人类历史上最重要的一次太空发射

美国东部时间2024年10月14日中午12点06分，美国航空航天局（NASA）研制的深空探测器欧罗巴快船（Europa Clipper）在肯尼迪航天中心发射升空。这是NASA研制的第一艘专门用于研究地外海洋的宇宙飞船，预计将于2030年4月11日进入木星轨道，对欧罗巴（Europa，国内称之为木卫二）进行为期4年的近距离考察，看看这颗木星的第四大卫星是否具备生命诞生的基本条件。

在此之前，欧洲航天局（ESA）研制的木星冰卫星探测器“果汁”（Jupiter Icy Moons Explorer，简称JUICE）已于2023年4月14日在法属圭亚那航天中心发射升空。但因为轨道不同，JUICE的飞行速度较慢，预计将于2031年7月才能到达木星，所以欧罗巴快船将会是第一个传回消息的地外生命探测器。如果传回来的是好消息的话，人类历史将彻底被改写。

可是，木卫二距离太阳非常遥远，其表面平均温度只有-171℃，最高也仅有-140℃，那里怎么可能有生命呢？冰下海洋

众所周知，目前已知的所有生命都只能在有液态水的地方才能生存，所以此前的科学家们只在那些距离恒星既不太近也不太远的地方寻找生命，并把这样的地方称为“宜居带”（habitable zone）。太阳系的宜居带大致位于金星和火星之间，所以早年间的行星探索全都围绕着这两颗行星进行。尤其是火星，一直是NASA工作任务的重中之重。火星之外的那几颗行星被归到了外太阳系的范畴，那里有生命的概率曾经被认为接近于零。

1973年，NASA发射的先驱者10号（Pioneer 10）深空探测器到达木星，成为第一个进入外太阳系的人造飞行器。1979年，NASA发射的两颗旅行者号（Voyager）深空探测器再次进入外太阳系，并造访了木星的几颗卫星，拍回来的照片让大家大吃一惊。

其中最让人着迷的无疑是木卫二。它的表面极其光滑，颜色白中透黄，很像是一颗被用旧了的台球母球。更绝的是，木卫二表面几乎看不到任何陨石坑，但布满了繁杂的条纹，很像是冰盖之间相互拉扯挤压而形成的冰脊和裂缝，这说明木卫二的内部很可能存在液态水，以及某种能量源，正是由于这些能量所引发的地质活动，以及因此而上涌的液态水把陨石坑填平了。

木卫二是一颗古老的岩石星球，体积比月球还小那么一点点，其内部的岩浆应该早就冷却了。所幸木卫二的公转轨道非常扁，因此它从木星那里受到的潮汐力特别强，导致木卫二内部的岩石结构被不断地拉扯和挤压，由此产生的热量让冰层下面的水能够永远保持液态，成为冰下海洋。

就在天文学家发现地外海洋的同时，地质学家在大西洋底发现了碱性热液喷口，其独特的物理化学性质使之成为地球生命最有可能的摇篮。这个发现彻底改变了生命起源研究的范式，从此科学家们便把注意力从达尔文预言的那个沐浴在阳光中的“温暖的小池塘”转移到了木卫二的冰下海洋。那里的环境似乎和地球的海底环境极其相似，不但有液态水，还有岩石和能量，很有可能孕育出新的生命。

于是，搜寻地外生命的努力很快就从火星和金星转移到了外太阳系，并在那里发现了至少6颗可能存在冰下海洋的行星卫星，包括木卫二、木卫三、木卫四、土卫二、土卫六和海卫一。为了近距离研究木星及其卫星，NASA于1989年发射了一颗木星探测器伽利略号（Galileo），并于1995年进入木星轨道，成为第一个围绕行星公转的人造天体。可惜伽利略号设计有误，主天线没有能够顺利打开，只能用副天线和地球联系，这使得它传回来的数据精确度不高。即便如此，它还是传回了大量有用的数据，让科学家们对木卫二有了更清晰的认识。

