飞往木星的探测器
木星是太阳系中最大的行星，它是一颗气态巨行星，拥有95颗已被确认的卫星，其中4颗最大的卫星尤其吸引科学家的注意，它们是木卫一（Io）、木卫二（Europa）、木卫三（Ganymede）和木卫四（Callisto）。
这张合成图像从上到下显示了紧挨着木星的木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。（图/NASA）
木星的这几颗大型卫星极具研究价值。木卫一是太阳系中火山活动最活跃的天体；木卫二的冰层之下可能拥有液态海洋，具备生命所需的条件；木卫三是太阳系中最大的卫星，甚至比水星还大；木卫四的地表活动极少，几乎没有新的撞击坑。
那么，木星系统中可能存在生命吗？木卫二、木卫三和木卫四上拥有生命所必须得成分吗？现在，两个天文任务“冰质木卫探测器”（JUICE）和“木卫二快船”带着这个问题先后飞向了木星。它们将前往木星的那些最大的、可能存在海洋的卫星，联手解开太阳系中那些迷人而又令人费解的谜题。
海洋与磁场
2023年4月14日，欧洲空间局（ESA）发射了JUICE。据预计，JUICE将于2031年抵达木星的卫星，其任务是将木星及其最大的几颗卫星视为一个完整的系统进行研究，以此来探索在气态巨行星周围，那些有可能适合生命生存的环境是如何形成的。
冰质木卫探索器（JUICE）将经过8年的飞行才能抵达木星。（图/ESA/ATG medialab/NASA/JPL/University of Arizona/J. Nichols）
JUICE任务将重点关注木卫三，并且会绕行木卫三一段时间。有强有力的证据表明，木卫三拥有一个比地球上所有海洋加起来都要大的海洋。显然，在木卫三那看起来毫无生机的陨击坑表面之下，应该还隐藏着更多的东西。
除了研究海洋之外，JUICE的任务还包括了解木卫三的磁场起源。这颗比水星还大的卫星，是太阳系中唯一一颗能产生自身磁场的卫星，为更大的木星磁场增添了一个小磁泡。
木卫三和木星的磁场不断地与电磁场和粒子相互作用。这些电磁场以及粒子来自太阳、星际空间和木星的火山卫星——木卫一，木卫一能释放出大量的高能粒子，在木星系统中传播。
这些相互作用的副产物之一就是极光。木星的南北两极周围有极光，这一点与地球相似。而木卫三有一对极光带，它位于中纬度的炽热气体带。这些区域的位置能告诉我们有关于木卫三的内部情况——那里正是磁场产生的地方。
事实上，木卫三的极光是木卫三拥有地下海洋的关键证据。当木卫三的磁场被木星的巨大磁场来回晃动时，水中的离子就会产生自己的“感应”磁场，进而影响极光。
JUICE将在木卫三周围的轨道上进行观测，这使科学家有机会深入了解这颗卫星如何与木星及其强烈的磁场和辐射环境相互作用的。
时间与潮汐
2024年10月14日，美国航天局（NASA）的“木卫二快船”任务于美国东部时间12:06发射升空，开启了通往木星系统的漫长旅程。它将寻找在木卫二的冰壳之下，是否存在能够支持生命的海洋迹象。
木卫二快船绕木星运行的艺术构象图。（图/NASA/JPL-Caltech）
木卫二快船是NASA为探索另一个星球而建造的最大航天器。据预计，它将于2030年4月开始绕木星轨道运行，然后它将对木卫二进行49次近距离飞掠。
木卫二内部的温暖和木星的引潮力很可能维持着木卫二冰冷表面下的巨大的液态海洋。（图/NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll）
从2031年开始，木卫二快船将展开其科学任务。靠得最近时，它将潜入距卫星表面25千米的地方进行最详细的观测，收集有关木卫二的潜在宜居性的关键数据。
在太空中具有一个稳定的位置对于宜居性至关重要。因此，无论是JUICE还是木卫二快船都将关注这些大型卫星与木星之间的引力相互作用：木卫二快船将专注于木卫二，而JUICE将主要关注木卫三，同时也提供一些其他大型卫星的数据。
木卫一、木卫二和木卫三被锁定在一个轨道上，木卫三每绕木星一圈，木卫二就绕两圈、木卫三绕四圈。这种“共振”的结果是，它们会被来自木星的巨大潮汐力和彼此之间的巨大引潮力反复拉拽、挤压，这为它们内部的加热提供了能量，甚至能够使其底层保持液态。
处于最内层的木卫一非常热，火山活动非常活跃。由于温度过高，因此它无法容纳液态海洋的存在。而处于最外层的木卫四则不在这场“共振”中，不过它可能过去也曾一起共振。这些信息对理解这4颗卫星的演化至关重要。在JUICE和木卫二快船这两个航天器的帮助下，天文学家将可以拥有更多的数据来完善他们的模型。
独一无二的机会
木卫二快船的轨道是赤道轨道，而JUICE将在更高的倾角轨道上运行——二者能从两个不同位置跟踪时间和空间的变化，为更全方位地探索木星系统提供了绝佳的机会。
木卫二快船和JUICE绕木星系统运行的轨迹。（图/ESA）
此外，虽然这两个任务都不是专门为探测生命而设计的，但它们都将能够确定生命的成分是否存在于这些卫星之上，从而加深我们对太阳系及其他潜在宜居环境的理解。
前往木星的三次任务。（图/ESA (acknowledgement: work performed by ATG under contract to ESA)）
虽然JUICE和木卫二快船是独立的天文任务，它们有着各自的科学目标。但ESA和NASA的研究团队表示，他们将会定期碰面，以非正式合作的方式最大限度地提高这两个任务的科学收获。
#创作团队：
编译：不二北斗
排版：雯雯
#参考来源：
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Juice/Juice_and_Europa_Clipper_Dream_team_to_Jupiter
https://news.mit.edu/2024/qa-how-europa-clipper-will-set-cameras-icy-moon-1015
https://www.jpl.nasa.gov/news/liftoff-nasas-europa-clipper-sails-toward-ocean-moon-of-jupiter/
https://theconversation.com/jupiters-moons-hide-giant-subsurface-oceans-europa-clipper-is-one-of-2-missions-on-their-way-to-see-if-these-moons-could-support-life-203207#
图片来源：
封面图&首图：Enhanced image by Kevin M. Gill (CC-BY) based on images provided courtesy of NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
热门跟贴