木星的海洋衛星歐羅巴準備好近距離觀測

九月的最後一週對木星來說意義重大。9月26日，這顆行星完成了自1963年以來最接近地球的距離，讓全球天文愛好者欣喜不已。然後，在9月29日，美國宇航局的朱諾號探測器掠過木星的冰冷衛星歐羅巴——這是自2000年以來任何探測器最接近這顆天然衛星的一次。

這次飛越產生了木星第四大衛星冰冷表面的精美細節影像。除了影像外，朱諾號還收集了大量資料，科學家將在未來幾個月仔細研究這些資料，以尋找可能週期性地從地殼下隱藏的巨大咸水海洋中噴發出來的水柱跡象。但在許多方面，這次飛越只是即將到來的任務的預告片——特別是歐羅巴快船，它計劃於2024年發射，對這顆冰冷的衛星進行一系列近距離軌道遭遇，以尋找適宜居住性的跡象，甚至可能尋找生命本身。

朱諾號探測器與歐羅巴的相遇是快速而短暫的：探測器以每秒23公里的速度飛越歐羅巴，整個過程都在快速旋轉，因此它必須完美地定時拍攝照片。最終得到的影像——總共四張——提供了這顆遙遠世界雜亂無章、混亂表面的詳細肖像，其表面縱橫交錯著鋸齒狀的裂縫，並佈滿了隕石坑狀的自然凹陷——這很可能是這顆衛星獨特的不尋常地質活動的產物。

支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。

這次飛越尤其令人興奮，因為朱諾號從未打算研究歐羅巴，更不用說如此近距離地接近它；該探測器旨在研究木星本身。朱諾號於2011年發射，自2016年以來一直在木星附近執行，收集有關這顆行星的雲層、天氣、大氣特性和整體組成的資料——很大程度上是為了更好地闡明這顆氣態巨行星是如何形成的。在多年來幾乎完全專注於探測器對木星的研究之後，美國宇航局官員賦予了朱諾號新的生命，延長了任務以研究這顆行星的一些衛星。“去年我們飛越了木衛三，”朱諾號任務的首席研究員斯科特·博爾頓說。今年九月“我們飛越了歐羅巴。明年我們將飛越木衛一。”

木星共有80顆已知的衛星，但歐羅巴廣闊的海洋——據信比地球的海洋還要廣闊——使這顆衛星成為整個太陽系最令人著迷的研究目標之一。博爾頓說，這種著迷來自於一種“有點自我中心”的視角。

“海洋在這裡很重要，”他說。“所以如果我們發現任何海洋，也許它們一直對生命很重要。”當然，事實證明，生命可能在沒有海洋的情況下出現——甚至沒有一滴水。但博爾頓建議，如果我們僅僅在幾個行星之外就發現了一個潛在的液態海洋，那似乎肯定是一個好的開始尋找的地方。

“歐羅巴是我們在尋找適宜居住性和生命方面最有希望的世界之一，”朱諾號任務的專案科學家盧卡斯·帕加尼尼說。“因此，這些任務及其詳細研究是縮短歐羅巴僅僅是一個有希望的宜居世界與擁有確認其宜居性所需資料之間差距的關鍵。”

儘管人們對歐羅巴充滿熱情，但迄今為止，對這顆冰冷衛星的飛越次數卻寥寥無幾。外太陽系黑暗寒冷的深處需要數年才能到達，對於任何航天器來說都是一個具有挑戰性的環境——但那些冒險進入歐羅巴附近的航天器還必須應對包裹著這顆衛星的強烈輻射帶，該輻射帶是由捕獲在木星強大引力場中的帶電粒子產生的。除了以352公里距離掠過歐羅巴的朱諾號之外，唯一接近這顆衛星的探測器是美國宇航局的伽利略號——那還是二十多年前的事了。伽利略號在2000年以351公里的距離掠過歐羅巴，在此之前，在1997年以創紀錄的200公里距離飛越。

由於這些飛越如此不頻繁，關於歐羅巴的可用資料很少。天文學家可以並且確實經常遠端觀測這顆衛星，但近距離接觸具有不可否認的好處。例如，正是伽利略號的飛越提供了歐羅巴孕育全球液態海洋的最佳可用證據。探測器發現，這顆衛星以一種明顯的 telltale 方式扭曲了木星周圍的磁場，這表明地表下潛伏著某種導電流體。“產生這種磁訊號的最有可能的物質，”帕加尼尼說，“是一個全球性的鹹水海洋。”

朱諾號飛越歐羅巴能否帶來關於木星衛星的類似突破性發現？目前，現在說還為時過早；資料仍在分析中。朱諾號配備了九種不同的研究儀器，當航天器飛越歐羅巴時，它們收集了關於這顆衛星的磁場、引力場和幾乎不存在的稀薄氣體“大氣層”的資料。

