木卫二地下海洋的探索之旅

究竟是什么原因让科学家对木星系产生了如此浓厚的兴趣？2023年4月，名为“果汁”的木星探测器踏上了前往木星的旅程，预计于2031年7月抵达木星。然而，“果汁号”还在前往木星的路上，新的木星探测器又出发了，它就是“欧罗巴快船号”。

“果汁号”和“欧罗巴快船号”肩负着相同的使命，就是探测木星的冰卫星（太阳系中围绕行星运行的寒冷的天体）的地下海洋。但两者的探测重点稍有不同，“果汁号”探测的范围包括木卫二、木卫三和木卫四，而“欧罗巴快船号”则重点探测木卫二。

抵达木星后，“果汁号”将进入环木星轨道。在环绕木星飞行的过程中，“果汁号”会多次飞越木卫二、木卫三和木卫四，利用其搭载的探冰相机、精密传感器、光谱分析仪及高分辨率雷达，分别探测这三颗星球冰冷的地表和地表之下10～15千米的区域。科学家推测，那里隐藏着浩瀚的地下海洋，是探寻地外生命迹象的关键区域。

“果汁号”侧重于寻找生命存在的条件，以此证实冰卫星上液态水的存在。完成既定任务后，“果汁号”将转入木卫三的环绕轨道，对木卫三进行进一步的环绕探测，并最终在木卫三上结束它的木星系之旅。

尽管木星的三个冰卫星都有可能存在液态的地下海洋，但各自的情况又不尽相同。例如，木卫三上的液态水所处的位置就被认为比木卫二上深得多，这使得科学家更愿意将木卫二作为寻找外星地下海洋的首选。

木卫四的个头仅比木卫三小一点，表面分布着很多陨石坑。1998年，“伽利略号”探测器发回的数据显示，木卫四的磁场随着木星的转动而波动不定，这预示着木卫四的地表之下也可能隐藏着一片含盐的海洋。但木卫四的地下海洋充斥着密集的冰块和岩石，这些冰块和岩石阻止了热能的流动，使得木卫四上存在生命的可能性极为渺茫。

从“旅行者号”到“伽利略号”

木卫二的体积与月亮相仿。1979年，“旅行者号”行星探测器飞掠木卫二，首次向人类展示了木卫二冰冻的表面。木卫二上的陨石坑稀少，且表面被一层光洁的冰层所覆盖，某些区域甚至很像地球上冰封的海洋。目睹这一场景的科学家不禁深思：在冰层的下面，是否隐藏着液态的地下海洋呢？

继“旅行者号”以后，“伽利略号”对木星系的探测进一步揭示了木星的冰卫星的更多秘密。2000年1月，“伽利略号”在距木卫二仅350千米的区域进行探测。这一次，它捕捉到了木卫二地磁北极点位置的微妙变动，这一发现进一步巩固了存在地下海洋的理论。因为磁极的变化往往暗示着地下存在能够导电的液体层，比如盐水层，正是这些液体的流动导致了磁极的移动。

据此，科学家推测，木卫二的冰下很可能存在一个无垠的水世界，其规模远超地球上的太平洋、大西洋与印度洋之和。尽管木卫二远离太阳，表面温度低-160℃，但科学家相信，木星强大的潮汐力正在持续加热木卫二的内部，释放出的热量足以使地下海洋呈现液态。这种加热现象在木星卫星系统中屡见不鲜，比如紧邻木卫二的木卫一，其内部因潮汐作用而处于熔融状态，热液喷涌而出，形成了蔚为壮观的火山景观。

科学家还相信，在木卫二的地下海洋中隐藏着温暖的热液喷口，就像地球的海底火山热液喷口一样。当木卫二沿着环绕木星的轨道运行时，潮汐力使木卫二的核心保持熔融状态，从而有可能引发海洋中的火山活动。

夭折的宏伟计划

多年以来，“伽利略号”引发的液态水之谜一直困扰着对此好奇的科学家。2004年，科学家决定发射一个拥有强大核动力的探测器前往木卫二、木卫三和木卫四。这个名为“木星冰月轨道器”的探测器重达30吨，强劲的核动力离子引擎使它有能力连续探测以上这三颗星球。科学家原计划于2015年发射这个探测器，2020年该探测器进入木星轨道，2021年至2023年，探测器依次接近木卫四、木卫三和木卫二，并完成对这三颗卫星的环绕探测。

然而，这个计划过于复杂和庞大，在技术和资金上存在诸多难题。而另一项名为“木卫二—木星系任务”的探测计划则更为切实可行，它的大致内容是发射2个探测器分别前往木卫二和木卫三。其中，木卫二探测器上搭载有照相机、分光计和一个灵敏的雷达系统，它的主要任务是探测木卫二的冰层，计算木卫二的冰层有多厚，为下一步探测木卫二的冰下世界铺平道路。科学家还打算利用其携带的地震检波器和质谱仪测量木卫二上冰层移动的频率和幅度，以及冰层内正在发生的化学反应。而木卫三探测器研究的侧重点，则是木卫三的表面成分及其周边环境。

2009年2月，“木卫二—木星系任务”探测计划获批。按照计划，这2个探测器将于2020年前后升空，2026年抵达探测区域，预计的探测期限为3年。然而，这项计划也因种种原因搁浅了。不过，科学家启用了“果汁号”和“欧罗巴快船号”探测器计划。

肩负飞向木星系的使命

“欧罗巴快船号”已搭乘太空探索技术公司的猎鹰重型火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，在太空中飞行29亿千米后，预计于2030年4月抵达木星轨道。“欧罗巴快船号”上搭载有9种科学仪器。在环绕木星运行的过程中，它将利用近50次飞掠木卫二的机会，远程探测木卫二的冰面和地下海洋。“欧罗巴快船”肩负的主要科学探测任务是确定木卫二冰壳的厚度、成分、地质特征，以及冰壳与冰下海洋的相互作用。这些探索将有助于科学家更好地了解地球以外的星球可能具有的生物学潜力。

“欧罗巴快船号”木星探测器上最引人注目的部分是巨大的太阳能电池阵。木卫二与太阳之间的距离是地球到太阳距离的5倍。因此，它的太阳能电池阵必须足够大，只有这样才能吸收尽可能多的阳光，从而为探测器提供足够的电力。“欧罗巴快船号”上的太阳能电池阵长约14.2米，宽约4.1米，是美国宇航局为行星任务开发的最大的太阳能电池阵。当太阳能电池阵在太空中展开时，“欧罗巴快船号”的跨度将超过30.5米，这将比一个专业篮球场还要宽。

木卫二长年处在恶劣的辐射环境中，这意味着每次“欧罗巴快船号”飞越木卫二时都要承受相当于数百万次胸透的辐射，这是“欧罗巴快船号”面临的重大生存挑战。因此，任务团队为“欧罗巴快船号”设计了独特的飞行轨道，以避免它在穿越危险的辐射区时损害易受辐射影响的部件，保证任务的顺利进行。

“欧罗巴快船号”的探测任务预计至少还要持续4年。即使到了顺利完成探测任务的那天，木卫二地下海洋之谜也未必能真相大白。然而，正如“欧罗巴快船号”任务团队的科学家邦妮·布拉蒂指出的那样：“每一次，我们执行任务时都能发现此前未曾想到的事情。总有一些未知世界如此美妙，以至于事前无法想象，这是最让人兴奋的事情。”