木星的海洋卫星欧罗巴准备好近距离观测

九月的最后一周对木星来说意义重大。9月26日，这颗行星完成了自1963年以来最接近地球的距离，让全球天文爱好者欣喜不已。然后，在9月29日，美国宇航局的朱诺号探测器掠过木星的冰冷卫星欧罗巴——这是自2000年以来任何探测器最接近这颗天然卫星的一次。

这次飞越产生了木星第四大卫星冰冷表面的精美细节图像。除了图像外，朱诺号还收集了大量数据，科学家将在未来几个月仔细研究这些数据，以寻找可能周期性地从地壳下隐藏的巨大咸水海洋中喷发出来的水柱迹象。但在许多方面，这次飞越只是即将到来的任务的预告片——特别是欧罗巴快船，它计划于2024年发射，对这颗冰冷的卫星进行一系列近距离轨道遭遇，以寻找适宜居住性的迹象，甚至可能寻找生命本身。

朱诺号探测器与欧罗巴的相遇是快速而短暂的：探测器以每秒23公里的速度飞越欧罗巴，整个过程都在快速旋转，因此它必须完美地定时拍摄照片。最终得到的图像——总共四张——提供了这颗遥远世界杂乱无章、混乱表面的详细肖像，其表面纵横交错着锯齿状的裂缝，并布满了陨石坑状的自然凹陷——这很可能是这颗卫星独特的不寻常地质活动的产物。

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这次飞越尤其令人兴奋，因为朱诺号从未打算研究欧罗巴，更不用说如此近距离地接近它；该探测器旨在研究木星本身。朱诺号于2011年发射，自2016年以来一直在木星附近运行，收集有关这颗行星的云层、天气、大气特性和整体组成的数据——很大程度上是为了更好地阐明这颗气态巨行星是如何形成的。在多年来几乎完全专注于探测器对木星的研究之后，美国宇航局官员赋予了朱诺号新的生命，延长了任务以研究这颗行星的一些卫星。“去年我们飞越了木卫三，”朱诺号任务的首席研究员斯科特·博尔顿说。今年九月“我们飞越了欧罗巴。明年我们将飞越木卫一。”

木星共有80颗已知的卫星，但欧罗巴广阔的海洋——据信比地球的海洋还要广阔——使这颗卫星成为整个太阳系最令人着迷的研究目标之一。博尔顿说，这种着迷来自于一种“有点自我中心”的视角。

“海洋在这里很重要，”他说。“所以如果我们发现任何海洋，也许它们一直对生命很重要。”当然，事实证明，生命可能在没有海洋的情况下出现——甚至没有一滴水。但博尔顿建议，如果我们仅仅在几个行星之外就发现了一个潜在的液态海洋，那似乎肯定是一个好的开始寻找的地方。

“欧罗巴是我们在寻找适宜居住性和生命方面最有希望的世界之一，”朱诺号任务的项目科学家卢卡斯·帕加尼尼说。“因此，这些任务及其详细研究是缩短欧罗巴仅仅是一个有希望的宜居世界与拥有确认其宜居性所需数据之间差距的关键。”

尽管人们对欧罗巴充满热情，但迄今为止，对这颗冰冷卫星的飞越次数却寥寥无几。外太阳系黑暗寒冷的深处需要数年才能到达，对于任何航天器来说都是一个具有挑战性的环境——但那些冒险进入欧罗巴附近的航天器还必须应对包裹着这颗卫星的强烈辐射带，该辐射带是由捕获在木星强大引力场中的带电粒子产生的。除了以352公里距离掠过欧罗巴的朱诺号之外，唯一接近这颗卫星的探测器是美国宇航局的伽利略号——那还是二十多年前的事了。伽利略号在2000年以351公里的距离掠过欧罗巴，在此之前，在1997年以创纪录的200公里距离飞越。

由于这些飞越如此不频繁，关于欧罗巴的可用数据很少。天文学家可以并且确实经常远程观测这颗卫星，但近距离接触具有不可否认的好处。例如，正是伽利略号的飞越提供了欧罗巴孕育全球液态海洋的最佳可用证据。探测器发现，这颗卫星以一种明显的 telltale 方式扭曲了木星周围的磁场，这表明地表下潜伏着某种导电流体。“产生这种磁信号的最有可能的物质，”帕加尼尼说，“是一个全球性的咸水海洋。”

朱诺号飞越欧罗巴能否带来关于木星卫星的类似突破性发现？目前，现在说还为时过早；数据仍在分析中。朱诺号配备了九种不同的研究仪器，当航天器飞越欧罗巴时，它们收集了关于这颗卫星的磁场、引力场和几乎不存在的稀薄气体“大气层”的数据。

