從佛羅里達州肯尼迪航天中心的發射臺升空，周圍環繞著繁茂的溼地，可以眺望波濤洶湧的大西洋海岸，一項旨在探索另一個水世界的任務於 2024 年 10 月 14 日在晴朗的藍天下升空。在 SpaceX 火焰噴射的“獵鷹重型”火箭的幫助下，NASA 的 “歐羅巴快船”號 探測器擺脫了我們世界的引力束縛，現在正駛向木星系統。
它的目標：歐羅巴，一顆冰封的衛星，它可能是人類在太陽系以外尋找生命的最佳機會。歐羅巴的內部可能存在一個覆蓋整個衛星的鹹海，其中可能包含創造和孕育我們所知的生命所需的所有要素：能量、化學物質和水。據認為，歐羅巴隱藏的海洋所含的水量比地球上所有海洋的總和還要多。
幾十年來，這顆衛星 一直吸引著對外星生命感興趣的太空科學家。但向外星海洋派遣探測器既不是一件容易的事，也不是能讓急躁的人完成的事。前往外太陽系的航行可能需要很長時間才能實現，以至於許多投身於這些專案的科學家知道他們可能看不到任務的結束。
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在這張來自 NASA“伽利略”號探測器的彩色合成圖中，歐羅巴上縱橫交錯著長長的、蜿蜒的裂縫和山脊，暗示著更深層的地質活動已經使這顆冰冷衛星的表面破裂和混亂。
NASA/JPL-Caltech/SETI 研究所
NASA 噴氣推進實驗室 (JPL) 主任 勞裡·萊辛 在發射前簡報會上說：“我經常把這些任務比作現代大教堂——它們是世代相傳的探索。”噴氣推進實驗室領導了“歐羅巴快船”號的建造。“我真的為我們人類選擇承擔這些艱鉅而長期的目標感到自豪，比如探索木星以外的未知世界。”
“快船”號的發射是在經過 20 多年的艱苦準備之後進行的，這只是這項耗資 52 億美元的任務故事的下半場的第一步。它前往外太陽系的旅程，在地球和火星的引力助推下加速，將覆蓋 18 億英里，耗時約六年才能完成。一旦它在 2030 年抵達木星港，探測器將環繞這顆巨大而風暴肆虐的行星執行，規劃一條將在四年內 49 次飛掠歐羅巴的航線。
木星和外太陽系其他世界在微弱的陽光照射下，是神秘的領域。“快船”號任務標誌著一個新時代的曙光，在這個時代，該區域的地下海洋將變得更加清晰。科學家們現在不僅將目光投向歐羅巴，還投向其他富含海洋的冰冷衛星，例如土星的 “泰坦” 和 “恩克拉多斯”——它們中的每一個今天都可能適合居住（並且有人居住）。
JPL 的 羅伯特·帕帕拉爾多 是“歐羅巴快船”號的專案科學家，他說：“這是一種探索全新型別天體——海洋世界——的趨勢，幾十年前我們還沒有意識到它們的存在。”“我們將深入探索這種型別的世界，這種型別的世界可能是生命最常見的棲息地，不僅在我們的太陽系中，而且在銀河系中也是如此。”
探測器火箭助推器上的攝像頭（右）在探測器開始其多年的星際旅程之前，最後一次拍攝了 NASA 的“歐羅巴快船”號（左）。
NASA TV/SpaceX
如果我們的太陽系可以作為參考，這些小的冰衛星 的數量遠遠超過行星，它們可能會改變我們對生命可能在哪裡繁榮發展的看法。“快船”號的目標是瞭解歐羅巴是否真的是一個宜居的世界——證實，正如幾乎每位太空科學家 已經確信的那樣，海洋確實隱藏在衛星的地殼之下，在那裡，它可能已經醞釀了數十億年的生物學原始成分。任務人員懷疑他們會找到一個適宜生命生存的海洋，但在探測器到達並開展工作之前，沒有人能確定。
憑藉其 九臺機載儀器，“快船”號還將研究歐羅巴的超凡脫俗的化學成分，繪製衛星冰冷、混亂表面的詳細地圖，尋找飄入太空的神秘水蒸氣羽流，並使用穿冰雷達在冰凍外殼內尋找湖泊。也就是說，如果其加固的電子裝置——在最近的意外事件中被證明比預期的更容易受到木星輻射的破壞——能夠經受住等待著的衝擊的話。
