NASA终于要出发探索木卫二了，那是一个冰冻的海洋星球

国家地理中文网

2024-10-21 22:00发布于北京国家地理中文网官方账号

全文3546字，阅读约需11分钟，帮我划重点

划重点

01美国国家航空航天局（NASA）的欧罗巴快船计划将于11月6日前发射，前往木星卫星木卫二进行探索。

02欧罗巴快船计划将用五年半的时间驶入木星系统，执行50次近天体探测飞行，以了解木卫二的地质、磁场和内部结构。

03除此之外，该计划还将测量木卫二的磁场与重力场，以助解决地外生命存在的可能性。

04木卫二表面覆盖着含碳有机物质的大型淡红色斑块，科学家们期待在这些斑块中发现生命迹象。

05欧罗巴快船计划将为我们带来迄今最详尽的木卫二地图，有助于增进对遥远恒星体系的冰洋星球的认识。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

图片


地球是一个奇迹
科技｜美国

将国家地理中文网设为星标方能收到正常推送

图片

美国国家航空航天局(NASA)的“欧罗巴快船”(Europa Clipper)计划飞往距离木卫二地表25千米的高处。图中，木星浮现在“欧罗巴快船”后方背景中。｜NASA/JPL-CALTECH

在过去一个世纪超过四分之一以上的时间里，科学家一直希望派遣机器、探索木星的卫星欧罗巴(Europa)——也就是木卫二。

如今，愿望终于要成真了：一架计划由SpaceX公司火箭搭载的航天器不日将从肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)发射升空，前往那颗寒冰星球。

受飓风“密尔顿”的影响，发射计划现已延迟，预计在11月6日之前择时完成。NASA欧罗巴快船计划(Europa Clipper mission)将用五年半的时间驶入木星系统，然后围绕那颗谜一般的卫星执行50次近天体探测飞行，探索它的诸多奥秘。

在科学家希望解答的众多顶级谜题中，木卫二是否宜居就是其中之一，具体来说，就是它是否拥有孕育我们所知的生命所需的水、能源和化学要素。

这个星球的大小与月球相当，但在它冰封的外表下，很可能还藏着广袤的海洋，其中包含的水分也许是地球上全部海洋加在一起的两倍。这让木卫二成了天体生物学家的重要目标——他们想知道，在地球之外，是否还存在其他生命。

在最初停留在轨道上的三年中，“欧罗巴快船”将带来前所未见的木卫二地表画面，收集有关其冰壳的动力学信息，并判断那里是否像土星的卫星恩克拉多斯(土卫二)一样，存在壮观的间歇泉喷发。

借助“快船”，研究人员将深入探查这个冰洋星球的内部运作情况。可能还有众多这样的天体存在于整个宇宙之中。

“在此之前，我们从未派遣过以冰洋星球为目标的航天任务，”NASA欧罗巴快船计划的项目科学家科特·尼尔伯(Curt Niebur)说，“有太多事情等待我们去发现，这将是非常奇妙的旅程。”

