从佛罗里达州肯尼迪航天中心的发射台升空，周围环绕着繁茂的湿地，可以眺望波涛汹涌的大西洋海岸，一项旨在探索另一个水世界的任务于 2024 年 10 月 14 日在晴朗的蓝天下升空。在 SpaceX 火焰喷射的“猎鹰重型”火箭的帮助下，NASA 的 “欧罗巴快船”号 探测器摆脱了我们世界的引力束缚，现在正驶向木星系统。
它的目标：欧罗巴，一颗冰封的卫星，它可能是人类在太阳系以外寻找生命的最佳机会。欧罗巴的内部可能存在一个覆盖整个卫星的咸海，其中可能包含创造和孕育我们所知的生命所需的所有要素：能量、化学物质和水。据认为，欧罗巴隐藏的海洋所含的水量比地球上所有海洋的总和还要多。
几十年来，这颗卫星 一直吸引着对外星生命感兴趣的太空科学家。但向外星海洋派遣探测器既不是一件容易的事，也不是能让急躁的人完成的事。前往外太阳系的航行可能需要很长时间才能实现，以至于许多投身于这些项目的科学家知道他们可能看不到任务的结束。
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在这张来自 NASA“伽利略”号探测器的彩色合成图中，欧罗巴上纵横交错着长长的、蜿蜒的裂缝和山脊，暗示着更深层的地质活动已经使这颗冰冷卫星的表面破裂和混乱。
NASA/JPL-Caltech/SETI 研究所
NASA 喷气推进实验室 (JPL) 主任 劳里·莱辛 在发射前简报会上说：“我经常把这些任务比作现代大教堂——它们是世代相传的探索。”喷气推进实验室领导了“欧罗巴快船”号的建造。“我真的为我们人类选择承担这些艰巨而长期的目标感到自豪，比如探索木星以外的未知世界。”
“快船”号的发射是在经过 20 多年的艰苦准备之后进行的，这只是这项耗资 52 亿美元的任务故事的下半场的第一步。它前往外太阳系的旅程，在地球和火星的引力助推下加速，将覆盖 18 亿英里，耗时约六年才能完成。一旦它在 2030 年抵达木星港，探测器将环绕这颗巨大而风暴肆虐的行星运行，规划一条将在四年内 49 次飞掠欧罗巴的航线。
木星和外太阳系其他世界在微弱的阳光照射下，是神秘的领域。“快船”号任务标志着一个新时代的曙光，在这个时代，该区域的地下海洋将变得更加清晰。科学家们现在不仅将目光投向欧罗巴，还投向其他富含海洋的冰冷卫星，例如土星的 “泰坦” 和 “恩克拉多斯”——它们中的每一个今天都可能适合居住（并且有人居住）。
JPL 的 罗伯特·帕帕拉尔多 是“欧罗巴快船”号的项目科学家，他说：“这是一种探索全新类型天体——海洋世界——的趋势，几十年前我们还没有意识到它们的存在。”“我们将深入探索这种类型的世界，这种类型的世界可能是生命最常见的栖息地，不仅在我们的太阳系中，而且在银河系中也是如此。”
探测器火箭助推器上的摄像头（右）在探测器开始其多年的星际旅程之前，最后一次拍摄了 NASA 的“欧罗巴快船”号（左）。
NASA TV/SpaceX
如果我们的太阳系可以作为参考，这些小的冰卫星 的数量远远超过行星，它们可能会改变我们对生命可能在哪里繁荣发展的看法。“快船”号的目标是了解欧罗巴是否真的是一个宜居的世界——证实，正如几乎每位太空科学家 已经确信的那样，海洋确实隐藏在卫星的地壳之下，在那里，它可能已经酝酿了数十亿年的生物学原始成分。任务人员怀疑他们会找到一个适宜生命生存的海洋，但在探测器到达并开展工作之前，没有人能确定。