約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的 伊麗莎白·“齊比”·特託 說：“像‘快船’號這樣的任務建立在以前工作的基礎上。”特托領導著探測器的一個相機團隊。特託還領導著 “蜻蜓”號任務，該任務計劃最早於 2028 年發射以探索泰坦。“我們非常幸運在外太陽系擁有如此多樣化的世界，能夠為我們提供如此多的關於具有海洋的這類行星天體可能發生的各種演化的資訊。”
外星海岸線
1609 年，當伽利略·伽利萊用自制望遠鏡對準木星並發現幾個較小的光點時，歐羅巴只是他眼中的一個閃爍的光點。在繪製了它們的運動軌跡後，伽利略正確地推斷出這四顆星不是遙遠的背景恆星，而是木星最著名的衛星同伴。
現在，四個世紀後，歐羅巴、木衛一、木衛三和木衛四——被稱為伽利略衛星——正在挑戰關於適宜生命生存的溫和條件可能存在於何處的陳舊觀念。一段時間以來，科學家們認為宜居性主要取決於世界與其恆星輻射熱量的距離；他們還認為，外太陽系是一個寒冷的區域，長期以來一直缺乏地質活動。
歐羅巴（最右邊的球體，靠近鄰近衛星木衛一）在這張來自 NASA“朱諾”號探測器的以木星為主的影像中幾乎不引人注意，但它對於未來外太陽系探索的重要性是巨大的。
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS（影像資料）；安德烈亞·勒克（影像處理）© CC BY
NASA 總部“快船”號的專案科學家 柯特·尼布林 說：“在我們首次前往外太陽系時，甚至沒有想到要將尋找宜居環境納入其中。”“這根本不在我們的世界觀中。”
但在 1979 年，NASA 的雙子 “旅行者”號探測器 掠過木星，揭示了“火與冰的奇異新‘世界’”——木衛一上正在進行的火山噴發，木衛三上的地形被證明年齡相差數十億年，歐羅巴上異常年輕的冰殼——以及奇怪的線索，或許，下面有什麼東西在晃動。
然後，在 1995 年，NASA 的 “伽利略”號探測器 進入環繞木星的軌道，以仔細研究這顆行星及其衛星。探測器發現，在木星及其衛星彼此之間的引力相互作用下，伽利略衛星充滿了地質活動。木衛一是環繞太陽執行的 火山活動最活躍的天體；歐羅巴 輕快的地形 表明，類似於板塊構造的活動已經重塑了衛星冰凍的面貌，並將物質從表面轉移到深處。而關於水狀內部的模糊暗示？這 變得更加清晰，幾乎成為確鑿的證據，證明存在一個埋藏的、全球性的、鹹水海洋——儘管深度未知——被包裹在厚度未知的冰冷外殼內。
現在，基於這些觀測結果以及對土星 海洋衛星 的 研究，似乎一個世界的生物潛力並非完全取決於它與太陽的距離——甚至可能根本不取決於陽光，如果我們從關於熱液噴口周圍和我們星球其他 黑暗角落 的生命中學到的經驗也適用於外星世界的話。
馬修·特溫布利
馬修·特溫布利
特託說：“我們知道那裡有海洋的時間並不長，所以我認為人們花了一段時間才充分認識到其中的含義。”“現在，科學興趣的關鍵領域之一是宜居性——從天體生物學的角度來看，恆星周圍的宜居帶有多大？”
在行星科學家多年的倡導基礎上，2011 年，一個定義 NASA 科學優先事項的高級別專家委員會 建議 重點關注一項大規模任務，以研究歐羅巴及其海洋，並將這顆衛星標記為“所有行星科學中最重要的目標之一”。在此之前，NASA 的大部分天體生物學資金都集中在火星上——這個世界今天幾乎肯定是貧瘠的（至少在表面上），但在三到四十億年前，在其更溫暖、更潮溼的過去，可能孕育過生命。在對火星（一顆近在咫尺的行星）的無情呼籲中，為其他世界騰出空間已被證明具有挑戰性。但 2011 年的指令為一項已經悄然凝聚多年的專案注入了動力：一項由帕帕拉爾多等人構想的專門的木星-歐羅巴任務。
