目標歐羅巴:雄心勃勃的計劃瞄準木星的海洋衛星

美國宇航局正計劃向歐羅巴發射軌道飛行器,作為探索木星環境的國際探測器艦隊的一部分,該艦隊甚至可能包括在這個引人入勝的衛星上著陸

如果在未來幾年內,美國宇航局和其他航天機構正在制定的計劃獲得批准,那麼在2020年代,多艘航天器將在木星及其伽利略衛星之間進行精心編排。這些協調合作的行動的絕大部分將集中於圍繞歐羅巴軌道執行,並可能在其上著陸。歐羅巴是一個在科學上引人入勝的世界,該衛星冰殼下的液態海洋的證據指向可能存在外星生命的地方。

今年2月,美國宇航局選擇了一次歐羅巴之旅,作為該機構前往外太陽系的“旗艦”任務的優先事項,超越了對土星衛星泰坦的提議訪問,該訪問被認為需要進一步研究和技術開發。

目前被稱為歐羅巴木星系統任務(EJSM)的總體計劃包括一艘名為木星歐羅巴軌道飛行器(JEO)的美國宇航局航天器,該航天器在對木星環境進行更廣泛的巡視後將進入圍繞歐羅巴的軌道。此外,歐洲航天局(ESA)單獨發射的軌道飛行器將專注於該行星最大的衛星蓋尼米德,而日本探測器將監測木星的磁層。


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另一種可能性——儘管仍處於早期討論階段——是單獨發射的俄羅斯航天器(pdf)將被送往歐羅巴著陸。該探測器可能會被安排在 JEO 收集有關可能著陸點的資料後不久抵達,著陸器的精確目標將在途中進行程式設計。

美國宇航局歐羅巴任務科學定義團隊的聯合主席、亞利桑那州立大學行星地質學家羅納德·格里利說,在歐羅巴著陸“並非易事,主要是因為我們並不真正瞭解地表在米和亞米尺度上的情況”。“我們不知道冰面有多粗糙,或者它可能有多麼破碎,或者坡度是什麼樣的。”收集此類資訊一直是計劃中的軌道飛行器的核心目標,無論是針對可能的俄羅斯探測器還是後續著陸器。

“歐羅巴是一個迷人的物體,”格里利說。“它本質上是一個像我們月球一樣的岩石世界,但它周圍有一個大約 100 英里 [160 公里] 厚的水殼。表面是凍結的。它可能一直凍結到底——我們不這麼認為。我們認為它是一個相對較薄的冰殼,但這就是我們想要弄清楚的。” 他指出,歐羅巴可能擁有地球上三倍的液態水。

由於長期暴露在木星強烈的輻射帶中,歐羅巴的表面是一個極其惡劣的環境。美國宇航局歐羅巴任務研究經理卡拉·克拉克觀察到,最上面的冰層將被“消毒”。因此,尋找可能存在的生命將需要深入研究。“如果有一個著陸器或一系列著陸器,”她說,“最終目標是進入冰層下方。” 木星的輻射也會縮短任何著陸器以及 JEO 的活動時間,儘管其電子裝置經過了嚴密的遮蔽,但它可能只能在軌道上執行幾個月。

據估計,JEO 的成本為 27 億美元,需要國會批准,美國宇航局官員希望在未來一兩年內獲得批准。同樣,EJSM 中提出的其他航天器也將需要各自政府的批准。

根據美國宇航局的臨時時間表,JEO 將於 2020 年發射,2025 年抵達木星系統,並在次年開始圍繞歐羅巴執行。美國宇航局的探測器還將近距離飛掠木星的另一顆衛星艾奧,而歐洲航天局的軌道飛行器,名為拉普拉斯(以法國數學家和天文學家命名),將調查卡利斯托和蓋尼米德。擁有三個軌道飛行器(包括日本的探測器)將有助於對木星的磁層進行徹底調查。

俄羅斯著陸器的好處之一是,它的表面資料將提供科學家們所謂的“地面實況”,以校準歐羅巴軌道飛行器的遠端全球測量結果。此外,英國的一個科學團隊正在提議在 NASA 或 ESA 軌道飛行器上放置一個穿透器(pdf),長約半米,攜帶小型科學有效載荷,將其分離並撞擊到歐羅巴或蓋尼米德的表面。

一些科學家認為 EJSM 的國際合作是未來機器人太空探索的典範。“旗艦任務非常昂貴。如果我們能夠開始在國際層面進行合作,這肯定會增強科學研究和我們進行此類調查的頻率,”新墨西哥州立大學天文學教授麗塔·比比說。

此外,透過單獨的發射和資金,即使其他部分未能實現或在飛行中發生故障,整個計劃的部分也可以產生有價值的資料。“如果 ESA 軌道飛行器未獲得確認,美國宇航局的軌道飛行器可以單獨飛行並進行出色的科學研究,”美國宇航局的克拉克說。“反之亦然,如果美國宇航局的軌道飛行器最終未能透過該過程,那麼 ESA 的軌道飛行器也可以單獨飛行,並再次獨自完成出色的科學研究。”

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