美国宇航局和欧航局将联手探索木星生命，JUICE和Clipper ...

四轮day

即将发射的欧洲任务是第一艘飞船，还将发射另一艘、来自NASA，它将在木星冰冷的卫星上寻找人类可居住的迹象


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如果太阳系的其他地方存在生命，那么木星的巨大、冰冻的卫星是一个很好的选择。
科学家们认为，木星内部潜伏着巨大的海洋，由于木星巨大的引力场的相互挤压，海洋一直保持液态，而且厚厚的冰盖保护海洋不受木星强烈辐射带的影响。


英国开放大学（Open University in England）的马克·福克斯-鲍威尔（Mark Fox-Powell ）说：“我们在地球上了解到，哪里有水，哪里就有生命。当我们观察太阳系时，现在有液态水的地方真的仅限于地球，以及木星和土星的卫星。”
2004-2017年，美国宇航局（NASA）和欧洲航天局（ESA）的卡西尼-惠更斯号（Cassini-Huygens ）对土星及其卫星进行了详细研究，但它仍然未能有令人兴奋的发现。
现在，所有的目光都集中在了木星。
访问太阳系最大行星的任务将是欧洲航天局的JUICE航天器——“木星冰卫星探测器”（Jupiter Icy Moons Explorer）。
这艘重达6吨的宇宙飞船目前正在法国进行测试，不久将被运往南美洲的法属圭亚那（French Guiana），并于今年4月由欧洲的阿丽亚娜5号火箭（Ariane 5）发射。
JUICE将用8年时间抵达木星，途中利用地球、金星和火星的引力帮助节省燃料。


在2031年7月抵达时，这艘太阳能飞船将把它的10个科学仪器集中在四颗最大的木星卫星中的三颗上——木卫二、木卫三和木卫四（Europa, Ganymede and Callisto）——这些卫星都被认为存在地下海洋。
其中，木卫三——太阳系最大的卫星——将受到JUICE重点探寻的目标。


在初步侦测后，该航天器将于2034年进入轨道。JUICE项目成员、英国莱斯特大学（University of Leicester）的艾玛·邦斯（Emma Bunce）说：“我们正试图描述木卫三的宜居性。”
当然，欧空局并不是唯一一个瞄准木星的太空机构——尽管最近的历史几乎表明情况并非如此。JUICE的最终概念出现于2008年，这是与NASA联合成立的“木卫二木星系统任务”（EJSM）的一部分。
这一合作致力于让欧洲建造一个以木卫三为中心的航天器，而美国宇航局将为木卫二建造一个探测器。
然而，美国的资金问题导致NASA在2010年代初取消了EJSM计划，让欧洲独自飞行。此前，美国宇航局的“朱诺”号（Juno）宇宙飞船目前正在木星运行，但它更多探索的是这颗巨大的气体行星，而不是它的卫星。
马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室（JHUAPL）的路易斯·普洛克特（Louise Prockter）说：“我们没有钱。木卫二的后续任务就这样被取消了。”
情况令人失望，但并非完全出乎意料。在EJSM欧洲一方工作的伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的Michele Dougherty说：“这些事情总归会发生。”
2013年，迎来了转机，当时NASA探索木卫二的努力获得了美国国会的新支持资金。
最初被称为木卫二多次飞掠任务（ Europa Multiple Flyby Mission），美国方面最终命名为木卫二快船（“clipper” merchant ships），以19世纪的商船名“快船”命名。
国际合作再次重启，尽管是以一种不那么紧密的方式。Prockter说：“这种合作大大减少了”，尽管她估计最初计划的联合研究70%的部分将得到继续。
Clipper将于2024年秋季由SpaceX重型猎鹰火箭发射。尽管它的发射日期较晚，但其更强大的运载火箭将使“快船”提前一年到达木星，比JUICE早到2030年4月。
它不会像JUICE围绕木卫三那样围绕木卫二运行，因为前者靠近木星，使其处于木星辐射带的危险深处。
相反，JUICE将在木星系统周围快速飞行时执行大约50次木卫二飞掠任务，使其能够绘制木卫二内部的地图，并计算出其地下海洋的范围，同时研究其他目标。
“由于辐射环境，在木卫二周围放置轨道飞行器意味着你只能在辐射杀死你之前存活一到三个月，”华盛顿特区美国宇航局总部的木卫二快艇项目科学家Curt Neibur说。
“我们意识到，相反，我们可以飞过去，收集数据，然后离开辐射较低的城镇。这样我们就能维持几年，而不是几个月。”
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在他们任务重叠的期间，JUICE和Clipper将在木星的景点之间跳跃，表演复杂的“探戈”，有大量的合作机会。
“在同一个系统中拥有两个宇宙飞船真是太棒了，”欧洲航天局的奥利维尔·维塔斯（Olivier Witasse）说，他是JUICE的项目科学家。
作为JUICE-Clipper指导委员会的一部分，来自两个任务的大约20名科学家目前几乎每周都在开会，该小组为两个航天器如何在木星同步制定想法。
与普罗克特共同担任委员会主席的邦斯（Bunce）说：“我们正忙着讨论科学机会，并提出一个计划”，提交给NASA和ESA。
Bunce说，虽然与最初的EJSM合作“有些细节略有不同”，但最初的梦想仍然存在。“最初的计划是一个任务专注于木卫三，另一个任务专注于木卫二。”“这就是我们所拥有的。”
一种可能性是，每艘航天器都可以充当另一艘航天器的观测员。例如，JUICE可以在“快船”准备俯冲而过时从远处监视木卫二。
据认为，木卫二的地下海洋，就像土星的卫星土卫二内部的海洋一样，偶尔会从冰层的裂缝中喷出液态水羽。
福克斯-鲍威尔说，观察这些羽状物可能会导致研究“几分钟前”的海洋喷出物。
“这确实提供了一个研究原始事物的机会。”当“快船”接近木卫二时，JUICE可以寻找从木卫二表面喷出的羽状物，让“快船”的眼睛朝着那个方向训练。
“如果JUICE发现了一个，它就可以告诉我们去哪里找，”Prockter说
“克利伯”号甚至可能偶然穿过一些羽状物，直接对它们进行取样，寻找可能暗示欧罗巴海洋中存在生命迹象的复杂分子的迹象。
JUICE还将在绕木卫三轨道运行之前进行两次木卫二飞掠。其中一次是在2032年7月，距离克利伯的近距离飞行只有4个小时。
“我们可以在同一时间进行类似的测量，”Witasse说。这可能会带来一些有趣的科学研究，尽管具体细节还有待确定。
他补充道：“我们不会飞越相同的地点，但这肯定会非常有趣。”“我们可以对相似的表面特征进行成像，或者，如果有羽流，我们可以从不同的几何形状观察它。”
联合强调木卫二的部分原因是科学家怀疑这颗卫星的液态水海洋与岩石核心直接接触。
在那里，热液喷口——海底的开口，来自深处的热量可以从那里逸出——可以提供足够的能量和营养物质来维持生命。
“在地球上，我们有热液喷口，那里有完整的生物群落，”福克斯-鲍威尔说。“我们有充分的理由相信，木卫二上也发生了类似的化学反应。”
然而，木卫三的体积要大得多，这意味着密度更高的冰可能已经沉到海洋底部，形成了一个阻挡通风口的屏障。
福克斯-鲍威尔说：“它可能会把岩石核心密封起来。木卫二不够大，没有那么大的重力和压力，所以不会形成高压冰。”
两个任务，同一个愿景

