正如美國國家航空航天局昨天宣佈的四個可能的任務所證明的那樣，美國國家航空航天局已準備好處理太陽系中一些未完成的工作。它們是該航天機構“發現計劃”競賽的決賽入圍者，這是一場類似創智贏家的對決，實驗室和大學在其中提出了小型、重點明確的航天器來探索不同的世界。提交給 NASA 審議的想法超過十幾個，每個想法的設計成本都低於 5 億美元。在現在剩下的四個中，明年只會選擇兩個，甚至可能只有一個用於最終飛行。
美國國家科學院、工程院和醫學院空間研究委員會主席瑪格麗特·基維爾森說：“這是一個有趣的組合。” “它們是經過深思熟慮的任務——並且針對的是引人入勝的天體。” 正在考慮的航天器將前往木星衛星木衛一，太陽系中最活躍的火山天體；金星，被認為是地球的“邪惡雙胞胎”，因為儘管金星在大小、質量和成分上與我們自己的星球幾乎相同，但其環境條件卻像地獄一般；以及海王星的衛星海衛一，據信它擁有地下海洋。
基維爾森說，擬議的木衛一火山觀測器非常適合在木星開展廣泛而持續的科學活動。美國國家航空航天局計劃最早在 2023 年發射數十億美元的“旗艦”飛船“歐羅巴快船”，以調查該任務的同名衛星：冰冷的木星衛星歐羅巴，它也擁有地下海洋。抵達後，“歐羅巴快船”的研究將尋求確定那個黑暗的海洋是否可以維持我們所知的生命。與此同時，歐洲航天局將於 2022 年發射 JUICE（木星冰衛星探測器），這是一個飛往木星最大衛星木衛三的軌道飛行器。這兩艘飛船都可能在 NASA 的朱諾號任務的執行壽命內抵達，朱諾號目前正在研究木星的內部。“你可以想象，如果木衛一觀測器在木星，同時歐羅巴快船可能也在那裡，朱諾號可能正在工作，JUICE 在木衛三——你可以想象我們之後會對木星有多麼瞭解嗎？”
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任務決賽入圍者中的兩個——DAVINCI+ 和 VERITAS——的目標是進一步研究金星。如果使用其中任何一個，都將標誌著 NASA 重返地球這個麻煩的近鄰，儘管已經遲到了。自 1989 年以來，該機構就沒有發射過專門的金星探測器——對於渴望像我們有條不紊地研究火星一樣探索這個世界的整整一代科學家來說，這是一個痛苦的延遲。隨著銀河系各處系外行星的發現，“比較行星學”已成為一個緊迫的研究領域：兩個極其相似的行星是如何演變得如此不同的？
為了回答這個問題，DAVINCI+（或稱金星深層大氣層惰性氣體、化學和成像增強探測器）將漂移到金星表面，精確測量其大氣成分，並使用機載相機在下降過程中拍攝影像。VERITAS（金星發射率、無線電科學、InSAR、地形和光譜學的縮寫）將繞金星軌道執行並繪製整個行星的地圖，構建三維地形，並尋求更多地瞭解為什麼這個大致類地球行星缺乏水，並且表面溫度高到足以熔化鉛。
“三叉戟”號是一項“飛掠”任務，不會進入其目的地軌道，它將證實或質疑海王星最大衛星海衛一上是否存在地下海洋，海衛一被認為是來自太陽系後方更遠處的捕獲天體。關於海衛一假定的海洋的問題至少可以追溯到 1989 年，當時 NASA 的“旅行者 2 號”宇宙飛船部分繪製了該衛星的表面地圖，並在飛掠期間目睹了從內部噴射到太空的蒸汽柱。如果這些羽流源於內部海洋，那麼這一發現可能會將所謂的宜居帶——恆星周圍存在液態水且生命有可能存在的區域——擴充套件到涵蓋整個太陽系。
