據(jù)報(bào)道，在歷時(shí)20年的研發(fā)和“心碎”之后，對(duì)木衛(wèi)二的探索終于即將拉開(kāi)帷幕。這是否將成為我們?cè)谔?yáng)系中找到外星生命的最佳機(jī)會(huì)呢?

木衛(wèi)二是一顆冰封的星球，僅比月球稍小一點(diǎn)兒。從遠(yuǎn)處望去，木衛(wèi)二上仿佛鐫刻著許多暗色的條紋，就像幼兒的涂鴉一樣。而靠近了看，它們其實(shí)是冰面上長(zhǎng)長(zhǎng)的裂隙，有時(shí)可綿延數(shù)千公里。許多冰隙中充滿了一種未知的污染物，被科學(xué)家稱作“棕色漿糊”。除這些冰隙之外，其它地方則地形多變、崎嶇不平。

木星的巨大引力產(chǎn)生的潮汐力使木衛(wèi)二周期性地拉伸與擴(kuò)張。但木衛(wèi)二的地表之所以如此崎嶇多變，主要還是因?yàn)檫@層冰殼漂浮在液態(tài)水構(gòu)成的海洋之上。

“我們從此前的探索任務(wù)中得知，木衛(wèi)二冰殼下方存在液態(tài)水，因此木衛(wèi)二是最激動(dòng)人心的尋找地外生命目標(biāo)之一?！眰惗卮髮W(xué)學(xué)院馬拉德(Mullard)太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安德魯·科茨教授(Prof Andrew Coates)指出。

木衛(wèi)二的液態(tài)水可能深達(dá)地表下方80至170米，意味著木衛(wèi)二上的液態(tài)水儲(chǔ)量很可能是地球上全部海水總和的兩倍。

水對(duì)于生命至關(guān)重要，而除此之外，木衛(wèi)二海洋中也許還存在其它物質(zhì)，如微生物的能量來(lái)源等。不僅如此，這片地下?；蛟S還能通過(guò)多種途徑與地表相連，如從冰殼中冒出的、溫度較高的少量冰屑。因此，對(duì)木衛(wèi)二地表的探索或能幫助我們更好地了解其地下海狀況。

圖為木衛(wèi)二的分層結(jié)構(gòu)。

圖為伽利略號(hào)拍攝的四張木衛(wèi)二圖片?！　?/p>

目前，NASA正在籌備兩項(xiàng)木衛(wèi)二探索計(jì)劃，并在于休斯頓舉行的第48屆月球與行星科學(xué)大會(huì)上開(kāi)展了相關(guān)討論。

第一項(xiàng)任務(wù)名叫“木衛(wèi)二快艇”(Europa Clipper)，預(yù)計(jì)將于2022年啟動(dòng)。第二項(xiàng)任務(wù)則計(jì)劃登陸木衛(wèi)二表面，預(yù)計(jì)于幾年之后開(kāi)展。

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室“木衛(wèi)二快艇”項(xiàng)目科學(xué)家羅伯特·帕帕拉多博士(Dr Robert Pappalardo)表示：“我們正在探索木衛(wèi)二宜居的可能性，尋找水和能量來(lái)源等生命必備物質(zhì)。為達(dá)到這一目的，我們將分析地下海和冰殼的組成成分和地質(zhì)構(gòu)造。”

“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器將攜帶九臺(tái)設(shè)備，其中包括用來(lái)拍攝木衛(wèi)二表面的攝像機(jī)，用來(lái)分析其成分的質(zhì)譜儀，可穿透冰層尋找地下水、并對(duì)冰殼開(kāi)展三維測(cè)繪的雷達(dá)，以及用來(lái)分析海洋特征的磁力計(jì)。

不過(guò)，自從伽利略號(hào)探測(cè)器于上世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二存在地下海的證據(jù)以來(lái)，我們逐漸了解到，木衛(wèi)二并非獨(dú)一無(wú)二。