在 行星科學倡導團體 的幫助下，以及前眾議員 約翰·卡爾伯森（來自德克薩斯州，他本人是歐羅巴愛好者，精通科學文獻，並且對尋找外星生命充滿熱情）的關鍵幫助下，最終成為“歐羅巴快船”號的任務在 2015 年 獲得了 NASA 的批准。然後，團隊開始設計探測器，繪製其軌跡並建造儀器。“尋找地球以外的生命一直是我畢生的熱情，為了真正讓全世界瞭解我們在宇宙中的地位，”卡爾伯森說。“我從心底裡知道，每個成功的太空任務都需要一位擁護者——有人來擁護資金並確保 NASA 按照科學界的意願完成任務。所以那是我的使命。”
10 月 14 日，“快船”號發射時，卡爾伯森與 NASA 領導層一起在肯尼迪航天中心的一個陽臺上。他使用大型影像穩定雙筒望遠鏡觀看探測器的升空。“這是一個非常令人欣慰、令人激動的時刻，是龐大團隊努力的結果，”他回憶道。“我很榮幸成為幫助實現這一目標的一份子。”
基於 NASA“卡西尼”號探測器的資料，展示了木星廣闊而致命的內部輻射帶的三個檢視。每個檢視都來自這顆巨行星 10 小時自轉的不同點，揭示了灼熱、破壞探測器的輻射隨時間變化的情況。
NASA/JPL
最終發射的任務與早期的概念大相徑庭。但“歐羅巴快船”號是迄今為止為星際探索建造的 最大的探測器：一個重達 7,145 磅的探測器，展開巨大的太陽能電池板後，翼展超過 100 英尺。它攜帶世界一流的相機、磁力計、表面塵埃分析儀和有史以來最強大的質譜儀——它可以攝取分子以確定其成分和來源。
尼布林說：“我們從未懷疑過這件事是值得的。”“這是一項史詩般的任務。這是一個讓我們有機會探索一個可能在數十億年前宜居的世界，而是一個可能在今天、現在就宜居的世界。”這也是一項任務，儘管在其漫長的孵化過程中多次僥倖逃脫了九死一生的經歷，但幾乎屈服於可能致命的最後一刻的情節轉折。
致命的挑戰
1959 年，在天文學家弗蘭克·德雷克提出他著名的框架來估計宇宙中生命的普遍程度的兩年之前，他將一臺射電望遠鏡對準木星，並探測到 高速電子沿著磁力線扭曲路徑運動的明確訊號。這種訊號被稱為同步加速輻射，它的存在是因為木星的磁場足夠強大，可以將帶電粒子加速到接近光速。德雷克觀測的含義是不可否認的：巨大的、強烈的輻射帶包裹著這顆行星，有效地形成了一個未遮蔽探測器的死亡區。JPL 的“快船”號專案經理 喬丹·埃文斯 說：“木星的磁場比地球強 20,000 倍。它基本上是一個巨大的粒子加速器。”
每個註定要探索木星系統的探測器都經過特殊設計，以承受（至少在一段時間內）這些致命的輻射帶。“歐羅巴快船”號也不例外，因為它的月球目的地擁有強烈的輻射環境。但在 2024 年 5 月的一次會議上，就在“快船”號計劃運往佛羅里達州之前，NASA 的工程師們瞭解到，探測器上的一些抗輻射電路出乎意料地脆弱。這一資訊來自另一個政府機構，該機構從同一家德國供應商處購買了相同的零部件。這些被稱為金氧半導體場效應電晶體或 MOSFET 的弱化部件是電晶體，它們基本上充當撥動開關。而這批 MOSFET 在低於承諾的輻射劑量下就會退化——事實上，劑量如此之低，以至於“快船”號是否能夠存活足夠長的時間來交付團隊數十年來夢寐以求的觀測結果都值得懷疑。
埃文斯回憶起五月的那一天，說：“我感到非常沮喪。”“很難想象前進的道路。但隨後你退後一步，開始有條不紊地思考問題。”