比如，伽利略号测量了木卫二的磁场，发现它的确自带一个特殊的磁场，而且这个磁场最有可能是它内部的某个具有导电性的物质和木星磁场相互激发所产生的。除此之外，伽利略号携带的近红外测绘光谱仪（NIMS）分析了木卫二表面冰层的化学成分，发现了硫酸盐和氯化钠的痕迹。这两个结果均指向了一个令人惊喜的事实，那就是木卫二内部的海洋很可能像地球海洋一样是咸的，其中充满了生命所需的各种微量元素。

再比如，NASA动用了由3处地面基站所组成的深空网络（DSN），精确追踪了伽利略号的飞行轨迹和飞行速度，计算出了木卫二的转动惯量（moment of inertia），得知它的核心是一个半径600公里的铁核，中间是岩石层，最外侧是一个厚达80～170公里的水层，由此计算出木卫二冰下海洋的储水量是地球海洋的两倍多。木卫二的冰层厚度比较难以计算，目前的猜测大约是在15～25公里之间。

如此厚的冰层增加了探索冰下海洋的难度，但2005年NASA制造的土星探测器卡西尼号（Cassini）拍到了土卫二上空存在羽流（plume）的证据。这种羽流是从土卫二内部海洋喷出来的水蒸气柱，最高可以喷到160公里高的外太空。为了获取羽流数据，科学家修改了卡西尼号的轨道，让它以正确的姿态从羽流上方通过，然后用卡西尼号上搭载的一台质谱仪（mass spectrometer）测量了水蒸气的成分，发现其中含有水、二氧化碳、甲烷、乙烷和丙烷等小分子化合物，和地球海底的碱性热液喷口所喷出的物质非常相似。

2012年，哈勃望远镜探测到木卫二的南极上空同样存在类似的羽流，而且极大可能就是从海洋里喷出来的水。比哈勃精确得多的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进一步发现木卫二的羽流甚至可以喷到一万公里的高空，这就为未来的深空探测器提供了一个采样木卫二冰下海洋的绝佳机会。

于是，NASA决定在这件事上豪赌一把，制造一颗专门用来研究木卫二的深空探测器，这就是欧罗巴快船。经过一番细致的调研，欧罗巴快船项目于2015年正式立项，总投资额高达52亿美元，使之成为除了火星探索之外NASA最具雄心的太空探索项目。和其他NASA项目一样，欧罗巴快船项目也是由来自全世界的相关研究机构合作完成的，总的参与人数高达4000多人，领导者则是由加州理工学院负责管理的NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）。

最终建成的欧罗巴快船重达5.9吨，是NASA有史以来建造的最重的行星探测器。其自带的太阳能电池板展开后长达30.5米，比标准篮球场还要大，自然也是NASA有史以来制造的面积最大的太阳能电池板。

欧罗巴快船是由一枚携带了两台助推器的SpaceX猎鹰重型火箭射入太空的，预计它将先到达火星，利用火星的引力完成第一次加速。之后它还要回到地球附近，利用地球的引力完成第二次加速，这才能够直奔木星。整个航程约为29亿公里，耗时5年半。

进入木星轨道后，欧罗巴快船将继续围绕木星转动，然后在适当的时机接近木卫二，完成一次飞掠（Flyby）。按照计划，欧罗巴快船将会进行49次飞掠，每次飞掠时长不超过一天，最近时距离木卫二表面仅有25公里。之所以选择这个方案，是因为木卫二位于木星的高辐射带内，NASA担心木星喷出的高能粒子会对欧罗巴快船携带的仪器设备产生不良影响。

说到仪器设备，欧罗巴快船一共携带了9台，具体情况如下：

第一是光学影像设备（EIS），包括两台800万像素的照相机，它们拍回来的照片清晰度将会比伽利略号高5倍，相信届时大家将会看到木星和它的那几颗著名卫星的高清照片，那将是天文摄影爱好者们的节日。

第二是热成像设备（E-THEMIS），用于探测木卫二表面冰层的温度差。科学家们可以利用这套设备寻找冰下海水上涌的位置，从而为未来的木卫二着陆器寻找可能的着陆地点。

第三是紫外成像摄谱仪（Europa-UVS），专门用来研究木卫二的大气成分并搜寻可能存在的羽流。木卫二有一层稀薄的大气，主要成分为氧气。但这些氧气大概率不是生命产生的，而是高能粒子分裂水分子而导致的结果，而这些氧气有可能成为生命诞生所需的第一桶能量之金。

