欧罗巴的喷水间歇泉吸引科学家发射探测器——但美国宇航局能以低成本做到吗?

该机构希望以低于 10 亿美元的成本向木星神秘的卫星发射机器人任务。支持者认为,太阳系中最有希望找到生命的地方之一值得更大的投资
 


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我们对欧罗巴了解得越多,它就越有吸引力。伽利略·伽利莱在 1610 年发现了木星的四颗最大的卫星,在过去的几个世纪里,其中最小的卫星欧罗巴已经展现出自己可能是液态水的港湾——甚至可能是生命的港湾。上周,美国宇航局采取了试探性的步骤,向那里发射机器人任务——行星科学家长期以来称赞的目标。但是,探索欧罗巴面临着一些严重的技术、财务和政治挑战。
 
在过去的几年里,美国宇航局的行星科学预算大幅缩减,其剩余资金的大部分都用于火星任务。尽管美国国家研究委员会的上次十年调查(行星科学中最紧迫目标概述)中高度重视欧罗巴的探索,但美国宇航局近年来并未要求任何资金用于规划欧罗巴任务。然而,国会中的欧罗巴支持者已为此拨款,在 2013 年拨款 4300 万美元,在 2014 年拨款 8000 万美元。因此,任务的支持者上周看到白宫的 2015 年美国宇航局预算请求包括 1500 万美元用于欧罗巴探索规划,尽管该金额远低于许多人所希望的。“如果说有什么的话,我们很高兴看到美国宇航局和白宫将其纳入预算项目,并承认这是一个重要的目的地,”致力于太阳系科学和探索的非营利组织行星学会的倡导主任凯西·德雷尔说。该请求的规模——在 NASA 总预算请求 175 亿美元中占 1500 万美元——是“非常少的资金”,但此举的象征意义重大,他说。“事实上,它在那里是一个巨大的转变,我认为其中很大一部分是那些羽状物的发现。”
 
12 月,科学家们宣布,哈勃太空望远镜发现了从欧罗巴表面喷射出来的水蒸气间歇泉,很可能起源于月球冰层下存在的液态水海洋。这个理论上的海洋长期以来一直是人们希望欧罗巴可以容纳微生物生命的关键,但科学家们认为需要一个着陆器钻入冰层才能到达液态水进行采样。然而,间歇泉可能会使水更容易获得。“如果真是这样,也许我们不必去海洋——海洋会来找我们,”位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的美国宇航局艾姆斯研究中心的宇宙生物学家克里斯·麦凯说。
 
间歇泉的发现可能是欧罗巴获得“必须探索”地位的推动力。“最终驱使我们研究欧罗巴的重大问题是‘那里是否存在生命?’”位于德克萨斯州圣安东尼奥市西南研究院(SwRI)的库尔特·雷瑟福德说,他是水蒸气羽流的共同发现者之一。“我认为我们大多数人都认为,在找到这个引人注目的问题的明确答案之前,需要两到三个大型且昂贵的欧罗巴任务,包括未来的着陆器和深钻设备。”
 
发送一个探测器穿过间歇泉会更便宜,但雷瑟福德警告说,不要完全围绕羽流设计欧罗巴任务。一方面,水蒸气似乎是随时间变化的,科学家们还无法预测羽流何时会活跃。“在我们能够在未来几年通过额外的观测更坚定地证实我们对欧罗巴水蒸气羽流的发现之前,目前将任务专注于专门研究间歇泉似乎是不合适的,”雷瑟福德说。
 
欧罗巴也面临着其他挑战:月球位于木星强烈的辐射场内,这会用辐射轰击航天器,从而损坏敏感的电子设备。最好的解决方案是用厚厚的屏蔽层包住欧罗巴探测器,这将增加其重量,从而增加发射成本。木星系统也离地球很远,可能至少需要六年的旅程,这增加了整个任务的时间和费用。“由于这些困难,欧罗巴计划是一个复杂、昂贵、循序渐进的过程,”麦凯说。
 
研究人员多年来一直在研究欧罗巴任务概念。一项名为“欧罗巴轨道飞行器”的拟议美国宇航局任务,估计耗资 47 亿美元,于 2002 年被取消。在令人失望之后,科学家们制定了一项成本降低的计划,耗资约 20 亿美元,称为欧罗巴快船号,该计划将环绕木星运行,并多次低空飞掠欧罗巴。近年来分配给美国宇航局的欧罗巴资金已用于推进该计划。“快船号概念非常成熟,”德雷尔说。“他们基本上可以从今天开始执行这项任务。”
 
然而,在上次美国宇航局的预算公布之后,该机构负责人查尔斯·博尔登表示,美国宇航局希望在欧罗巴任务上的总支出低于 10 亿美元。这将使航天器进入被称为“新前沿”的任务类别,这是一个比其更大的“旗舰任务”更便宜的类别。美国宇航局计划发布“信息请求”,以征求科学家关于在 10 亿美元以下可以完成哪种类型的欧罗巴任务的想法。但有些人担心这个价格点会使大多数主要的科学目标遥不可及。“没有人真正考虑过你用最少的预算可以做什么,”德雷尔补充道。
 
科学家们对欧罗巴任务的愿望清单包括:描述其地下海洋的化学成分,了解海洋有多大,并确定包围它的冰壳的厚度。“测量欧罗巴冰水壳的成分非常重要,”宣布发现水间歇泉的论文的第一作者、SwRI 的洛伦茨·罗斯说。“飞越活跃的脱气羽流并测量它们的成分”是另一个优先事项,罗斯补充道。新前沿任务能否实现所有这些目标还有待观察。
 
欧罗巴在国会中有几位支持者。众议院拨款委员会成员、德克萨斯州众议员约翰·库尔伯森 (R) 一直带头将欧罗巴的资金纳入该机构的预算中。库尔伯森是负责美国宇航局预算的委员会的下一任主席,他可以在那里发挥相当大的影响力来推动任务飞行。这对欧罗巴的支持者来说是个安慰的消息,他们知道要到达木星这个神秘的卫星,需要政治上的善意、资金和技术诀窍的宇宙联盟。然而,如果它真的发生了,回报可能不亚于在地球之外发现生命。

Clara Moskowitz is a senior editor at 大众科学, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大众科学 for a decade; previously she worked at Space.com. Moskowitz has reported live from rocket launches, space shuttle liftoffs and landings, suborbital spaceflight training, mountaintop observatories, and more. She has a bachelor's degree in astronomy and physics from Wesleyan University and a graduate degree in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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