揭秘“冰卫星”

张唯诚

“果汁号”木星“冰卫星”探测器

飞往木星系统的“果汁号”

太阳系中有一些寒冷的天体，它们是围绕行星运行的冰冻卫星，人们称之为“冰卫星”。例如，土卫二就是一颗围绕土星运行的“冰卫星”，它的表面覆盖着极为寒冷的冰层，因此成为太阳系中已知最亮的卫星。海卫一也是一颗“冰卫星”，它的表面也呈现为耀眼的冰冻世界，白色的极冠覆盖了南半球的大部分地区，极冠的物质组成是冻结的氮、一氧化碳和甲烷。

然而，在太阳系中，最引人瞩目的“冰卫星”是运行于木星周围的木卫二、木卫三和木卫四，它们是木星的4颗最大卫星中的3颗。自从伽利略首次将天文望远镜对准木星后，木星周围的这4颗最大卫星便成为人类探索卫星的首批目标，被称为“伽利略卫星”。4颗最大卫星中剩下的一颗就被称为“木卫一”，它是一个火山世界，与它的3个寒冷的“冰兄弟”形成了“冰与火的对峙”。

那么，木卫二、木卫三和木卫四为何如此吸引人类的目光呢？原来它们都被认为拥有巨大的“冰下海洋”，这在外星世界里十分难得。拥有海洋就意味着它们很有可能是太阳系中拥有海洋生命的神奇星球，这样的世界最容易激发人类探索的欲望。

因此，人类才策划了一次针对木星“冰卫星”的探测行动。它的“主角”是欧洲空间局的一个名为“果汁”的木星“冰卫星”探测器。按照计划，2023年4月，这个探测器将启程飞往木星系统，它的主要任务是探测木卫二、木卫三和木卫四，而探测的重要目标是卫星冰面之下隐藏着的海洋。

冰面下的秘密

其实，对于木星“冰卫星”的探测，此前已经进行过好几次了，科学家们对它们已经有了一定程度的了解。最先发现木星系统有可能存在冰下海洋的是“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器。1979年，它们在经过木星时，发现了“冰卫星”上光洁平整的冰面，其中很多区域很像地球上冰冻的海洋。到了20世纪90年代，“伽利略号”木星探测器又来到了木星，它发现木星有3颗“伽利略卫星”都有可能存在地下的水体。

木卫三是太阳系中最大的卫星。木卫三的体积是火星的四分之三，比水星还要大一些。相较而言，科学家们对木卫二最为期待，这是因为木卫二的冰下海洋所处的位置看来并不那么深。他们推测木卫二的水体不仅可能在木星系统巨大潮汐力的作用下保持液态，而且它的深处还有可能隐藏着温暖的热喷口。这些热喷口会喷出热量和养料，为原始生命提供生存的条件。将来有一天，人们可以将一个探测器释放到木卫二冰下的海洋里探索神秘的外星海洋世界。

木卫二的近景特写

“伽利略号”木星探测器拍摄的木卫二

曾经的“木星任务”

自“伽利略号”探测了木星系统后，为了探索那里的地下海洋，人类曾多次决定再次派探测器前往木星。2009年2月，科学家们宣称，美国宇航局和欧洲空间局计划联合发射2个轨道探测器对木星的4颗“伽利略卫星”进行探测，而探测的重点目标是木卫二。按照计划，这2个探测器应该于2020年左右升空，于2026年左右抵达探测区域，其预计的探测期限为3年。在这次任务中，美国宇航局的轨道探测器负责探测木卫二，而欧洲空间局的轨道探测器负责探测木卫三。2个探测器不仅要分别对木卫二和木卫三进行为期一年的环绕探测，还要对木卫一和木卫四进行适当的研究。科学家们表示，他们最期待的是在“冰卫星”的地下海洋里发现碳氢化合物，如果能发现肽链乃至蛋白质，那么就更好了。

“朱诺号”探测木星

然而，上述庞大的计划并没有如期实施。不过，两三年后，一个名为“朱诺号”的木星探测器飞向了木星，在一定程度上彌补了上述计划未能实施的遗憾。“朱诺号”于2011年8月5日离开地球，飞行28亿千米后，于2016年7月4日抵达木星。“朱诺号”环绕木星进行考察，它探测了木星云和木星的内部结构，还完成了对木星极区的观测。2021 年，“朱诺号”飞越了木卫三和木卫二，以更清晰的图像再一次呈现了木星“冰卫星”上的裂缝和山脊。

认识“冰卫星”

土卫二上的“冰火山”

“朱诺号”对木星“冰卫星”的探测进一步加深了人类对“冰卫星”的了解，然而这也未能满足人类对“冰卫星”冰面之下的秘密进行探索的愿望，所以“果汁号”木星“冰卫星”探测器的出征被寄予了很大的期待。离开地球后，这个木星“冰卫星”探测器要利用地球和金星的引力获取推力，并于8年后，即2031年7月到达木星。

木星远离太阳，因此“果汁号”探测器越接近木星，它接收到的阳光就越微弱。在这种情况下，“果汁号”的太阳能电池板的面积达到了惊人的85平方米，是迄今最大的太空航天器太阳能电池板。

接近木星后，“果汁号”首先要减速进入环绕木星运行的轨道并对其进行探测。环绕探测了庞大的木星后，“果汁号”将多次飞越木卫二、木卫三和木卫四，用探冰相机、传感器、光谱仪和雷达探测这3个冰冻的天体。它要探测的不仅是这些卫星冰冻的表面，还包括表面之下10～15千米的地方，据推测那里存在巨大的液态海洋。“果汁号”将在那里寻找能够支持生命存在的条件，包括液态水和能量，它们应该来自木星引力对其卫星产生的潮汐效应。“果汁号”将尝试确定这3个天体在过去或现在是否有生命存在。最后，“果汁号”将进入环绕木卫三运行的轨道，并最终坠落在它的表面。

探索木卫二、木卫三和木卫四对人类了解外太阳系而言很有意义。因为在远离太阳的外太阳系，冰冻的星球是大量存在的，其中很重要的一部分就是“冰卫星”，它们是外太阳系的重要成员。由于潮汐力的影响，它们的冰层之下常常因潮汐力的加热作用而存在液态的海洋，而中心则是一个岩石的内核。科学家们发现，有的“冰卫星”上还存在冰火山，那里会喷出一种像喷泉一样的间歇泉，主要由水蒸气和冰屑状的物质组成。例如，木卫二、木卫三、土卫四和海卫一都是拥有冰火山的“冰卫星”，它们也都被认为存在地下的液态水，是有可能演化成适合生命存在的星球。因此，“冰卫星”有可能成为太阳系中未来人类最热衷于探索和研究的天体。