基維爾森曾幫助發現了歐羅巴的海洋，她說“三叉戟”號任務以及它揭示海衛一存在液態水的可能性將符合行星科學的更廣泛模式。“我們現在知道（土星衛星）土衛二和土衛六的表面下都有海洋，這真是太了不起了——有點像發現系外行星，”她說。“不久前，我們還不知道除我們自己的恆星之外的任何恆星都有太陽系。而現在幾乎我們看到的每一顆恆星都有。它符合同樣的模式：我們看得越多，發現的就越多。這極大地改變了我們對外行星衛星的看法。”
“三叉戟”號抵達海王星系統的時間將比“旅行者 2 號”晚半個世紀。從歷史上看，前往外太陽系的任務的價格標籤高達數十億美元。“三叉戟”號首席研究員路易絲·普羅克特說，因此，她的團隊的專案將從根本上改變 NASA 小型行星任務級別可能實現的目標。“在此之前，還沒有‘發現’任務被實施飛越木星系統，即距離太陽 5 個天文單位（AU）的地方，”她說（一個天文單位是地球到太陽的距離）。“我們將前往 30 個天文單位。從來沒有人想到我們可以在如此有限的預算下在外太陽系深處進行這種基礎科學研究。”
“三叉戟”號進入“發現”號決賽的過程非常艱難。NASA 最初禁止在該競賽中使用核動力源。普羅克特、她的團隊和外行星界強烈反對這一決定，他們認為，如果沒有核動力源，外太陽系深處實際上將被關閉，無法進行探索。（太陽能電池板在距離太陽如此遙遠的地方毫無用處。）他們的論點佔了上風。
普羅克特說：“我們很高興能離探索太陽系中最奇怪的冰冷世界之一又近了一步。” “我們將回答一些基本問題，例如一個被捕獲的世界是否可以成為海洋世界，冰冷世界是如何演化的，以及為什麼海衛一今天可能仍然活躍。我們還將為太陽系中任何世界中最大的剩餘未測繪表面成像。”
“三叉戟”號是唯一一個進入決賽的、以前沒有參加過“發現”競賽的任務。“維瑞塔斯”號和 DAVINCI+ 號的早期版本是之前競賽的決賽入圍者，而這一次包括木衛一火山觀測器（IVO）第三次嘗試入選。IVO 提案的每次迭代，其首席研究員阿爾弗雷德·麥克尤恩說，都見證了工程突破和增強的科學潛力。該飛船試圖回答的問題之一是木衛一是否擁有岩漿海洋。這種內部熔岩體對於理解類地行星的演化至關重要。此外，麥克尤恩說，IVO 將使行星科學家能夠完成對木星四顆最大衛星的研究——這些衛星形成了一個相互關聯的系統，具有獨特的軌道共振和其他複雜的相互作用。“你真的無法孤立地理解這些世界中的任何一個，”他說。“我們需要木衛一的資料來完成科學研究。”
木星系統可能比環境惡劣的金星更加惡劣，行星周圍環繞著灼熱的輻射帶，並沐浴著木衛一和其他附近的衛星。在亞利桑那大學和約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室開發的 IVO，從“歐羅巴快船”任務中獲益匪淺，“歐羅巴快船”任務必須在輻射場中最惡劣的部分生存下來。“在‘歐羅巴快船’儀器開發和解決木星環境問題上花費了大量資金，”麥克尤恩說。IVO 將使用這些抗輻射儀器的近乎複製品，從而節省開發成本。此外，該飛船將由高效太陽能電池板供電，這項技術已由朱諾號驗證。
四個候選任務團隊將在接下來的九個月中編寫詳細的概念研究報告，截止日期為 11 月。屆時，NASA 將審查這些報告，並對它們進行全面的、獨立的“技術、管理和成本”審查，以及完成對任務科學的評估。此外，未來的任務還將接受為期一天的“現場考察”，審查員將在其中與提案團隊面對面會面，提案團隊將展示他們的專案，然後接受問答環節，一位 NASA 內部人士將其描述為“非常有趣但非常緊張”。
入選飛行的任務將於 2021 年 6 月左右宣佈，最早可能在 2025 年 1 月發射。