朱諾號還配備了一種名為“微波輻射計”的工具。“我們實際上是為朱諾號發明的它，”博爾頓說。“它旨在能夠看到木星雲頂之下和深層大氣層，但是當你把它指向冰冷的天體時，它會看到不同深度的冰層內部。”除非冰層非常“純淨和清潔”，否則博爾頓說，這個工具可能無法深入到足以揭示全球海洋，但它應該能夠探測到更接近地表液態水的口袋。此外，關於歐羅巴冰殼結構的資訊本身也很有用。博爾頓認為，分析朱諾號的新資料可能需要數週或數月，並且還將對這顆衛星的輻射環境和軌道軌跡產生更精確的約束。

當結果出來後，朱諾號的歐羅巴飛越應該有助於科學家為未來專注於冰冷衛星而不是行星的任務做準備。其中一項任務是歐洲航天局的木星冰衛星探測器，簡稱 JUICE。它計劃於2023年發射，並於2031年到達木星。到達那裡後，JUICE 將研究三顆衛星：歐羅巴、木衛三和卡利斯托。緊隨其後的是一項更加以歐羅巴為中心的任務：美國宇航局的歐羅巴快船，它計劃於2024年發射，並於2030年到達目的地——比 JUICE 更快，這要歸功於強大的火箭和更直接的軌道。一旦到達這顆衛星，歐羅巴快船將至少進行49次近距離飛越——有些會俯衝到距表面50公里以內。

自然，歐羅巴快船團隊的許多成員都對看到22年來歐羅巴的第一批近距離照片感到興奮。“我迅速抓取了影像，開始擺弄它們，試圖弄清楚它們在表面上的位置，”歐羅巴快船任務的常駐科學家辛西婭·菲利普斯說。“我抓起了我的歐羅巴地球儀——幸運的是，我就在手邊——這樣我就可以開始根據它識別表面特徵了。”

菲利普斯對包含晝夜邊界或“晨昏線”的歐羅巴影像印象特別深刻，因為那裡的陰影更長，使得地形特徵更容易看到。“那裡有山脊，有槽溝，有凹坑——你知道，那裡發生著各種各樣的事情，”她說。菲利普斯說，這些特徵與伽利略號之前的飛越相比，如果有任何變化，都將表明歐羅巴表面持續存在構造活動，這有助於闡明這顆衛星地質的性質和隨時間的演變。

菲利普斯將歐羅巴的新影像比作見到一位老朋友。“他們換了新發型。他們年長了幾歲。但他們仍然是一樣的，”她說。

這些新影像不僅僅對歐羅巴快船團隊具有吸引力。當團隊規劃即將到來的任務時，它們也提供了切實的益處。

第一個明顯的益處是木星衛星的更新地圖。“我們將把這些新資料與伽利略號和旅行者號的資料結合起來，製作一張新的歐羅巴全球基礎地圖，”歐羅巴快船成像系統副首席研究員阿爾弗雷德·麥克尤恩說。“這就是我們將用來瞄準 [歐羅巴快船] 影像的東西，最初是這樣——但我們很快就會從快船本身獲得更好的資料。但早期，是的，[朱諾號的影像] 將會發揮作用。”

根據在這些影像中發現的內容，朱諾號的資料也可能幫助歐羅巴快船團隊找到在飛越期間值得關注的區域。作為一個關鍵的例子，“我認為每個人都會真正盯著這些照片尋找羽流，”菲利普斯說。從歐羅巴噴射出的水羽流，已在伽利略號的檔案資料以及望遠鏡觀測中初步探測到，這將暗示一條通往這顆衛星水下地下的捷徑，未來的航天器可以利用這條捷徑。據推測，這些羽流會週期性地發生，可能是木星週期性引力擠壓的結果，因為這顆衛星圍繞行星執行。

如果，在相當大的可能性相反的情況下，朱諾號的影像或其他資料確實揭示了歐羅巴某處羽流的跡象，歐羅巴快船可以去研究該區域，並且——如果時間和位置允許——甚至可以飛越類似間歇泉的噴發，以便收集歐羅巴的水樣本。菲利普斯說，這聽起來非常遙遠——直到人們回想起卡西尼號航天器在土星衛星土衛二上完美地執行了類似的特技，土衛二也蘊藏著地下水庫和噴發的羽流。歐羅巴的水樣本將允許研究人員尋找有機化合物——甚至可能是微生物生命本身。

博爾頓指出，朱諾號的主要目標是分析木星，幫助我們更好地瞭解行星的起源。但現在，透過飛越歐羅巴，該探測器最終可能有助於闡明另一種起源：生命的起源。“這些共同構成了一些你可以思考的最基本的問題，無論是在哲學上還是在宇宙學上，”他說。