4月13日,欧空局的木星冰月勘探器升空,将在多年后要点观测木星及其3颗严寒的卫星。这次勘探使命将凭借新技术、新规划,重视多个要点方针。尽管在发射后的中心器材穿透雷达呈现了打开问题,但经过一个月的“太空抢救”后,现已康复正常。
人类在1950年代进入航天年代后,探究更远的深空成为重要科研方向,尤其是勘探太阳系内最大的行星-木星。在把握行星引力助推技术后,可经过这个巨大的引力源,给飞掠的勘探器加快以到达能逃逸太阳系的速度。不然,以人类已有的火箭发射才干,很难直接赋予勘探器足够大的初始速度。
在这种布景下,在1970年代,先后有先驱者10号(1972)、先驱者11号(1973)、旅行者2号(1977)、旅行者1号(1977)飞掠了木星。这些勘探器所带着的图画记载设备,也为人类开始揭开了木星的奥秘面纱,尤其是对大红斑的近间隔观测。终究,在经过木星的强力引力助推后,它们都踏上了飞离太阳系的旅途。后来的尤利西斯号(1990)、卡西尼号(1997)、新视野号(2007)使命,也把飞掠木星作为确认使命轨迹的最重要中转站。
人类初次体系性研讨木星是盘绕木星的伽利略号(1989)。伽利略是闻名的意大利科学家,发现木星体系的四颗卫星便是他最重要功劳之一。尽管在发射后高增益天线呈现了严峻毛病、导致与地球的通讯才干一会儿就下降,但伽利略号仍是在8年内(1995-2003)完成了盘绕木星34圈的豪举,深入研讨了木星和卫星体系的结构、磁场和大气等。尤其是对欧罗巴等卫星的探究具有历史性含义,经过对磁性极点在不断移动的观测,科学家们开始构成了这些卫星在冰下具有巨大海洋的定论,也有了冰月的概念,这个观念被更多后续科研重复证明。正因如此,伽利略号使命完毕后,美国和欧洲都当即发动了对木星冰月的勘探计划。
在这些勘探计划施行之前,以罗马神话中“天神”朱庇特(木星的英文是Jupiter)的妻子命名的朱诺号在2011年先行一步、于2016年进入盘绕木星的轨迹。这颗勘探器的要点是全方位研讨木星,尤其是确认木星上各种气体份额、质量、引力场和磁场等细节问题,补偿伽利略号使命期间的各项缺乏,全方面进步人类对木星的认知,也为后续木星冰月勘探使命打下根底。
地球和太阳系内潜在的水资源比照图,甘尼米德和欧罗巴都超越地球(图源:NASA)
而刚发射的欧空局的木星冰月勘探器和美国国家航空航天局即将于2024年发射的“欧罗巴快船”,则一起将研讨要点放到了木星的各个冰月上。欧洲要点探究木卫三甘尼米德(终究完成盘绕),美国要点探究木卫二欧罗巴,二者都为巨大的冰月。仅以欧罗巴为例,它尽管比月球还小,但在15-25千米后的冰层下藏着一个或许深达150千米的巨大海洋,乃至大幅超越了地球上的悉数水资源。而它外表独特的红棕色裂缝和斑驳图画,也疑似是含硫化物和矿藏盐的物质。伽利略号和朱诺号,也证明了其内部仍然存在地质活动,加热海洋和冰层。而甘尼米德上的水,乃至有或许远超欧罗巴。
孕育生命需求三大元素:液态水、可构成有机物的化学元素、能量。这些物质,在木星的冰月上并非苛求,乃至有或许广泛存在,或许能够孕育出在极点环境下生计的微生物。因而,两大航天实力一起展开冰月勘探使命,并非是偶然。
不过,关于悠远行星勘探使命的能源供应始终是个大问题。在木星邻近,太阳的单位体积内的包含的能量骤降到地球邻近的约4%,而冰月勘探器持续沿袭长辈朱诺号堆集的名贵经历,将应战使用太阳能保持科学仪器作业。在使命期间,或许有时机成为使用太阳能作业最远的人类航天器。
之所以挑选甘尼米德作为首要勘探方针,还因为它真实十分特别。它是太阳系中最大的卫星,也是已知的仅有一颗具有磁圈的卫星,存在淡薄的含氧大气层,疑似具有电离层。它的内部结构也较为杂乱,一方面应该存在含铁的活动内核以激起磁场,另一方面也有很多的冰层和海洋结构掩盖全球,真实是太奥秘了。因而,冰月勘探器的中心科研载荷都环绕甘尼米德规划。穿透雷达可穿越冰层数千米,探究冰层结构和水的痕迹;激光高度计,可勘探潮汐形变和地势地貌,提醒天体内部活动;此外,还可具体研讨甘尼米德的重力场、磁场和电离层结构,为它体系性树立一份“身段档案”。在使命期间,它还会重复飞掠欧罗巴和卡利斯托(木卫四),寻觅有机分子存在的痕迹。
不过,冰月勘探器仍是要面临一个巨大的应战,这便是间隔。受限于火箭发射才干,它有必要重复依托金星和地球的引力助推才干飞向木星,耗时长达7年,在2030年才干抵达木星邻近,真实履行研讨使命的时刻仅有3年。它的竞争对手“欧罗巴快船”原计划经过重型火箭“太空发射体系”发射,能够不凭借引力助推直接飞向木星,将飞翔时刻压缩到1-2年,不仅能提前到木星抢占科研高地、还能大幅度的进步研讨时刻区间。不过最终因为昂扬的发射报价和火箭排期问题,不得不退而求其次,挑选了猎鹰重型火箭和行星助推结合的计划。
关于外围行星的勘探,火箭的运载才干仍然是个约束瓶颈。未来重型火箭才干的进步,将会让这一切大幅改观。
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