NASA的欧罗巴快帆探测器将揭示欧罗巴是否宜居

水。能量。化学。欧罗巴拥有所有必需的生命要素。与火星或其他潜在宜居的世界不同，木星的冰冷卫星不仅拥有少量水——它拥有比地球海洋加起来还要多两倍的液态水。

尽管欧罗巴位于深空，但由于木星巨大的引力加热了它的核心，这个卫星并不会完全冻结。作为太阳系中质量最大的行星，木星不断地拉扯着欧罗巴，产生潮汐，并可能形成允许生命化学物质在卫星冰壳下方混合的热液喷口。

所有这些水、热量和混合物使欧罗巴成为我们太阳系中最有可能发现外星生命的地方之一。这也是为什么NASA正在建造一项名为欧罗巴快帆的专门任务来探索这个海洋世界。

欧罗巴快帆任务的主要目标是弄清楚这颗卫星是否真的宜居。而且，在短短几年内，大约在2023年，这艘航天器将准备好发射。因此，不到十年后，取决于航天局最终选择的火箭，欧罗巴快帆应该就能抵达目的地。

一旦到达那里，航天器的仪器将搜寻欧罗巴的表面并“品尝”其稀薄的大气，寻找近期喷发水的迹象。尽管从未登陆其表面，该任务还应揭示该卫星冰壳和水下内部的秘密。

这些发现对于采取下一步行动至关重要：将航天器登陆欧罗巴。

“欧罗巴快帆任务将为增进我们对地球以外宜居环境的理解迈出重要一步，”NASA的Samuel Howell和Robert Pappalardo（均为欧罗巴快帆团队成员）在今年早些时候发表于《自然·通讯》杂志的文章中写道。

推动欧罗巴任务

1979年7月，NASA的旅行者2号探测器传回了木星及其卫星的首批近距离图像。这次短暂的飞掠足以令天文学家兴奋不已。探测器模糊的图像显示欧罗巴覆盖着年轻的冰壳，但要等到十多年后，另一艘航天器才访问了这个迷人的卫星。

NASA的伽利略号探测器，一个于1989年发射的绕木星轨道运行的卫星，提供了后续观测。但由于天线故障，伽利略号的运行并不完全如预期。它只收集了有限的数据，对欧罗巴进行了大约十几次近距离飞掠。

尽管如此，伽利略号发现欧罗巴有一个感应磁场，这使得他们探测到了其全球性的咸水海洋。这些一瞥也展示了该卫星复杂的地理特征，包括对其破裂和混乱表面的详细观察。作为最后一次近距离详细研究欧罗巴的任务，科学家们至今仍依赖伽利略号三十年前的数据来取得突破。

事实上，在2018年发表于《自然天文学》的一篇论文中，研究人员利用伽利略号的旧数据发现了欧罗巴冰水羽流喷发的最佳证据。研究团队查看了该卫星磁场和等离子体的变化，并追溯了航天器观测到它们的位置。事实证明，观测聚焦于一个先前就怀疑有地热从欧罗巴内部涌出的区域。

尽管欧罗巴的近距离数据有限，天文学家们已经能够从大约4亿英里（约6.4亿公里）的距离取得一些新发现。NASA的哈勃太空望远镜多次发现了欧罗巴海洋喷出的水羽迹象，这些水通过冰壳喷射到寒冷的太空。

同时，模型表明欧罗巴也可能隐藏着与地球上支持整个深海生态系统的热液喷口相似的结构。一些研究甚至暗示，该卫星的海洋可能具有类似地球的化学平衡，即使没有热液喷口也能支持生命。

所有这些结果只让天文学家们更加渴望重返欧罗巴。

建造欧罗巴快帆

很快，他们将有机会。去年，NASA正式宣布欧罗巴快帆将进入其最终设计阶段，这是实际建造和测试开始前的最后一步。如果一切就绪，它甚至可能在2024年发射。

该任务的核心目标是探明欧罗巴是否存在生命存在的条件。为此，航天器将以长而弯曲的轨道绕木星运行，允许对这颗冰冷的卫星进行45次飞掠。一些飞掠将使航天器接近欧罗巴冰冷表面仅16英里（25公里）的距离。