“在過(guò)去十年間，我們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系外層存在海洋的星球并不鮮見(jiàn)，這是行星探測(cè)界最重要的發(fā)現(xiàn)之一。”“木衛(wèi)二快艇”項(xiàng)目科學(xué)家科特·涅伯博士(Curt Niebur)指出。

例如，土衛(wèi)二南極就有冰屑從冰隙中噴出。

科學(xué)家計(jì)劃在2020年之后也對(duì)土衛(wèi)二開(kāi)展探測(cè)任務(wù)，但涅伯認(rèn)為木衛(wèi)二的價(jià)值更加突出：“木衛(wèi)二比土衛(wèi)二大得多，內(nèi)容也更加豐富，有更多的地質(zhì)活動(dòng)、更多的水、更大的儲(chǔ)水空間、更多熱量、更豐富的物質(zhì)、環(huán)境也更加穩(wěn)定。”

但最重要的是，木衛(wèi)二有著更理想的周邊環(huán)境。其軌道深入木衛(wèi)二強(qiáng)大的磁場(chǎng)中，因此能夠困住并加速宇宙粒子。這一過(guò)程中形成的高強(qiáng)輻射帶對(duì)于探測(cè)器的電子元件危害巨大，因此開(kāi)展任務(wù)的時(shí)間大大受限，僅能持續(xù)幾月、甚至幾周。這些輻射也對(duì)木衛(wèi)二地表造成了影響，促進(jìn)了氧化物的產(chǎn)生。而在地球上，氧化物與還原化合物間發(fā)生的氧化還原反應(yīng)恰好為生命提供了所需的能量。

“木衛(wèi)二快艇”號(hào)探測(cè)器或能確定木衛(wèi)二上是否存在生命?！?/p>

不過(guò)，木衛(wèi)二地表生成的氧化物只有進(jìn)入地下海、才能為微生物所用。好在使地下水上涌的對(duì)流過(guò)程也能將地表物質(zhì)帶入地下。進(jìn)入地下海之后，氧化物便可與海水和巖床反應(yīng)生成的還原物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

“這就像電池供電，陰陽(yáng)兩極都必不可少?！迸僚晾嘟忉尩?。

對(duì)于帕帕拉多等科學(xué)家而言，這些計(jì)劃中的任務(wù)意味著二十年來(lái)的夢(mèng)想即將實(shí)現(xiàn)。自從上世紀(jì)90年代探索木衛(wèi)二的概念誕生以來(lái)，科學(xué)家就不斷提出各種野心勃勃的提議，最終卻紛紛折戟。

美國(guó)和歐洲甚至曾計(jì)劃向木衛(wèi)二和木星最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三分別派遣探測(cè)器。但由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，這一計(jì)劃不得不取消。

“18年來(lái)，每次有人提出木衛(wèi)二探索計(jì)劃，我都默默祈禱，最終卻只能看著計(jì)劃流產(chǎn)?！笨铺亍つ硎??！斑@條道路無(wú)比漫長(zhǎng)，使我們屢屢心碎。”

雖然探索木衛(wèi)二的成本不會(huì)高出卡西尼號(hào)和好奇號(hào)探測(cè)器，但依然代價(jià)不菲。

科學(xué)家首先要解決機(jī)械挑戰(zhàn)，如儀器在木星輻射帶中的運(yùn)行問(wèn)題。探測(cè)器設(shè)備必須用鈦之類(lèi)的金屬隔離起來(lái)，但帕帕拉多博士指出，儀器不能被保護(hù)得太嚴(yán)密，否則就無(wú)法探測(cè)木衛(wèi)二。

因此為保障探測(cè)器安全，NASA不得不改變行動(dòng)路線?！拔覀?cè)菊J(rèn)為，既然伽利略號(hào)已經(jīng)飛掠了木衛(wèi)二，下一項(xiàng)任務(wù)自然是發(fā)射軌道探測(cè)器?！蹦硎?。但“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器為減少輻射，將采用圍繞木星飛行的方式，在三年半時(shí)間里，至少開(kāi)展45次近距離飛掠木衛(wèi)二行動(dòng)。“