在得知問題後的一天內，一個團隊就開始著手解決這個問題。很快，他們就在“快船”號上識別出 1,000 多個有缺陷的 MOSFET。這些電晶體分佈在探測器各處，並整合到每個儀器系統中；它們還在現在密封的電子艙中，這是一個經過特殊遮蔽的隔間，就像整個操作的神經中樞。任務危在旦夕。而且沒有時間耽擱：如果探測器留在加利福尼亞州 JPL，以便團隊可以更換有缺陷的部件，它將錯過發射視窗，並且可能永遠無法離開地球。帕帕拉爾多說：“我每天晚上都做噩夢。我真的是。”“這就像我們的探測器生病了，我們不知道我們是否能挺過去。這太可怕了。”
JPL 押注成功，仍然將“快船”號送往肯尼迪航天中心。在整個夏天，憂心忡忡的科學家和工程師們日夜工作，週末也不休息，以設計一個他們甚至沒有造成過的棘手問題的解決方案。到八月底，他們有了一個解決方案。
歐羅巴冰冷的外表下隱藏著什麼？這張非按比例繪製的藝術家概念圖展示了一種可能性：一個深邃的、全球性的鹹水海洋，上面覆蓋著相當大的冰殼，下面是岩石核心。能量和營養物質很可能透過海底熱液噴口從下方湧出，或者可能透過地殼內的對流過程從上方滲入。物質羽流可能會從地表噴射到太空，直接來自海洋或地殼內捕獲的液態水儲層。
NASA/JPL-Caltech
探測器不會更換每個有缺陷的部件或修改觀測計劃，而是按計劃飛行。它將遵循其計劃的 21 天環繞木星的軌道序列，繞這顆巨行星執行 80 次。在每次軌道執行中，它最多會在輻射帶內花費一天時間。在其餘時間裡，當“快船”號在最惡劣的輻射之外時，團隊可以開啟探測器的一些加熱器，並加熱弱化的電路，以期透過稱為退火的過程來修復一些輻射損傷——本質上是一種熱誘導的藥膏，可以重新分配帶電粒子以保持開關的完整性。
考慮到它對“快船”號科學的預測的最小影響，這似乎是一個奇蹟般的解決方案，而且好得令人難以置信。埃文斯說：“我一開始感到非常沮喪，然後等到一切都塵埃落定時，我感到非常慚愧。”“我對團隊能夠完成的工作感到慚愧。”
瞭解海洋世界
當“快船”號掠過歐羅巴時，它的九臺科學儀器將對準這顆衛星，試圖瞭解 這一切是如何運作的。它們將繪製表面詳細地圖。它們將測量冰殼的厚度，並瞭解它是否包含海水透鏡，很像地球的南極冰蓋。它們將遠端研究下面的海洋，該海洋可能與富含礦物質的岩石海底接觸。它們將研究衛星表面的成分，這可能會揭示更多關於隱藏的海洋以及可能為外星生態系統提供動力的化學物質的資訊。
NASA 首席科學家 尼科拉·福克斯 在發射前簡報會上說：“如果我們去那裡，我們發現了水、能量和化學物質，那將開啟一系列問題。”“如果我們去那裡，我們發現沒有水、沒有能量也沒有化學物質，那也將開啟一系列問題——我們為什麼會這樣認為？為什麼那裡沒有這些東西？”
換句話說，如果歐羅巴的響亮號召只不過是一首海妖之歌，那麼科學家們怎麼會如此可怕地誤入歧途呢？（沒有人期望會是這種情況，儘管所有優秀的、謹慎的科學家都會這樣做，他們會等著看證據。）
NASA/JPL-Caltech
歐羅巴快船號探測器保險庫板的背面（頂部）和正面（底部）檢視，上面刻有來自地球的詩歌、插圖和其他資訊。
NASA/JPL-Caltech
當探測器飛行時，它還會尋找歐羅巴羽流的任何跡象——最初在 2013 年描述的 水蒸氣羽流的初步噴發，這將是土星衛星恩克拉多斯噴發的能量地熱噴泉的更小、更微妙的版本。根據 任務的傳說，這些羽流是促成“快船”號交易的一部分；如果探測器足夠幸運，它可以飛越羽流並直接取樣歐羅巴的物質。儘管 NASA 並沒有將“快船”號定位為生命探測任務，但飛越羽流可能會證明情況並非如此——但嗅探出生命跡象取決於幾個不太可能發生的事件。