图片

“先驱者10号”探测器(Pioneer-10)是NASA对太阳系外行星的第一次探索。1973年，它飞越木星，为人类带来第一张木卫二的模糊掠影。｜NASA

图片

1979年，NASA的“旅行者2号”探测器(Voyager 2)拍下了这张木卫二的照片，展现了它结冰的表面上交错纵横的条痕。｜NASA

关于木卫二，我们了解什么？

1610年，意大利天文学家伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)发现了木卫二以及其他三颗兄弟卫星。当时，伽利略把望远镜对准了木星，结果看到，在这颗巨大的行星周围，还环绕着四个明亮的点。
人类对木卫二的首次近距离观察发生在1979年。这一年，NASA“旅行者2号”探测器快速飞越木星，拍摄了它的诸多卫星。“旅行者2号”拍下了木卫二表面的高分辨率图像，照片显示，木卫二上杂乱地布满长长的裂痕，陨石坑则相对较少，说明这片表面还很年轻，而且地质上很活跃。
1996年，NASA伽利略计划航天器经过木卫二，传回一些极不寻常的资料：这颗小巧的冰封卫星显然存在磁场；而磁场通常只出现在地球之类更大一些的天体上。
空间物理学家玛格丽特·基夫尔森(Margaret Kivelson)与同事的研究证明，如果木卫二的外壳之下有液态咸水构成的大型全球海洋，那么木星的磁场也会让木卫二产生磁场。
“每个人都表达了适度的怀疑，”尼尔伯说，“玛吉坐了下来，过了一遍她的假设、计算和逻辑，然后，这位惊才绝艳的女性成功让每一个人都信服了她的理论。”

图片

“伽利略号”航天器展现了木卫二表面的诱人景色：那里有圆丘、山脊与包含着有机物或碳分子的红色斑点。｜NASA/JPL/UNIVERSITY OF ARIZONA

图片


NASA朱诺计划主要关注木星，但在2022年经过这颗气态巨行星时，“朱诺号”探测器拍下了这张木卫二的照片。｜NASA/JPL-CALTECH/SWRI/MSSS/BJÖRN JÓNSSON

有史以来第一次，冰洋星球的存在得到了证实。该类目下目前已知的天体还有木卫二的兄弟卫星卡里斯托(Calisto，木卫四)和盖尼米得(Ganymede，木卫三)、土星的卫星恩克拉多斯(Enceladus，土卫二)和泰坦(Titan，土卫六)以及海王星的卫星特里同(Triton，海卫一)。

“伽利略号”航天器还显示，木卫二表面覆盖着含碳有机物质的大型淡红色斑块，后续观察还在这些红斑中找到了食盐，所有诱人的暗示都指向一种结果——木卫二冰封外表下，可能隐藏着宜居环境。

但我们对木卫二的了解仍然存在大片空白：它的冰霜外壳有多厚，是几千米，还是几万米？这颗卫星的地下海洋化学性质如何，这片海洋又有多深？海底存在能为生命带来能量的地热活动吗？木卫二外层的有机物能否为海底生物提供食物？

这些问题都为欧罗巴快船计划提供了驱动力。


“欧罗巴快船”是什么？

“欧罗巴快船”是NASA迄今为止建造的最大的行星探测器，它的太阳能电板有一个篮球场那么大。探测器上携带了一套最先进的仪器，一共九个；每一个仪器都会记录下从木卫二飞过时的数据。
“快船”本身将不会绕木卫二轨道飞行，因为木星的磁场太强——大约是我们地球磁场的2万倍，任何电子设备若在影响范围内停留太久，都会被磁场中的辐射烧毁(还可能让木卫二发出蓝色或绿色的光芒)。

相反，“快船”将在辐射中穿梭，时而降低到距离木卫二表面25千米的高度；整个过程里，“快船”会为木卫二95%的地表区域拍摄高分辨率照片。这些照片将为我们带来迄今最详尽的木卫二地图。



“快船”将如何调查木卫二？

美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的行星科学家凯瑟琳·沃克(Catherine Walker)说，目前拍摄到的木卫二的最佳图像，也只有十分有限的细节，这就好比要是有人从地球上空飞过，那么最繁华的曼哈顿在他眼中也不过是坐落在两片水域之间的一座岛屿。

但在成功发射“快船”号以后，“我们将能看见中央公园、每一条街道等等更具体的事物。”沃克说。此外，我们还将测量许多地形的高度。

这种程度的分辨率将帮助研究人员探索许多问题，例如木卫二的冰壳是怎样运动和分离的；是否存在相互滑动的部分，就像地球上的板块；还有可能最为重要的——在木卫二的外表面和内部的海洋之间，是否有“走廊”或“管道”相连？