朱诺号还配备了一种名为“微波辐射计”的工具。“我们实际上是为朱诺号发明的它，”博尔顿说。“它旨在能够看到木星云顶之下和深层大气层，但是当你把它指向冰冷的天体时，它会看到不同深度的冰层内部。”除非冰层非常“纯净和清洁”，否则博尔顿说，这个工具可能无法深入到足以揭示全球海洋，但它应该能够探测到更接近地表液态水的口袋。此外，关于欧罗巴冰壳结构的信息本身也很有用。博尔顿认为，分析朱诺号的新数据可能需要数周或数月，并且还将对这颗卫星的辐射环境和轨道轨迹产生更精确的约束。

当结果出来后，朱诺号的欧罗巴飞越应该有助于科学家为未来专注于冰冷卫星而不是行星的任务做准备。其中一项任务是欧洲航天局的木星冰卫星探测器，简称 JUICE。它计划于2023年发射，并于2031年到达木星。到达那里后，JUICE 将研究三颗卫星：欧罗巴、木卫三和卡利斯托。紧随其后的是一项更加以欧罗巴为中心的任务：美国宇航局的欧罗巴快船，它计划于2024年发射，并于2030年到达目的地——比 JUICE 更快，这要归功于强大的火箭和更直接的轨道。一旦到达这颗卫星，欧罗巴快船将至少进行49次近距离飞越——有些会俯冲到距表面50公里以内。

自然，欧罗巴快船团队的许多成员都对看到22年来欧罗巴的第一批近距离照片感到兴奋。“我迅速抓取了图像，开始摆弄它们，试图弄清楚它们在表面上的位置，”欧罗巴快船任务的常驻科学家辛西娅·菲利普斯说。“我抓起了我的欧罗巴地球仪——幸运的是，我就在手边——这样我就可以开始根据它识别表面特征了。”

菲利普斯对包含昼夜边界或“晨昏线”的欧罗巴图像印象特别深刻，因为那里的阴影更长，使得地形特征更容易看到。“那里有山脊，有槽沟，有凹坑——你知道，那里发生着各种各样的事情，”她说。菲利普斯说，这些特征与伽利略号之前的飞越相比，如果有任何变化，都将表明欧罗巴表面持续存在构造活动，这有助于阐明这颗卫星地质的性质和随时间的演变。

菲利普斯将欧罗巴的新图像比作见到一位老朋友。“他们换了新发型。他们年长了几岁。但他们仍然是一样的，”她说。

这些新图像不仅仅对欧罗巴快船团队具有吸引力。当团队规划即将到来的任务时，它们也提供了切实的益处。

第一个明显的益处是木星卫星的更新地图。“我们将把这些新数据与伽利略号和旅行者号的数据结合起来，制作一张新的欧罗巴全球基础地图，”欧罗巴快船成像系统副首席研究员阿尔弗雷德·麦克尤恩说。“这就是我们将用来瞄准 [欧罗巴快船] 图像的东西，最初是这样——但我们很快就会从快船本身获得更好的数据。但早期，是的，[朱诺号的图像] 将会发挥作用。”

根据在这些图像中发现的内容，朱诺号的数据也可能帮助欧罗巴快船团队找到在飞越期间值得关注的区域。作为一个关键的例子，“我认为每个人都会真正盯着这些照片寻找羽流，”菲利普斯说。从欧罗巴喷射出的水羽流，已在伽利略号的档案数据以及望远镜观测中初步探测到，这将暗示一条通往这颗卫星水下地下的捷径，未来的航天器可以利用这条捷径。据推测，这些羽流会周期性地发生，可能是木星周期性引力挤压的结果，因为这颗卫星围绕行星运行。

如果，在相当大的可能性相反的情况下，朱诺号的图像或其他数据确实揭示了欧罗巴某处羽流的迹象，欧罗巴快船可以去研究该区域，并且——如果时间和位置允许——甚至可以飞越类似间歇泉的喷发，以便收集欧罗巴的水样本。菲利普斯说，这听起来非常遥远——直到人们回想起卡西尼号航天器在土星卫星土卫二上完美地执行了类似的特技，土卫二也蕴藏着地下水库和喷发的羽流。欧罗巴的水样本将允许研究人员寻找有机化合物——甚至可能是微生物生命本身。

博尔顿指出，朱诺号的主要目标是分析木星，帮助我们更好地了解行星的起源。但现在，通过飞越欧罗巴，该探测器最终可能有助于阐明另一种起源：生命的起源。“这些共同构成了一些你可以思考的最基本的问题，无论是在哲学上还是在宇宙学上，”他说。