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NASA將發射"歐羅巴快帆":主要研究木衛二的宜居性

2019-11-13 10:59:43  來源:科技日報

歐羅巴快帆(藝術構想圖)。圖片來源:NASA官網

本報記者劉霞

希臘神話中,歐羅巴是腓尼基的公主,美艷動人,艷壓群芳,深得眾神之王宙斯的寵愛。而在我們身處的龐大太陽系中,也有一個天體因為存在海洋,而成為科學家心中搜尋地外生命的“最愛”,這個天體就是木衛二,也被稱為“歐羅巴”(Europa)。

美國國家航空航天局(NASA)的科學家稱,如果有生命正在木衛二上黑暗、寒冷的海洋中暢游,那么該機構即將發射升空的“歐羅巴快帆”(EuropaClipper)探測器或許能將其逮個正著。

“庇護”外星生命的最佳選擇之一

木衛二在1610年被伽利略發現,是木星的第四大衛星,在伽利略發現的衛星中離木星第二近。它是一個溫和的世界,表面被冰層覆蓋,底層是一片海洋。

1995年—2003年,NASA的“伽利略”號探測器一直在圍繞木星的軌道飛行,對木衛二進行了有史以來最詳細的探測。現在,科學家已經知道,木衛二表面被一個厚厚的冰殼覆蓋,其厚度可能超過20公里;而巨大的冰殼之下,很可能存在一個全球性海洋,其深度可能高達80公里,這比地球上已知海洋的最深處馬里亞納海溝(最深處約11公里)還要深。

木衛二寬約3000公里,比月球小,但科學家們認為,其液態水的儲量是地球表面的兩倍。

此外,科學家們認為,木衛二的海洋會與這顆衛星的巖心“親密接觸”,因此,有可能引發各種有趣而復雜的化學反應。如此一來,木衛二被廣泛認為是太陽系內“庇護”外星生命的最佳選擇之一。其他地方還包括土星的衛星——土衛二和土衛六。土衛六表面上烴類海洋;且其地下可能也有液態水海洋。

主要研究木衛二的宜居性

為進一步揭示籠罩在木衛二頭上的“神秘面紗”,揭開人類在茫茫宇宙中是否是一個孤獨的存在這個千古謎題,NASA決定朝木衛二派遣“歐羅巴快帆”探測器。

據美國太空網此前報道,“歐羅巴快帆”定于本世紀20年代中期發射,旨在研究木衛二這顆冰冷衛星的地下海洋以及生命在此繁衍生息的潛力。但NASA稱,如果一切恰到好處,“歐羅巴快帆”有望給我們帶來更多驚喜。

NASA噴氣推進實驗室“歐羅巴快帆”項目科學家羅伯特·帕帕拉多在近日于華盛頓特區舉行的第70屆國際航天大會上說:“我們的地球是一個宜居星球,我們希望了解木衛二也是一個宜居星球嗎?”

帕帕拉多補充說:“我們的主要目的不是搜尋生命,但如果木衛二內部恰巧富含有機微生物,我們或許可以借助質譜儀發現生命的蛛絲馬跡。”

據悉,“歐羅巴快帆”由太陽能供電,總成本約40億美元,將圍繞木衛二運行至少3.5年,飛船搭載的9款儀器將會對木衛二表面和地表以下可能存在的海洋進行探測,以期了解其深度和成分。

這些儀器包括一個磁力計和一個雷達設備,科學家可借助它們詳細描述木衛二的海洋和冰殼的情況。此外,還有一款功能強大的相機,其將以0.5米/像素的分辨率拍攝照片,比“伽利略”號探測器拍攝的木衛二迄今最佳照片要清晰10倍。而質譜儀會確定樣品中離子(帶電的原子和分子)的質量,幫助科學家識別是什么離子。

探測器將在數十次飛掠木衛二的過程中收集這些樣本。研究小組希望這些樣品來自木衛二稀疏的大氣;來自這顆冰冷衛星表面飄出的水蒸氣和其他物質的羽流。科學家已多次發現這種羽流的證據,但它們的存在尚未得到證實。

帕帕拉多說:“在任務執行初期,我們將搜索羽流并試圖理解它們是否真的存在,厘清它們在哪里?它們是偶然出現的還是一直很活躍?”

他補充說:“也許航天器會偶然穿越羽流,或者,我們能略微調整航天器的軌道以使其穿越羽流。如果我們做到這一點,那么,質譜儀和灰塵檢測儀將能對這些羽流進行詳細采樣,以尋找有機材料并了解木衛二內部的詳細化學結構。”

當然,帕帕拉多也強調,如果木衛二上的羽流確實存在,它可能與從土衛二南極地區飄出的、已獲證實的羽流大相徑庭。土衛二的羽流由強大的間歇泉產生,這些間歇泉不斷將來自土星衛星地下海洋的物質拋射到太空中。而木衛二的物質可能來自其海洋;也可能來自這顆衛星冰殼內的液態水湖。

他強調,羽流采樣成功與否并不決定“歐羅巴快帆”任務的成敗,“這是一種獎勵,而不是任務所必需的,但我希望它會發生。”

有望借助商業火箭發射升空

“歐羅巴快帆”拍攝的照片除了可以揭露木衛二的一些特征外,也將為科學家進一步探索木衛二鋪平道路。

美國國會已指示NASA開發一款在木衛二上尋找生命的著陸器。NASA官員表示,“歐羅巴快帆”提供的數據將幫助研究人員確定著陸器著陸的最佳位置。不過,該著陸器目前還只是一個概念,尚未正式列入NASA的備案表內。

NASA一直打算讓“歐羅巴快帆”在2023年發射。國會也已通知該機構使用強大的太空發射系統(SLS)巨型火箭來完成發射任務,這將使探測器可以直接飛往木星并在飛行2.4年后到達那里。

但SLS仍在開發中,且經歷了多次延遲,成本也不斷上漲。此外,NASA計劃將最先研制出的SLS用于其“阿爾忒彌斯”(Artemis)月球探測計劃。因此,NASA監察長辦公室(OIG)最近總結說,供“歐羅巴快帆”使用的SLS火箭至少要等到2025年才能準備就緒。

因此,OIG建議,國會應該允許NASA使用商業公司研制的火箭來完成發射任務,這些火箭包括美國太空探索技術公司(SpaceX)的“獵鷹重型”運載火箭或聯合發射聯盟的“大力神5號重型”運載火箭。這些火箭的功能不如SLS的那么強大,因此,如果“歐羅巴快帆”借助這些商業火箭升空,那么,將借助“引力輔助”技術,總飛行時間預計需要6年。

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