图片

朱诺号”航天器的照相机拍下了这张木星南半球的照片，木卫一和木卫二分别出现在左侧与右侧背景中。｜NASA/JPL-CALTECH/SWRI/MSSS/ANDREA LUCK
“快船”将采用透冰雷达，穿过冻结的冰壳，直接窥探冰层最深处，寻找隐藏的液态湖——类似于南极洲深埋冰下的沃斯托克湖(Lake Vostok)。
这些地点可能是潜在的宜居带，因为与前往冰川下的海洋相比，星球表面富含能量的有机分子更容易抵达这里。
马里兰州劳雷尔市约翰斯·霍普斯金斯大学应用物理实验室(Johns Hopkins University Applied Physics Laborator)的天体生物学家凯特·克拉夫特(Kate Craft)说：“我们知道，生命偏好交界处，以及物质混合的地方。因此，假如冰壳中有这样的场所，就非常令人向往，我们会希望将来回到那里尝试取样。”
“快船”将使用一种名为光谱仪的设备，探索卫星表面桔红色的有机物中都含有什么。这类物质的来源可能有三种：它可能透过海底裂隙、从内部海洋中冒出来，也可能是简单化学物与木星强大磁场交互的结果，另外还可能是附近火山型卫星伊奥(Io，木卫一)喷发的碎片——它们飞入太空，落在了木卫二上。
“快船”还将在木星系统中与欧洲航天局(European Space Agency)的“果汁”探测器(Jupiter Icy Moons Explorer，即木星冰冻卫星探索者，缩写为“JUICE”)汇合。

果汁计划的主要内容是探索木卫三和木卫四，不过其探测器也会经过木卫二，为两方的航天器带来协同工作以解开这些星球谜团的机会。



木卫二的深处正在发生什么？

无人确切知道木卫二海底多岩地表的地质活动有多活跃。一些人猜测，那里可能和地球的海洋深处一样，高温的海底热泉冒着烟，为微生物、蟹类和蠕虫提供温暖而有活力的栖居地。
然而，近期研究模型给这种想法泼了一盆冷水——月亮与木卫二大小相近，基于月亮的岩壳强度和较低的构造活动水平，一些研究者质疑木卫二的海底会不会实际上极不活跃。
“如果我们是正确的，那么，木卫二海底可能不是地球上我们熟悉的那种热泉系统，它不会有大型蠕虫，也没有、温度极高的黑白‘烟囱’。”圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)的行星科学家保罗·伯恩(Paul Byrne)说。伯恩参与了新模型的设计。

他谨慎地补充说，这并非杜绝了木卫二有生命的可能，尤其是当我们考虑到地球上也存在一些能量较低的地方，在那里，水体与岩石的互动近似于海底地壳大裂缝中的情况，但很多微生物一样活得很好。

克拉夫特认为，研究者之间有这样的争论是一件好事，这就更加凸显了“快船”等计划的必要性。“快船”将在经过木卫二时，测量它的磁场与重力场，带来有关其内部构成的信息，以助解决种种争论。


涉及地外生命，这意味着什么？

虽然欧罗巴快船计划并不以生命探测为目标，但它将首次评估地外星球木卫二上能否承载生命。探索这个冰封的卫星，我们就能进一步了解土卫二和海卫一等类似的天体，还有望增进对遥远恒星体系的冰洋星球的认识。
尼尔伯指出，在我们太阳系中，仅存在一个类地海洋行星，那便是地球，但还有至少六个天体与木卫二相似。
尼尔伯说：“要是‘欧罗巴快船’证明冰洋星球能够养育生命，那么，事关宜居环境在宇宙中的普遍程度，该计划绝对会产生惊人的影响。”

撰文：Adam Mann
编译：绿酒‍
编辑：Arvin
版式设计：Arvin


点击下图订阅《华夏地理》杂志



点点👇，谢谢关注。

伸出小手


点赞和“在看”吧

查看原图 1K