“我們可以繞開(kāi)圍繞木衛(wèi)二飛行帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題，提高任務(wù)可行性，同時(shí)通過(guò)增加飛掠次數(shù)，取得同樣的探測(cè)結(jié)果?！眳⑴c該項(xiàng)目的科學(xué)家指出。

木衛(wèi)二附近的光照強(qiáng)度僅有地球上的30分之一。但NASA仍計(jì)劃采用太陽(yáng)能電池板為其供能，而不是其它太陽(yáng)系外層探測(cè)任務(wù)使用的放射性發(fā)電機(jī)。

“多年的研究工作使我們不得不拋卻之前的想法，沉湎于美好的夢(mèng)想，而是專(zhuān)注于現(xiàn)實(shí)，專(zhuān)注于最卓越的科學(xué)技術(shù)?！蹦f(shuō)道。

2011年，美國(guó)與歐洲的合作任務(wù)取消之后，國(guó)家研究委員會(huì)發(fā)布的一項(xiàng)報(bào)告重申了探索木衛(wèi)二的重要性。即便如此，經(jīng)費(fèi)問(wèn)題仍使NASA對(duì)此持謹(jǐn)慎態(tài)度。

但美國(guó)國(guó)會(huì)的支持改變了局面。對(duì)木衛(wèi)二的探索獲得了民主黨與共和黨的共同支持。共和黨國(guó)會(huì)議員約翰·科爾伯森(John Culberson)是眾議院撥款委員會(huì)的主席，NASA經(jīng)費(fèi)便在該機(jī)構(gòu)的管轄范圍之內(nèi)?，F(xiàn)年60歲的科爾伯森就讀高中時(shí)曾用自己購(gòu)買(mǎi)的望遠(yuǎn)鏡眺望過(guò)木衛(wèi)二，自此之后就一直對(duì)其神往不已。四年來(lái)，雖然NASA并未提出要求，但他領(lǐng)導(dǎo)的委員會(huì)不斷向參與木衛(wèi)二研究的科學(xué)家撥款。

有了慷慨的投資，“木衛(wèi)二快艇”技術(shù)問(wèn)題的解決速度很快超過(guò)了其它任務(wù)處在該階段(B階段)時(shí)的情況。登陸器仍處于研發(fā)早期階段(即早期A階段)，但針對(duì)該任務(wù)科學(xué)價(jià)值的報(bào)告已經(jīng)在月球與行星科學(xué)大會(huì)上進(jìn)行了討論。

該登陸器并未得到美國(guó)總統(tǒng)2018年預(yù)算撥款。但NASA行星科學(xué)部門(mén)主管吉姆·格林博士(Dr Jim Green)表示：“這項(xiàng)任務(wù)極其激動(dòng)人心，因?yàn)樗軓娜祟?lèi)難以到達(dá)的星球表面告訴我們，人類(lèi)還需開(kāi)展怎樣的研究?！?/p>

“我們還有很長(zhǎng)的路要走，必須勤勤懇懇，弄清我們需要進(jìn)行哪些測(cè)繪工作。未來(lái)獲得了足夠的資金之后，我們才能順利開(kāi)展下一步研究?！?/p>

二十年來(lái)，科學(xué)家提出了許多新穎的木衛(wèi)二登陸器設(shè)計(jì)方案，說(shuō)明登陸木衛(wèi)二將使我們收獲頗豐。馬拉德太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的格林特·瓊斯博士(Dr Geraint Jones)針對(duì)其中一種名叫“穿透器”的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

“這一技術(shù)還未實(shí)際采用過(guò)，但可行性很高。”瓊斯博士解釋道。該探測(cè)器將被衛(wèi)星彈射出來(lái)，“以每秒300米的高速重重砸向木衛(wèi)二表面，”從而使內(nèi)部冰層暴露在外，供儀器進(jìn)行分析。當(dāng)然，這些儀器經(jīng)過(guò)了特殊設(shè)計(jì)，能夠承受劇烈撞擊。