帕帕拉爾多說：“有很多假設，對吧？”“如果存在羽流，如果羽流與海洋相連，如果海洋富含生命——因此質譜儀可以獲得足夠的樣本——那麼它可以檢視有機物的模式，我們可以嘗試推斷該訊號是否可能指向生物過程。這並非不可能，但這是一個非常低機率的事件。”
瓶中信
“快船”號至少會為這樣一種觀點提供一些實地驗證，即當談到生命規則時，一個世界與其恆星的距離遠非唯一重要的因素。瞭解宜居性的基本原理對於填寫 德雷克方程 的值至關重要——德雷克方程是由推斷出木星輻射帶存在的同一位天文學家提出的框架，自 1960 年代初以來，該框架一直指導著尋找地球以外的生命。
帕帕拉爾多說，這些問題“真的讓我回到了[德雷克]的課堂”——1984 年春天帕帕拉爾多在康奈爾大學選修的一門天文學本科課程——以及“所有這些我們即將能夠了解的事情。我思考著我們在他指引的方向上走了多遠。這不是一個精確的方向；這是一個廣泛的方向，讓我們走出去探索和搜尋，”他說。“而我們正在這樣做。這只是需要時間。”
從最廣義的角度來看，德雷克的指紋——以及他毫不掩飾地提出關於外星生命的大問題的意願——遍佈“快船”號的任務。他津津有味地觀察木星及其衛星，直到 90 多歲，經常凝視著這顆行星，因為它升起在他位於加利福尼亞州聖克魯斯郊外山丘上的家周圍心愛的紅杉樹之上。但德雷克（我更熟悉的稱呼是爸爸）沒有活著看到“歐羅巴快船”號發射。他於 2022 年去世。自從爸爸寫出我們現在用來面對我們明顯的宇宙孤獨的公式以來，天體生物學領域已經出現併成熟。“快船”號的首席科學家們，他們中的許多人在 1970 年代或 1980 年代開始他們的職業生涯，擔任“旅行者”號或“伽利略”號的博士生或博士後，現在正掌舵。下一代領先的行星科學家，他們中的許多人在我們向外太陽系發射第一批探測器時甚至還沒有出生，現在正在“快船”號上工作。
特託說：“如果可以的話，它一直是弧線的一部分。”“我們在‘歐羅巴快船’號和‘蜻蜓’號”——NASA 即將進行的泰坦任務——“上非常重視的一件事是，我們有機會和責任來彌合世代之間的差距。”
藝術家構想的 NASA“歐羅巴快船”號探測器掠過木星冰冷的海洋衛星歐羅巴，這是人類劃時代的外星生命探索中的熱點。
NASA/JPL-Caltech
似乎，時間是探索外太陽系最需要的資源。“快船”號團隊的每位成員都知道，這項任務可能是他們一生中難得的機會，可以近距離觀察歐羅巴。因為當談到外太陽系時，作為一名科學家，“這真的是一種接受，即你是比自己更偉大的事物的一部分，”尼布林說。“你必須願意為比你更偉大的事物做出貢獻和承諾，為將要比你存在更長久的事物做出貢獻和承諾。”因此，“快船”號團隊決定紀念這次從一個海洋世界到另一個海洋世界的首次航行。
密封探測器保險庫（其神經中樞）的是 一塊 由鉭金屬鍛造的板。在其正面，面向星星，是 “水”的視覺表現，用 103 種語言表達。在其內部，面向探測器跳動的心臟，是更私人的思考。其中之一是 美國前桂冠詩人艾達·利蒙的詩，該詩 描述了將人類、歐羅巴和地球聯絡起來的水的紐帶。另一個是 行星科學家羅恩·格里利 的肖像，他的領導才能幫助“快船”號成就了今天的輝煌。
在板的最頂端是 德雷克方程，用爸爸的筆跡呈現。
與我們傳送到太空的其他資訊不同，“快船”號的資訊只會傳播到木星系統。當承載著我們夢想和銘文的探測器結束其任務時，它將墜入木衛三，在那裡，任何搭便車的地球微生物都不太可能汙染那顆衛星毫無生機的表面。在那裡，保險庫板及其人類記錄將隨著任務的結束而結束——以一種苦樂參半的結局，這將使歐羅巴及其外星生命的希望對子孫後代的安全探索保持安全。