歐羅巴快艇號探測器飛臨木衛二的想象圖

歐羅巴快艇號探測器發射升空瞬間

導語

木星的衛星歐羅巴被認為是太陽系最有可能存在生命的天體之一，現在一艘探測器剛剛啟航，將前往探索這顆星球上潛在的生命宜居環境。

台北時間10月15日淩晨0時06分，在因颶風影響推遲發射多日後，美國國家航天局（NASA）的歐羅巴快艇（Europa Clipper）號探測器，搭乘SpaceX公司的獵鷹9重型火箭從美國佛羅裏達州的甘迺迪航天中心發射升空，前往木衛二歐羅巴，去尋找這顆木星衛星可能支持生命存在的環境。

作為NASA迄今制造的最大行星探測器， 「歐羅巴快艇」的重量高達約6噸，相當於一頭非洲大象的重量。 當它的太陽帆展開時，最大寬度達到約30.5公尺，比一個標準籃球場還要寬。而按照計劃， 它將在大約5年半後抵達木星系統， 開始對歐羅巴的探測。

「歐羅巴快艇」的太陽能帆板

冰殼下的深邃海洋

整個歐羅巴的地殼都是由厚達15至25公裏的冰層所構成，其下方鹹水海洋深邃無垠，深度可達60至150公裏，水量是地球海洋總和的兩倍之多。

自20世紀90年代末以來，種種跡象不斷證實這片海洋的存在，激發著人類對其奧秘的無盡遐想。為此，「歐羅巴快艇」號攜帶了九台精密儀器，用於探測這個海洋世界是否具備適合生命存在的宜居條件。

你可能要問

怎樣的環境才適合生命存在呢？

在目前已知的生命範疇內，一個地方若同時擁有液態水、能量來源以及含碳化合物（即有機物），便有可能成為生命的搖籃。

在地球上，水和有機物無處不在，而陽光則是驅動植物進行光合作用的能量源泉，為整個生物圈註入勃勃生機。然而，在歐羅巴幽暗深邃的鹹水海洋中，陽光無法穿透數百米的黑暗深淵，光合作用在此無從施展。這樣的環境中還可能適合生命存在嗎？

1977年，科學家們在太平洋海底一處火山熱點附近、近2500公尺深的海底世界中，見證了生命的另一種奇跡。他們驚訝地發現，這裏的深海熱液噴口周圍孕育著豐富的生態系，其中的生命並不依賴光合作用，而是依靠化能合成作用，即透過化學反應獲取能量。

這一發現徹底顛覆了科學家對生命宜居條件的傳統認知。 至此，科學家也意識到陽光並非生命存在的必要條件。

木衛二上兩種不同地形之間的過渡地帶

木星重力帶來的熱源

那麽歐羅巴厚厚的冰殼下方的海水又為何能保持液態呢？

這要得益於木星強大重力的摩擦加熱效應。 當歐羅巴在其軌域上執行時，其表面會受到木星的重力拉伸和松弛作用，從而產生熱量。

然而，要讓歐羅巴的海洋成為生命的宜居之地，還需要持續不斷的原料供應，以支持某種形式的化能合成作用。這些原料可能源自歐羅巴巖石海底的熱液噴口，也可能透過冰殼（即「海底天花板」）向下滲漏的物質提供。

遺憾的是，這些機制的具體運作方式尚不明朗，仍需科學家從不同角度收集更多數據來揭示其奧秘。不過，已經有越來越多的證據表明，歐羅巴表面有物質噴流進入太空。 如果這些物質確實來自海洋，那麽透過測量其成分，將有助於了解這片海洋的對於生命的宜居性。

歐羅巴快艇號探測器發射升空瞬間

曲折的探索之路

回望過去，對歐羅巴的探測任務至少可以追溯到20世紀90年代。NASA的「歐羅巴軌域器」計畫曾在2002年被取消，隨後雄心勃勃的「木星冰衛星軌域器」（Jimo）計劃也在2005年夭折。 然而，人類對歐羅巴的探索熱情並未因此熄滅。

2008年，NASA和歐洲航天局（ESA）共同提出了「歐羅巴-木星系統任務——拉普拉斯」（EJSM-Laplace），旨在向歐羅巴和蓋尼米得發射軌域器。盡管這兩個計畫在2011年相繼被取消，但隨後ESA的「木星冰衛星探測器」（Juice）和NASA的「歐羅巴快艇」相繼誕生，為人類探索歐羅巴的奧秘註入了新的活力。

Juice於2023年4月發射升空，預計將於2031年7月抵達目的地；而「歐羅巴快艇」則於10月10日踏上征程。這兩艘航天器將在木星系統中並肩作戰三年之久，有望最終實作與2008年EJSM-Laplace計劃相仿的宏偉藍圖。

迂回的太空之旅

不過，要飛往木星可沒那麽容易。 木星與地球都在各自的軌域上繞太陽運轉，兩者間的平均距離約為7.7億公裏，而航天器所能攜帶的燃料量有限。為了節省燃料，任務規劃人員計劃讓「歐羅巴快艇」先掠過火星，然後再掠過地球，利用這兩顆行星的重力作為「彈弓」，為探測器加速。

「歐羅巴快艇」前往木星的迂回路線

在經過5年半時間、29億公裏的飛行後，「歐羅巴快艇」將啟動發動機，於2030年4月進入木星軌域。當抵達木星時，探測器並不會直接繞歐羅巴執行，而是巧妙地環繞木星飛行。 這期間，它將飛越歐羅巴近50次，並逐步構建起木衛二的全球掃描圖。

在飛越過程中，探測器上搭載的磁場儀器將精準測定海洋的深度和鹽度；質譜儀則能夠「品嘗」噴流物質並分析其成分；地面穿透雷達將穿透冰殼探測水體的存在；紅外儀器將掃描表面以搜尋有機物質的蛛絲馬跡並進行熱成像。

九台科學儀器將為科學家全面揭示歐羅巴的海洋、地質結構以及當前活動狀態提供強有力的支持，從而確定木星冰冷衛星歐羅巴的地下是否存在可能支持生命的環境，這也是NASA此次任務的核心目標。

數十年來，行星科學家們一直堅信像歐羅巴的海洋世界可能是生命的潛在棲息地。雖然「歐羅巴快艇」無法直接探測到生命的存在， 但它標誌著人類首次專門對海洋世界進行深入研究並搜尋宜居跡象的壯舉。

如果未來能在歐羅巴上發現生命存在的任何跡象，那麽後續可能會發射著陸器進行更為深入的探測。而「快艇」在此次任務中收集的表面觀測數據對於規劃這一後續任務至關重要。

在這場尋覓外星生命的奇幻征途中，歐羅巴無疑是一個充滿神秘與希望的目的地。隨著「歐羅巴快艇」的揚帆起航，人類距離揭開宇宙生命之謎的真相又邁出了堅實的一步。

編譯：劉允

策劃：劉鯤 張超 普都

稽核：劉勇 中國科學院國家空間科學中心研究員、中國航天科普大使