这些都没有排除木卫三宜居的可能性，也没有削弱这颗卫星的科学兴趣。
JUICE在2034年12月进入木卫三轨道后，将对其整个表面进行调查，并研究月球的磁场——这是后续尝试绘制月球水层内层图的关键任务。
多尔蒂说：“对于一个潜在宜居的环境来说，你需要热源、液态水、有机材料和稳定性。在土卫二，我们知道我们有三个。”
“在木卫二，我们有三个。在木卫三，我们正试图找到答案。”
虽然它将在距离木卫三5000公里的高轨道上启动，但在9个月的时间里，JUICE将把它的高度降低到距离月球表面仅200公里的高度。
最终，在2035年任务结束时，航天器将被故意撞向木卫二表面，以最大限度地减少任何碎片污染木卫二的可能性。
人们认为木卫三没有羽流活动，但如果它有，或者它的冰壳被发现特别薄，这一结局可能需要重新考虑，以免也污染木卫三的液体海洋。
JUICE项目经理、欧空局的朱塞佩·萨里说：“如果有什么东西表明它与内部海洋和外部表面有联系，我们可能需要改变我们的轨道。”
与此同时，克利伯号将提供有关木卫二及其海洋的类似水平的知识。
然而，它并不是为了寻找生命存在的确切证据，相反，充其量只是在月球的羽状物中看到生命的成分。
生命探测可能会出现在稍后的任务中，比如NASA备受追捧的木卫二着陆器。这项任务的概念是由位于加州的NASA喷气推进实验室（JPL）的科学家和工程师们在几年前提出的，但还有待进一步的资金支持。
Neibur说：“木卫二已经有一段时间没有出现在总统的预算或国会通过的预算中了。”
与此同时，美国国家科学院于2021年底编制的美国星际探索权威路线图将木卫二着陆器任务列为NASA优先级低于其他项目的任务。
目前，作品已经存档，准备好等待重生。“我相信木卫二快艇号学到的东西会让我们想回去，某种类型的着陆器是合乎逻辑的下一步，”Neibur说。
“但也许克利伯会给我们一个曲线球，着陆器不是正确的方法。也许我们会想在羽状物中盘旋，而不是着陆。”
冲破几公里厚的冰层也是一项挑战。一种可能性是，着陆器可能包含一个热探测器，以融化进入木卫二隐藏的海洋。
去年，佛罗里达理工学院（Florida Institute of Technology）的Paula do Vale Pereira领导了一项实验，用一个两米高的低温冰柱（称为欧罗巴塔，Europa Tower）来模拟欧罗巴表面，看看所需时间。
今年1月初，她在西雅图举行的美国天文学会（American Astronomical Society）第241次会议上介绍了她的工作，发现这项任务可能需要等待3到13年的时间，即使是几十年的外太阳系任务。
除了时间紧迫外还有很多其他困难。Pereira说：“想办法让电缆在着陆器和探测器之间传输电力和信息是未来几年需要解决的非常非常大的问题。”
着陆器必须携带大约几公里长的电缆，任何探测器都必须有足够的弹性，以承受在下降过程中周围的水重新结冰。
然而，解决这些问题的科学价值是巨大的。
这样的梦想还需要很多年。要想让这一设想成为现实，关键在于能否前往木星，并确认其冰冷的卫星就是我们所认为的有吸引力的目标。
从4月的JUICE开始，明年Clipper也将启程，我们将解开木星系统的更多秘密，木星系统本身就是我们在其他恒星周围看到的许多系外行星系统的模拟物，比以往任何时候都要多。
“这是一个迷你太阳系，”萨里说。“我们正在寻找能够维持生命的潜在栖息地。”
在我们的太阳系中，没有一个世界与地球非常相似。但也许像木卫二甚至木卫三这样的地方紧随其后。
如果生命能在这里生存，谁知道它是不是还能在别的地方繁衍生息呢？