第四是地面成像摄谱仪（MISE），科学家们可以利用这台设备把木卫二表面的冰层、盐分、有机物和高温热点地区详细地绘制下来，从中推断出冰层的移动过程，以及冰层下方海水的活动状况。

第五是磁强计（ECM），用于精细测量木卫二的磁场强度，从而进一步确定木卫二表面冰层的下方确实存在液态水。

第六是等离子体磁测深仪（PIMS），这是基于法拉第杯（用于测量带电粒子入射强度的真空金属杯）的木卫二磁场扰动测量仪，主要目的是研究木卫二的冰层厚度，以及冰下海水的深度和盐度。

第七是一套雷达系统（REASON），用于精确测量木卫二冰层的厚度和形状，为将来可能使用的钻冰设备寻找最合适的工作地点。

第八是一台专门为研究行星表面物质成分而设计的质谱仪（MASPEX），用于分析木卫二的大气成分，以及可能收集到的羽流尘埃的化学组分，从而间接分析冰下海洋的化学性质。

第九是一台表面尘埃分析仪（SUDA），其目的是收集木卫二大气羽流中的尘埃，分析其化学成分，从中寻找生命的痕迹。

从以上这份简介可以看出，欧罗巴快船上携带的绝大部分科研设备都是用来研究木卫二的物理结构和化学性质的，这就是为什么NASA不止一次对媒体强调说，欧罗巴快船的三大任务：测量冰层的厚度，以及冰层和下方海洋之间的关系；分析冰层的化学成分，包括冰盖缝隙里渗出的红色无机盐的构成；构建木卫二的地质结构，确认冰下海洋确实和岩石接壤。

这三大任务都是关于环境的，NASA试图通过这三大任务确定木卫二是否具备诞生生命的外部条件。如果答案是肯定的，那就意味着生命宜居带的概念将会得到极大的扩展，宇宙中很可能存在无数颗有生命的星球，人类搜寻地外生命的努力必将在不远的将来得到丰厚的回报。

至于寻找生命，这并不是欧罗巴的主要任务，但如果条件合适的话肯定也会大胆一试。NASA之所以有这个底气，原因就是欧罗巴快船上携带的那台尘埃分析仪。这台仪器可以用来收集羽流中的尘埃，并用自带的质谱仪分析其成分。NASA科学家于2024年3月发表过一篇论文，证明如果羽流中存在细菌的话，用这台尘埃分析仪是可以检测出来的。

根据事先的设计，欧罗巴快船每次掠过木卫二时都会收集并分析几千颗羽流尘埃，如果其中有任何一粒尘埃上附着了从冰下海水中喷出来的细菌，这台仪器理论上就能够检测出来。当然，生命存在的确凿证据估计必须是通过水下机器人（cryobot）收集到含有大量微生物的海水，但要想做到这一点，NASA必须先设计出一台核动力的钻孔设备，在木卫二的冰层上打一个至少十几公里深的洞，这里面的技术含量是非常高的，而且可能要花好几年的时间才能打穿冰层。话虽如此，如果欧罗巴快船真的在木卫二的羽流尘埃中发现细菌存在的迹象，相信届时全世界的科学家将会动用一切力量去挑战这个艰巨的任务。

即使没有发现生命，欧罗巴快船也会为人类探索生命起源的努力做出决定性的贡献，因为这就意味着生命起源绝不仅仅只需要液态水和岩石，还需要一些别的东西。人类共同的心声

探寻生命起源是人类共同的心声，NASA非常希望把欧罗巴快船打造成一个属于全人类的科学项目，为此NASA模仿此前的先驱者号的金属铭牌和旅行者号的金唱片，为欧罗巴快船设计了一块直角三角形的金属板，上面携带了很多非常有意思的信息。

这块金属板是由金属钽制成的，厚1毫米，两个直角边分别为18厘米和28厘米长。这块金属板本身属于放射线防护罩的一部分，向外的那一面刻着用103种语言发出的“水”的声波图案，象征着这台探测器是从一个水世界向另一个充满水的星球带去的问候。