如此宏大的轨道也对任务获得资助起到了关键作用。过去，科学家曾提出过绕欧罗巴轨道运行的探测器。但在欧罗巴的距离上，木星会发出强烈的辐射。一个绕欧罗巴运行的航天器需要严密的防护才能忍受这种严酷环境的长期暴露。提供这种保护的成本过高。因此，在几次任务提案失败后，工程师们终于想出了探索欧罗巴的替代方案。通过依赖围绕木星的长椭圆轨道，快帆任务限制了其暴露在辐射中的时间，这有助于降低成本。

尽管与绕卫星运行相比，对欧罗巴表面的观测次数较少，但航天器进行的科学研究仍将是改变游戏规则的。

欧罗巴快帆拥有九种仪器，包括提供详细表面图像的高分辨率相机，以及能够让天文学家估算欧罗巴冰壳厚度的探冰雷达。引力计将证实欧罗巴海洋的存在以及其他细节，而光谱仪将允许科学家们区分卫星上特定类型冰的化学指纹，揭示从下方海洋喷到表面的元素组合。该任务还将携带一台磁力计。通过研究该卫星的磁场，天文学家希望更好地了解欧罗巴海洋的深度和盐度。

总而言之，欧罗巴快帆的仪器组合应该会彻底改变我们对这个海洋卫星的理解——不仅是外部，也包括内部。

该任务最大的遗留问题是如何精确抵达目标。根据依赖哪种火箭，欧罗巴快帆在发射后2.5到6年之间可能抵达木星附近。

当美国国会辩论欧罗巴快帆时，立法者们通过要求航天器搭载NASA长期延误且备受批评的太空发射系统，争取到了关键的支持票。该火箭在阿拉巴马州建造，为某些参议员和国会议员的选区提供了就业机会。但经过多年的延误，它仍然从未飞行过。NASA自己也建议不要使用该火箭，因为它比SpaceX猎鹰重型和联合发射联盟的Delta IV火箭等其他选择昂贵得多。

此外，正如《SpaceNews》网站报道的那样，由于预算超支，欧罗巴快帆已经不得不做出成本削减决定。因此，最终，要按时按预算将欧罗巴快帆送上发射台，可能需要新的立法。

为欧罗巴着陆器奠定基础

欧罗巴快帆的运载火箭并非国会唯一强制规定的选择。航天局还被要求稍后向欧罗巴发送着陆器，这是它一直以来不愿承诺的事情。

“NASA是一个庞大的官僚机构。让他们行动或做事很困难，所以我必须将其写进法律，”德克萨斯州前国会议员John Culberson于2015年告诉《Astronomy》杂志。“事实上，[这是]唯一一个NASA不准不飞的任务。我为此确保了这一点。”

毫无疑问，欧罗巴的地下海洋是它最有趣的特征。如果这颗星球上有生命，很可能就在地表之下。但要到达那里并不容易。过去，科学家们曾提出过让登陆探测器融化数英里厚的冰层并部署潜艇来探索广阔的海洋。

然而，发送着陆器将是昂贵且技术上具有挑战性的。更重要的是，尽管NASA付出了巨大的努力来避免，但航天器可能会携带地球生命体，从而损害任何数据，并可能将入侵性微生物带入一个原始的外星环境。

这也是为什么尽管有法律要求，NASA仍未正式制定建造欧罗巴着陆器的计划。然而，科学界此后提出了许多潜在的方案来探索欧罗巴的表面及其下方的海洋。

与此同时，欧罗巴快帆将依靠其他方式来测量该卫星水的成分，并标记出它与地表发生相互作用的地方。这项工作应该为未来的探索铺平道路。一旦天文学家们更好地了解这颗冰冷卫星的内部运作，他们就能选择最佳的地点进行窥探，寻找生命的迹象。

“我们为什么要跋涉如此遥远，却不回答最重要的问题：另一个星球上是否有生命？”Culberson说道。“好吧，回答它的唯一方法是使用着陆器，这也是科学界的共识。我坚信他们是正确的。”