凭借其 九台机载仪器，“快船”号还将研究欧罗巴的超凡脱俗的化学成分，绘制卫星冰冷、混乱表面的详细地图，寻找飘入太空的神秘水蒸气羽流，并使用穿冰雷达在冰冻外壳内寻找湖泊。也就是说，如果其加固的电子设备——在最近的意外事件中被证明比预期的更容易受到木星辐射的破坏——能够经受住等待着的冲击的话。
约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的 伊丽莎白·“齐比”·特托 说：“像‘快船’号这样的任务建立在以前工作的基础上。”特托领导着探测器的一个相机团队。特托还领导着 “蜻蜓”号任务，该任务计划最早于 2028 年发射以探索泰坦。“我们非常幸运在外太阳系拥有如此多样化的世界，能够为我们提供如此多的关于具有海洋的这类行星天体可能发生的各种演化的信息。”
外星海岸线
1609 年，当伽利略·伽利莱用自制望远镜对准木星并发现几个较小的光点时，欧罗巴只是他眼中的一个闪烁的光点。在绘制了它们的运动轨迹后，伽利略正确地推断出这四颗星不是遥远的背景恒星，而是木星最著名的卫星同伴。
现在，四个世纪后，欧罗巴、木卫一、木卫三和木卫四——被称为伽利略卫星——正在挑战关于适宜生命生存的温和条件可能存在于何处的陈旧观念。一段时间以来，科学家们认为宜居性主要取决于世界与其恒星辐射热量的距离；他们还认为，外太阳系是一个寒冷的区域，长期以来一直缺乏地质活动。
欧罗巴（最右边的球体，靠近邻近卫星木卫一）在这张来自 NASA“朱诺”号探测器的以木星为主的图像中几乎不引人注意，但它对于未来外太阳系探索的重要性是巨大的。
NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS（图像数据）；安德烈亚·勒克（图像处理）© CC BY
NASA 总部“快船”号的项目科学家 柯特·尼布尔 说：“在我们首次前往外太阳系时，甚至没有想到要将寻找宜居环境纳入其中。”“这根本不在我们的世界观中。”
但在 1979 年，NASA 的双子 “旅行者”号探测器 掠过木星，揭示了“火与冰的奇异新‘世界’”——木卫一上正在进行的火山喷发，木卫三上的地形被证明年龄相差数十亿年，欧罗巴上异常年轻的冰壳——以及奇怪的线索，或许，下面有什么东西在晃动。
然后，在 1995 年，NASA 的 “伽利略”号探测器 进入环绕木星的轨道，以仔细研究这颗行星及其卫星。探测器发现，在木星及其卫星彼此之间的引力相互作用下，伽利略卫星充满了地质活动。木卫一是环绕太阳运行的 火山活动最活跃的天体；欧罗巴 轻快的地形 表明，类似于板块构造的活动已经重塑了卫星冰冻的面貌，并将物质从表面转移到深处。而关于水状内部的模糊暗示？这 变得更加清晰，几乎成为确凿的证据，证明存在一个埋藏的、全球性的、咸水海洋——尽管深度未知——被包裹在厚度未知的冰冷外壳内。
现在，基于这些观测结果以及对土星 海洋卫星 的 研究，似乎一个世界的生物潜力并非完全取决于它与太阳的距离——甚至可能根本不取决于阳光，如果我们从关于热液喷口周围和我们星球其他 黑暗角落 的生命中学到的经验也适用于外星世界的话。
马修·特温布利
马修·特温布利
特托说：“我们知道那里有海洋的时间并不长，所以我认为人们花了一段时间才充分认识到其中的含义。”“现在，科学兴趣的关键领域之一是宜居性——从天体生物学的角度来看，恒星周围的宜居带有多大？”