向内的一侧内容更多，包括一张木星系统示意图，以及美国著名天文学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）手写的德雷克公式，这组公式被认为是地外生命探索的理论基础。这一面还刻画了一个被称为“水坑”（water hole）的示意图，画的是氢原子和羟基的频谱线。氢原子是H，羟基是OH，合起来就是水的分子式（H2O），象征着生命诞生的关键因素。除此之外，这个“水坑”还可以指宇宙背景噪声中那个比较安静的频段，大致位于氢原子频谱的1420兆赫和羟基频谱的1660～1666兆赫之间。科学家相信这个频段是外星人最有可能用来联系其他外星人的频段，所以这张图还象征着智慧生命在宇宙间相互联系的密码。

“水坑”的旁边刻着罗纳德·格里利（Ronald Greeley）的头像，他是美国地外行星探索项目的奠基者，也是欧罗巴快船项目的前负责人，可惜他已经于2011年去世了，享年72岁。太空研究领域有很多像他这样的人，他们为探索宇宙奥秘贡献了自己的一生，但因为大部分项目的持续时间太长，没能看到结果就去世了。但我们不能忘记这些人的贡献，人类的知识宝库就是在这些人的努力下，一代一代地传承下来并发扬光大的。

不过，这一面最有意思的部分是美国桂冠诗人艾达·李蒙（Ada Limón）手写的一首诗，这是专门为木卫二创作的，NASA公布诗作的当天还向全世界征集支持者签名，结果收到了超过260万个签名。NASA把这些名字刻在了一个芯片上，并把这块芯片镶嵌在了金属版上。安装在“欧罗巴快船”上的直角三角形的金属板，这块金属板本身属于放射线防护罩的一部分，向外的那一面刻着用 103 种语言发出的“水”的声波图案（上）向内的一侧内容（下）更多，包括一张木星系统示意图，以及美国著名天文学家弗兰克 · 德雷克手写的德雷克公式

下面就是这首诗的英文原版，以及由ChatGPT翻译的中文版本：

In Praise of Mystery: A Poem for Europa

Arching under the night sky inky

with black expansiveness, we point

to the planets we know, we

pin quick wishes on stars. From earth,

we read the sky as if it is an unerring book

of the universe, expert and evident.

Still, there are mysteries below our sky:

the whale song, the songbird singing

its call in the bough of a wind-shaken tree.

We are creatures of constant awe,

curious at beauty, at leaf and blossom,

at grief and pleasure, sun and shadow.

And it is not darkness that unites us,

not the cold distance of space, but

the offering of water, each drop of rain,

each rivulet, each pulse, each vein.

O second moon, we, too, are made

of water, of vast and beckoning seas.

We, too, are made of wonders, of great

and ordinary loves, of small invisible worlds,

of a need to call out through the dark.

《赞美神秘：献给欧罗巴的诗》

在漆黑浩渺的夜空下弯曲延展，

我们指向那些我们熟知的行星，

在星星上迅速许下愿望。来自地球，

我们如同在阅读一本无误的宇宙之书，

专业而清晰。

然而，在我们天际下仍有许多神秘：

鲸鱼的歌声，风中摇曳的树枝上，

鸣唱的鸟儿发出它的呼唤。

我们是充满敬畏的生物，

对美景、对叶子与花朵、

对悲伤与快乐、阳光与阴影充满好奇。

但连接我们的不是黑暗，

不是太空那冰冷的距离，

而是水的馈赠，每一滴雨水，

每一条小溪，每一次脉动，每一条血管。

啊，第二颗月亮啊，我们也是由水构成，

由浩瀚且召唤着的海洋构成。

我们也是由奇迹构成，由伟大

而平凡的爱构成，由小而看不见的世界，

由在黑暗中呼唤的渴望构成。结语

木星的4颗卫星是伽利略于1610年首次观察到的，这是人类第一次意识到还有很多其他天体在围绕着别的星球转动，所以地球很可能不是宇宙的中心。从某种意义上说，这就是现代科学的开端。

如果欧罗巴快船能够在木卫二上发现生命存在的迹象，无疑将会再次彻底改变人类的世界观，让我们意识到生命也不是地球上特有的奇迹，而是宇宙中一个普遍存在的自然现象。届时的人类将会因为这个发现悟出怎样的道理呢？答案即将于2030年揭晓。

让我们拭目以待吧。 探测器欧罗巴快船