木卫二快船是探测木星卫星是否适合生命存在的两项任务之一

本文最初发表于《对话》（The Conversation）。

2024 年 10 月 14 日，NASA 向木星的卫星发射了一艘名为“欧罗巴快船”的机器人航天器。快船将于 2030 年抵达冰封的木星卫星欧罗巴，并花费数年时间收集有关该卫星潜在宜居性的宝贵数据并将其发回地球。

Clipper 并不是唯一一个引起研究人员对木星及其卫星兴趣的任务。

2023 年 4 月 13 日，欧洲航天局发射了一枚火箭，搭载一艘前往木星的航天器。木星冰卫星探测器（JUICE）将于 2031 年抵达木星卫星后，在卫星上停留至少三年。

我是一名行星科学家，研究太阳系固体行星和卫星的结构和演化。

我和同事们期待获得木卫二快船和 JUICE 有望在 2030 年代发回地球的数据，原因有很多。但也许最令人兴奋的信息与水有关。木星的三颗卫星——木卫二、木卫三和木卫四——拥有巨大的地下液态水海洋，可以维持生命。

遇见木卫一、木卫二、木卫三和木卫四

木星有数十颗卫星。其中四颗尤其受到行星科学家的关注。

木卫一、木卫二、木卫三和木卫四与地球的月球一样，都是相对较大的球形复杂星球。美国宇航局此前的两次任务都曾将航天器送入木星系统轨道，并收集了这些卫星的数据。伽利略号任务于 1995 年至 2003 年绕木星运行，并在所有四颗大卫星上发现了地质情况。朱诺号任务至今仍在绕木星运行，为科学家提供了前所未有的视角，让他们了解木星的成分、结构和太空环境。

这些任务和其他观测表明，木卫一是四颗行星中距离主星最近的行星，其地质活动活跃，包括熔岩湖、火山喷发和构造形成的山脉。但它并不是大量水的所在地。

相比之下，木卫二、木卫三和木卫四则拥有冰雪地貌。木卫二的表面是一片冰冻的仙境，有着年轻而复杂的历史，可能包括板块构造和火山的冰冻类似物。木卫三是整个太阳系中最大的卫星，比水星还大，它有自己的磁场，由液态金属核心内部产生。与其他卫星相比，木卫四似乎有些惰性，但它却是一个宝贵的时间胶囊，记录着一个古老的过去，而这个过去在木卫二和木卫一的年轻表面上已无法找到。

最令人兴奋的是：木卫二、木卫三和木卫四几乎肯定都拥有地下液态水海洋。

海洋世界

木卫二、木卫三和木卫四的表面温度很低，低于零下几百度。在这种温度下，冰的表现与固体岩石一样。

但就像地球一样，这些卫星的地下越深，温度就越高。深入地下足够深的地方，最终会达到冰融化成水的温度。这些卫星的地下到底有多深，这是一个有争议的话题，科学家希望通过 JUICE 和欧罗巴快船来解决。虽然确切的深度仍不确定，但科学家们确信这些海洋是存在的。

这些海洋存在的最佳证据来自木星的磁场。盐水具有导电性。因此，当这些卫星穿过木星磁场时，它们会产生一个较小的次级磁场，向研究人员发出地下海洋存在的信号。利用这种技术，行星科学家已经能够证明这三颗卫星都含有地下海洋。而且这些海洋并不小——仅木卫二的海洋水量就可能是地球所有海洋水量的两倍多。

下一个显而易见且令人着迷的问题是这些海洋是否能支持外星生命。液态水是宜居世界的重要组成部分，但远非生命的唯一要求。除了水之外，生命还需要能量和某些化合物才能繁衍生息。由于这些海洋隐藏在数英里厚的固体冰层之下，因此无法进行阳光和光合作用。但其他来源可能可以提供所需的成分。

例如，在木卫二上，液态水海洋覆盖着岩石内部。岩石海底可以通过水下火山提供能量和化学物质，使木卫二的海洋适宜居住。但也有可能木卫二的海洋是一个贫瘠、不适宜居住的地方——科学家需要更多数据来回答这些问题。

ESA 和 NASA 即将执行的任务

欧罗巴快船和 JUICE 旨在为科学家提供有关木星卫星潜在宜居性的重大信息。虽然这两项任务都将收集多颗卫星的数据，但 JUICE 将花时间绕木卫三运行并聚焦木卫三，而欧罗巴快船将数十次近距离飞越木卫二。

两艘航天器都将携带一套专门用于探测海洋的科学仪器。机载雷达将使欧罗巴快船和 JUICE 能够探测卫星的外层固体冰层。雷达可以揭示冰层中任何微小的液态水囊，或者，就欧罗巴而言，它的外层冰层比木卫三和木卫四更薄，希望能够探测到更大的海洋。

两次任务中都将配备磁力仪。这些工具将使科学家有机会详细研究导电海洋与木星磁场相互作用产生的次生磁场，并有望为研究人员提供有关海洋盐度和体积的线索。

科学家还将通过追踪两艘航天器轨道的细微运动来观察卫星引力的细微变化，这有助于确定木卫二的海底是否有火山，从而为海洋提供维持生命所需的能量和化学物质。

最后，两艘飞船都将携带大量的摄像机和光传感器，提供前所未有的卫星冰表面地质和成分图像。

也许有一天，航天器能够钻穿木卫二、木卫三或木卫四上数英里厚的固体冰层，直接探索海洋。在此之前，来自木卫二快船和 JUICE 等航天器的观测是科学家了解这些海洋世界的最佳选择。

1609 年，伽利略发现了这些卫星，它们是已知的第一个直接绕着另一颗行星运行的天体。它们的发现为地球和人类位于宇宙中心的理论敲响了最后一根警钟。也许这些星球还为我们带来了另一个令人震惊的惊喜。

本文最初发表于 2023 年 4 月 10 日，现已更新有关 Europa Clipper 发射的详细信息。

披露：迈克尔·索里 (Michael Sori) 获得了 NASA 的资助。