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我們對歐羅巴瞭解得越多,它就越有吸引力。伽利略·伽利萊在 1610 年發現了木星的四顆最大的衛星,在過去的幾個世紀裡,其中最小的衛星歐羅巴已經展現出自己可能是液態水的港灣——甚至可能是生命的港灣。上週,美國宇航局採取了試探性的步驟,向那裡發射機器人任務——行星科學家長期以來稱讚的目標。但是,探索歐羅巴面臨著一些嚴重的技術、財務和政治挑戰。
在過去的幾年裡,美國宇航局的行星科學預算大幅縮減,其剩餘資金的大部分都用於火星任務。儘管美國國家研究委員會的上次十年調查(行星科學中最緊迫目標概述)中高度重視歐羅巴的探索,但美國宇航局近年來並未要求任何資金用於規劃歐羅巴任務。然而,國會中的歐羅巴支持者已為此撥款,在 2013 年撥款 4300 萬美元,在 2014 年撥款 8000 萬美元。因此,任務的支持者上週看到白宮的 2015 年美國宇航局預算請求包括 1500 萬美元用於歐羅巴探索規劃,儘管該金額遠低於許多人所希望的。“如果說有什麼的話,我們很高興看到美國宇航局和白宮將其納入預算專案,並承認這是一個重要的目的地,”致力於太陽系科學和探索的非營利組織行星學會的倡導主任凱西·德雷爾說。該請求的規模——在 NASA 總預算請求 175 億美元中佔 1500 萬美元——是“非常少的資金”,但此舉的象徵意義重大,他說。“事實上,它在那裡是一個巨大的轉變,我認為其中很大一部分是那些羽狀物的發現。”
12 月,科學家們宣佈,哈勃太空望遠鏡發現了從歐羅巴表面噴射出來的水蒸氣間歇泉,很可能起源於月球冰層下存在的液態水海洋。這個理論上的海洋長期以來一直是人們希望歐羅巴可以容納微生物生命的關鍵,但科學家們認為需要一個著陸器鑽入冰層才能到達液態水進行取樣。然而,間歇泉可能會使水更容易獲得。“如果真是這樣,也許我們不必去海洋——海洋會來找我們,”位於加利福尼亞州莫菲特菲爾德的美國宇航局艾姆斯研究中心的宇宙生物學家克里斯·麥凱說。
間歇泉的發現可能是歐羅巴獲得“必須探索”地位的推動力。“最終驅使我們研究歐羅巴的重大問題是‘那裡是否存在生命?’”位於德克薩斯州聖安東尼奧市西南研究院(SwRI)的庫爾特·雷瑟福德說,他是水蒸氣羽流的共同發現者之一。“我認為我們大多數人都認為,在找到這個引人注目的問題的明確答案之前,需要兩到三個大型且昂貴的歐羅巴任務,包括未來的著陸器和深鑽裝置。”
傳送一個探測器穿過間歇泉會更便宜,但雷瑟福德警告說,不要完全圍繞羽流設計歐羅巴任務。一方面,水蒸氣似乎是隨時間變化的,科學家們還無法預測羽流何時會活躍。“在我們能夠在未來幾年透過額外的觀測更堅定地證實我們對歐羅巴水蒸氣羽流的發現之前,目前將任務專注於專門研究間歇泉似乎是不合適的,”雷瑟福德說。
歐羅巴也面臨著其他挑戰:月球位於木星強烈的輻射場內,這會用輻射轟擊航天器,從而損壞敏感的電子裝置。最好的解決方案是用厚厚的遮蔽層包住歐羅巴探測器,這將增加其重量,從而增加發射成本。木星系統也離地球很遠,可能至少需要六年的旅程,這增加了整個任務的時間和費用。“由於這些困難,歐羅巴計劃是一個複雜、昂貴、循序漸進的過程,”麥凱說。
研究人員多年來一直在研究歐羅巴任務概念。一項名為“歐羅巴軌道飛行器”的擬議美國宇航局任務,估計耗資 47 億美元,於 2002 年被取消。在令人失望之後,科學家們制定了一項成本降低的計劃,耗資約 20 億美元,稱為歐羅巴快船號,該計劃將環繞木星執行,並多次低空飛掠歐羅巴。近年來分配給美國宇航局的歐羅巴資金已用於推進該計劃。“快船號概念非常成熟,”德雷爾說。“他們基本上可以從今天開始執行這項任務。”
然而,在上次美國宇航局的預算公佈之後,該機構負責人查爾斯·博爾登表示,美國宇航局希望在歐羅巴任務上的總支出低於 10 億美元。這將使航天器進入被稱為“新前沿”的任務類別,這是一個比其更大的“旗艦任務”更便宜的類別。美國宇航局計劃釋出“資訊請求”,以徵求科學家關於在 10 億美元以下可以完成哪種型別的歐羅巴任務的想法。但有些人擔心這個價格點會使大多數主要的科學目標遙不可及。“沒有人真正考慮過你用最少的預算可以做什麼,”德雷爾補充道。
科學家們對歐羅巴任務的願望清單包括:描述其地下海洋的化學成分,瞭解海洋有多大,並確定包圍它的冰殼的厚度。“測量歐羅巴冰水殼的成分非常重要,”宣佈發現水間歇泉的論文的第一作者、SwRI 的洛倫茨·羅斯說。“飛越活躍的脫氣羽流並測量它們的成分”是另一個優先事項,羅斯補充道。新前沿任務能否實現所有這些目標還有待觀察。
歐羅巴在國會中有幾位支持者。眾議院撥款委員會成員、德克薩斯州眾議員約翰·庫爾伯森 (R) 一直帶頭將歐羅巴的資金納入該機構的預算中。庫爾伯森是負責美國宇航局預算的委員會的下一任主席,他可以在那裡發揮相當大的影響力來推動任務飛行。這對歐羅巴的支持者來說是個安慰的訊息,他們知道要到達木星這個神秘的衛星,需要政治上的善意、資金和技術訣竅的宇宙聯盟。然而,如果它真的發生了,回報可能不亞於在地球之外發現生命。