欧航局花10亿欧元的“果汁”计划,为何先于中美实施?

生态环境捍卫者 2024-05-07 19:20:17

木星是太阳系内除了太阳之外,体积和质量最大的天体。太阳的总质量占据了整个太阳系的99.86%,剩余的质量有一大半都集中到了木星“身上”。

由于处在太阳系行星轨道较外的区域,木星凭借着它超强的引力,将来自太阳系外围以及外太阳系的大量行星、彗星吸引到她的“怀抱”,从而为太阳系内部的行星,包括生命摇篮-地球营造了一道天然的屏障。所以,人们亲切地称呼木星为“地球生命的守护神”。

为了近距离地探索木星,从上世纪70年代开始,以美国为首的航天大国,发射了多颗探测器,其中包括一些飞掠探测器,比如先锋10号、先锋11号、旅行者1号和2号探测器,这4个探测器目标,并非是专门为了探测木星,而是有别的任务或者木星探测只是其中的一项任务而已。

到1989年的时候,美国又发射了第一颗专门探测木星的探测器-伽利略号。进入新世纪以后,在2011年美国又发射了朱诺号探测器,对木星探测进入到了一个全新的阶段。

通过这些探测器,人们对木星这颗“巨无霸”行星的质量、体积、大气层、可能的结构、表面温度以及磁场等均有了全新的认知,并且通过探测器对围绕木星运行的一些重点卫星开展了近距离探测,其中研究最多的当属木卫二,这是一颗表面能清晰看到存在冰层破裂的卫星,通过这一点,科学家们预测木卫二以及其它一些卫星内部,或许存在着巨大液态海洋。而这些能支撑生命存在的潜在特征,成为今后人们对木星及其卫星探测的重点。

当然,能够发射木星探测器,实在是一项规模宏大、耗资巨大、难度极高的系统性工程,截至目前也只有美国做过若干次。随着全球深空探测技术的飞速发展,很多国家和国际组织,也纷纷将目光瞄向了木星,如果能发射木星探测器,并且取得全新的重要研究成果,那么无疑会极大提升在国际上的影响力。特别是在当前的形势下,在深空探测领域,形成了以美国、俄罗斯、欧航局和中国在内的“四梁”支撑局面,每一方都跃跃欲试。

比如,我国在《2016-2030年空间科学规划研究报告》中,已经提出在完成火星第二次探测并完成取土返回之后,再计划实施木星探测这一宏伟计划,重点研究木星的磁层结构、木卫二的大气模型以及木卫二表面冰层结构探测等。同时国家航天局也发布了中国深空探测任务规划,将对木星的探测提到了重要的议事日程。

美国当然也想继续巩固自己在深空探测方面的优势,正在筹备实施“欧罗巴快船”任务,预计今年年底前正式执行。该任务是在原有探测木星及其重点卫星的基础上,将目标再次聚焦,瞄准此前已经做过初步探测的木卫二(即欧罗巴卫星),重点探测木卫二是否具备生命体生存的条件,同时着力寻找上面是否存在生命的痕迹。

欧航局作为传统的“航天巨头”,自然也不甘心在木星探测上落后,他们从2013年起就开始酝酿木星探测工程,后来将这一探测工程命名为JUICE(果汁)计划。在火星探测这个计划受阻延期之后,欧航局将“2015-2025宇宙愿景”的首个大型任务,寄托在了“果汁”计划之上,并加快了推进力度,前后已经投入了10亿欧元。

2023年4月,“木星冰卫星探测器(JUICE)终于搭乘阿丽亚娜5型火箭,从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空预计将于2031年前将探测器送到木星轨道。从时间线上看,要比中国和美国的都要靠前。

“果汁”计划的核心内容,包括5个优先的领域,分别是木星湍流的大气层、以及木星的4个重要的卫星(“伽利略卫星”),分别是火山活动依然活跃的木卫一“伊奥”,表面多冰的木卫二“欧罗巴”,表面多岩石和冰混合体的木卫三“盖尼米得”以及木卫四“卡利斯托”。而之前普遍认为冰壳下面隐藏着液态海洋的三颗卫星(木卫二、木卫三和卡利斯托),将成为“果汁”计划的重点关注对象。

该计划实施的路线是这样的,先是飞到木星的环绕轨道,对木星的大气层和磁场进行连续观测,同时研究木星和它的4个伽利略卫星的引力作用环境,这是贯穿整个探测任务的主线。在此期间,探测器将根据它穿梭在木星及其卫星之间的情况,适时调整观测角度。

先造访太阳系内陨石最多的木卫四(卡利斯托),然后两次飞越木卫二,对木卫二上喷发的“羽流”、表面的成分和化学性质等进行探测,同时应用探冰雷达在月球浅层地下寻找液态水,并且探测冰壳以及液态海洋的厚度。此后再进入木卫三的轨道,来探测和分析其多冰地表以及地下海洋的内部结构。

据初步测算,木卫二、木卫三和木卫四内部所储存的液态水总量,可以达到地球海洋所含水量的6倍以上,至于这些卫星内部的液态水,到底是咸水、淡水,还是其它液体,届时肯定会有所定论。如果这些卫星内部含有的真是液态的水资源,那么无疑会对以往科学家们认为的太阳系存在生命的宜居条件,有一个翻天覆地的变化。

有意思的是,木卫的这三个卫星,表面形态都有极大的不同,既有古老、黑暗、严重的坑坑洼洼,也有地质活动非常活跃的“年轻”证据。后续无论是欧航局的“果汁”探测,还是美国和我国实施的木星探测,无疑都会为我们全新地呈现木星这些卫星形成和演化的轨迹,是否经历过地质构造或火山作用的塑造,以及是否会有生命的奇迹出现。

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