在行星科学家多年的倡导基础上，2011 年，一个定义 NASA 科学优先事项的高级别专家委员会 建议 重点关注一项大规模任务，以研究欧罗巴及其海洋，并将这颗卫星标记为“所有行星科学中最重要的目标之一”。在此之前，NASA 的大部分天体生物学资金都集中在火星上——这个世界今天几乎肯定是贫瘠的（至少在表面上），但在三到四十亿年前，在其更温暖、更潮湿的过去，可能孕育过生命。在对火星（一颗近在咫尺的行星）的无情呼吁中，为其他世界腾出空间已被证明具有挑战性。但 2011 年的指令为一项已经悄然凝聚多年的项目注入了动力：一项由帕帕拉尔多等人构想的专门的木星-欧罗巴任务。
在 行星科学倡导团体 的帮助下，以及前众议员 约翰·卡尔伯森（来自德克萨斯州，他本人是欧罗巴爱好者，精通科学文献，并且对寻找外星生命充满热情）的关键帮助下，最终成为“欧罗巴快船”号的任务在 2015 年 获得了 NASA 的批准。然后，团队开始设计探测器，绘制其轨迹并建造仪器。“寻找地球以外的生命一直是我毕生的热情，为了真正让全世界了解我们在宇宙中的地位，”卡尔伯森说。“我从心底里知道，每个成功的太空任务都需要一位拥护者——有人来拥护资金并确保 NASA 按照科学界的意愿完成任务。所以那是我的使命。”
10 月 14 日，“快船”号发射时，卡尔伯森与 NASA 领导层一起在肯尼迪航天中心的一个阳台上。他使用大型图像稳定双筒望远镜观看探测器的升空。“这是一个非常令人欣慰、令人激动的时刻，是庞大团队努力的结果，”他回忆道。“我很荣幸成为帮助实现这一目标的一份子。”
基于 NASA“卡西尼”号探测器的数据，展示了木星广阔而致命的内部辐射带的三个视图。每个视图都来自这颗巨行星 10 小时自转的不同点，揭示了灼热、破坏探测器的辐射随时间变化的情况。
NASA/JPL
最终发射的任务与早期的概念大相径庭。但“欧罗巴快船”号是迄今为止为星际探索建造的 最大的探测器：一个重达 7,145 磅的探测器，展开巨大的太阳能电池板后，翼展超过 100 英尺。它携带世界一流的相机、磁力计、表面尘埃分析仪和有史以来最强大的质谱仪——它可以摄取分子以确定其成分和来源。
尼布尔说：“我们从未怀疑过这件事是值得的。”“这是一项史诗般的任务。这是一个让我们有机会探索一个可能在数十亿年前宜居的世界，而是一个可能在今天、现在就宜居的世界。”这也是一项任务，尽管在其漫长的孵化过程中多次侥幸逃脱了九死一生的经历，但几乎屈服于可能致命的最后一刻的情节转折。
致命的挑战
1959 年，在天文学家弗兰克·德雷克提出他著名的框架来估计宇宙中生命的普遍程度的两年之前，他将一台射电望远镜对准木星，并探测到 高速电子沿着磁力线扭曲路径运动的明确信号。这种信号被称为同步加速辐射，它的存在是因为木星的磁场足够强大，可以将带电粒子加速到接近光速。德雷克观测的含义是不可否认的：巨大的、强烈的辐射带包裹着这颗行星，有效地形成了一个未屏蔽探测器的死亡区。JPL 的“快船”号项目经理 乔丹·埃文斯 说：“木星的磁场比地球强 20,000 倍。它基本上是一个巨大的粒子加速器。”
每个注定要探索木星系统的探测器都经过特殊设计，以承受（至少在一段时间内）这些致命的辐射带。“欧罗巴快船”号也不例外，因为它的月球目的地拥有强烈的辐射环境。但在 2024 年 5 月的一次会议上，就在“快船”号计划运往佛罗里达州之前，NASA 的工程师们了解到，探测器上的一些抗辐射电路出乎意料地脆弱。这一信息来自另一个政府机构，该机构从同一家德国供应商处购买了相同的零部件。这些被称为金属氧化物半导体场效应晶体管或 MOSFET 的弱化部件是晶体管，它们基本上充当拨动开关。而这批 MOSFET 在低于承诺的辐射剂量下就会退化——事实上，剂量如此之低，以至于“快船”号是否能够存活足够长的时间来交付团队数十年来梦寐以求的观测结果都值得怀疑。