而NASA設(shè)計(jì)的登陸器將采用2012年好奇號(hào)登陸火星時(shí)運(yùn)用的“空中吊車(chē)”技術(shù)，緩慢降落在木衛(wèi)二表面。著陸時(shí)，登陸器將開(kāi)啟自動(dòng)著陸系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地面情況，避開(kāi)危險(xiǎn)因素。

“木衛(wèi)二快艇”探測(cè)器可從空中確定合適的著陸地點(diǎn)?！八梢詫ふ业叵滤嗟乇磔^近的區(qū)域，也許這些地方溫度較高、還存在有機(jī)物?！迸僚晾啾硎尽?/p>

該探測(cè)器將配備高敏儀器，還將配有一臺(tái)反旋鋸，用來(lái)鉆取木衛(wèi)二地表冰層下方的樣本。

“登陸器的目標(biāo)是獲取全新的研究樣本，這可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是挖至地下深處，二是尋找地表有噴射活動(dòng)的區(qū)域，因?yàn)檫@些地質(zhì)活動(dòng)會(huì)將新鮮的地下物質(zhì)帶到地表?！笨铺亍つf(shuō)道。

近年來(lái)，哈勃望遠(yuǎn)鏡在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二表面都觀測(cè)到過(guò)冰屑從地下噴出的現(xiàn)象。但這些噴發(fā)現(xiàn)象時(shí)間過(guò)于久遠(yuǎn)，將登陸器派往此處毫無(wú)意義，我們需要尋找更近期的噴發(fā)地點(diǎn)。

因此，科學(xué)家需要弄清這些間歇性的噴發(fā)現(xiàn)象究竟由何種因素控制?！澳拘l(wèi)二快艇”號(hào)探測(cè)器將確定它們是否與木衛(wèi)二地表溫度較高的熱點(diǎn)區(qū)域有關(guān)。

地球的海洋中生機(jī)盎然，因此我們可能很難想象木衛(wèi)二地下深達(dá)100公里、毫無(wú)生機(jī)的海洋是怎樣一番光景。而假如那里真的存在外星生命，我們真的能辨別出來(lái)嗎?

“此次登陸器任務(wù)的目標(biāo)不僅是探測(cè)到外星生命，還需要讓大家相信我們做到了這一點(diǎn)，”涅伯解釋道，“如果我們耗費(fèi)巨資、結(jié)果反而引發(fā)了巨大爭(zhēng)議，可不是什么好事?！?/p>

因此，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)用了兩天時(shí)間，專(zhuān)門(mén)說(shuō)明這一問(wèn)題。首先，任何探測(cè)結(jié)果都必須以通過(guò)直接測(cè)量得到的大量獨(dú)立證據(jù)為基礎(chǔ)。

“這件事不能一蹴而就。你不能開(kāi)展了一次測(cè)量之后就宣稱自己找到了外星生命，只有整體結(jié)果才能說(shuō)了算?！蹦赋?。

其次，科學(xué)家提出了對(duì)觀測(cè)結(jié)果的解讀框架。有些結(jié)果可能是正面的，有些則可能是負(fù)面的?！斑@一框架構(gòu)建了包含各種結(jié)果的決策樹(shù)。最終得到的結(jié)論要么是‘我們找到了外星生命’，要么是‘我們沒(méi)找到外星生命’”。

如今，該團(tuán)隊(duì)還在拭目以待，期待科學(xué)界被他們的計(jì)劃打動(dòng)。

科特·涅伯解釋道：“我希望相關(guān)探討能夠早日開(kāi)展，這樣等登陸器抵達(dá)木衛(wèi)二表面時(shí)，我們就可以專(zhuān)注于數(shù)據(jù)分析了?！?/p>