间也将相应延长到2031年左右。

1610年1月，伽利略用望远镜首先发现了四颗木星卫星——木卫一（Io，译名“伊奥”）、木卫二（Europa，译名“欧罗巴”）、木卫三（Ganymede，译名“盖尼米得”）和木卫四（Callisto，译名“卡里斯托”）。这也是人类在地球自身卫星之外所发现的第一批卫星。400多年后的今天，JUICE探测器将为人们带来更为清晰的木卫二、木卫三和木卫四影像。

2017年，德国明斯特大学的一项研究发现，木星是太阳系中最早形成的行星。其主要由气体和液态物质所组成，成分与太阳较为类似。木星拥有的已知卫星为79颗，同时也有着“小太阳系”的别称。作为木星直径和质量最大的几颗卫星——木卫二、木卫三、木卫四，一直以来都受到了科学家们的高度关注。那么，这几颗卫星为何能令人如此着迷呢？这还得从其自身结构和所处的冰冻环境说起——

木卫三不仅是木星最大的已知卫星，还是太阳系中最大的卫星。其直径为5262公里，比水星4880公里的直径更大一圈。在木卫三表面的冰质外壳下，可能隐藏有液态的地下海洋，含水量甚至可能比地球所有海洋的总和还要多。就我们所熟悉的地球而言，其海洋最深处马里亚纳海沟为11公里，而木卫三的海洋深度预计可达400公里！

木卫四是仅次于木卫三的木星第二大卫星，也是太阳系的第三大卫星。其直径为4800公里，与水星几乎相当，但质量仅为水星的三分之一。这就意味着木卫四的密度很低，基本是一个由岩石和水冰所构成的天体。有研究认为，木卫四地表以下150公里处可能藏有一个20公里深的地下海洋。

木卫二是木星的第四大卫星，也是太阳系的第六大卫星。其直径为3100公里，比月球稍小一些。由于距离太阳非常遥远，木卫二表面温度在赤道地区平均为零下160摄氏度，两极则更低，达到了零下220摄氏度左右。因此，木卫二表面的水是永久冻结的，覆盖着一层厚达100公里的冰壳。木卫二存有内部能量源，这也使得冰下深处可能拥有深度在100公里左右的液态海洋。

不难发现，木卫二、木卫三、木卫四这三颗冰卫星的共同点，都是可能有着地下海洋的存在。水是生命之源，水源的存在是一颗星球是否存在生命迹象的关键标志。科学家们猜测，地球上的海洋孕育出了生命，而这几颗与地球有着类似环境的天体，是否也有可能孕育出生命呢？为了探寻木星及其卫星——木卫二、木卫三和木卫四的秘密，三颗冰卫星的地下海洋自然而然就成了“木星冰卫星探测计划”寻找地外生命的重要目标。其中，木卫二最受科学家青睐，被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的天体。

自JUICE探测器从图卢兹的空客公司绝尘室被送往法屬圭亚那的航天中心，其在地球上的时间已然进入了倒计时。据了解，“木星冰卫星探测计划”已持续了将近十年，其为即将开启的漫长星际旅程做了大量准备。这个重约6200公斤的JUICE探测器搭载装备了包括照相机、测冰雷达、光谱仪、激光测高仪、磁场传感器、粒子监测仪等10套科学仪器，以及用于和地球通信的直径长达2.5米的天线。此外，JUICE探测器还集成了一个85平方米的巨大太阳能电池板，这也是人类有史以来为行星际航天器所打造的最大太阳能阵列，以保证JUICE即便在远离太阳7.4亿公里的地方仍能吸收足够的能量。

由于阿丽亚娜6型运载火箭（Ariane-6）计划于2023年底首飞亮相，所以JUICE探测器将由最后两枚阿丽亚娜5型运载火箭（Ariane-5）中的一枚送入太空。木星和地球的距离在6.3亿到9.3亿公里之间，JUICE在抵达目的地之前，会采用迂回路径前行。按照探测计划，JUICE的太阳系旅程总计为20亿公里，将先后利用地球和金星的引力沿途予以推动，以飞越地球、地月系统和金星。这一过程就如同弹射活动，为JUICE提供了前行动力。在内太阳系历经一系列重力辅助飞行后，JUICE预计于2031年7月滑入环绕木星轨道。随后，JUICE将在4年内，对木卫二、木卫三、木卫四这三颗大型冰冷卫星进行35次飞掠，就其冰层厚度等数据进行测量，并对冰冻表面之间数十公里的地下海洋进行观察，以寻找能够对生命存在予以支持的条件。

完成卫星飞掠任务后，JUICE还将进入太阳系最大卫星——木卫三的轨道，就其冰壳、地下海洋以及内部结构等进行探秘。一旦任务执行成功，JUICE将成为人类第一艘进入另一颗行星卫星轨道的航天器。鉴于木卫三是太阳系中已知的唯一能够产生磁场的卫星，JUICE所搭载的探测仪器还将对其和木星磁气圈的相互作用进行探测。当JUICE完成探测任务，并耗尽其环绕轨道所需的能量后，最终将于2035年底坠落至木卫三表面并结束其使命。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com