埃文斯回忆起五月的那一天，说：“我感到非常沮丧。”“很难想象前进的道路。但随后你退后一步，开始有条不紊地思考问题。”
在得知问题后的一天内，一个团队就开始着手解决这个问题。很快，他们就在“快船”号上识别出 1,000 多个有缺陷的 MOSFET。这些晶体管分布在探测器各处，并集成到每个仪器系统中；它们还在现在密封的电子舱中，这是一个经过特殊屏蔽的隔间，就像整个操作的神经中枢。任务危在旦夕。而且没有时间耽搁：如果探测器留在加利福尼亚州 JPL，以便团队可以更换有缺陷的部件，它将错过发射窗口，并且可能永远无法离开地球。帕帕拉尔多说：“我每天晚上都做噩梦。我真的是。”“这就像我们的探测器生病了，我们不知道我们是否能挺过去。这太可怕了。”
JPL 押注成功，仍然将“快船”号送往肯尼迪航天中心。在整个夏天，忧心忡忡的科学家和工程师们日夜工作，周末也不休息，以设计一个他们甚至没有造成过的棘手问题的解决方案。到八月底，他们有了一个解决方案。
欧罗巴冰冷的外表下隐藏着什么？这张非按比例绘制的艺术家概念图展示了一种可能性：一个深邃的、全球性的咸水海洋，上面覆盖着相当大的冰壳，下面是岩石核心。能量和营养物质很可能通过海底热液喷口从下方涌出，或者可能通过地壳内的对流过程从上方渗入。物质羽流可能会从地表喷射到太空，直接来自海洋或地壳内捕获的液态水储层。
NASA/JPL-Caltech
探测器不会更换每个有缺陷的部件或修改观测计划，而是按计划飞行。它将遵循其计划的 21 天环绕木星的轨道序列，绕这颗巨行星运行 80 次。在每次轨道运行中，它最多会在辐射带内花费一天时间。在其余时间里，当“快船”号在最恶劣的辐射之外时，团队可以打开探测器的一些加热器，并加热弱化的电路，以期通过称为退火的过程来修复一些辐射损伤——本质上是一种热诱导的药膏，可以重新分配带电粒子以保持开关的完整性。
考虑到它对“快船”号科学的预测的最小影响，这似乎是一个奇迹般的解决方案，而且好得令人难以置信。埃文斯说：“我一开始感到非常沮丧，然后等到一切都尘埃落定时，我感到非常惭愧。”“我对团队能够完成的工作感到惭愧。”
了解海洋世界
当“快船”号掠过欧罗巴时，它的九台科学仪器将对准这颗卫星，试图了解 这一切是如何运作的。它们将绘制表面详细地图。它们将测量冰壳的厚度，并了解它是否包含海水透镜，很像地球的南极冰盖。它们将远程研究下面的海洋，该海洋可能与富含矿物质的岩石海底接触。它们将研究卫星表面的成分，这可能会揭示更多关于隐藏的海洋以及可能为外星生态系统提供动力的化学物质的信息。
NASA 首席科学家 尼科拉·福克斯 在发射前简报会上说：“如果我们去那里，我们发现了水、能量和化学物质，那将开启一系列问题。”“如果我们去那里，我们发现没有水、没有能量也没有化学物质，那也将开启一系列问题——我们为什么会这样认为？为什么那里没有这些东西？”
换句话说，如果欧罗巴的响亮号召只不过是一首海妖之歌，那么科学家们怎么会如此可怕地误入歧途呢？（没有人期望会是这种情况，尽管所有优秀的、谨慎的科学家都会这样做，他们会等着看证据。）
NASA/JPL-Caltech
欧罗巴快船号探测器保险库板的背面（顶部）和正面（底部）视图，上面刻有来自地球的诗歌、插图和其他信息。
NASA/JPL-Caltech
当探测器飞行时，它还会寻找欧罗巴羽流的任何迹象——最初在 2013 年描述的 水蒸气羽流的初步喷发，这将是土星卫星恩克拉多斯喷发的能量地热喷泉的更小、更微妙的版本。根据 任务的传说，这些羽流是促成“快船”号交易的一部分；如果探测器足够幸运，它可以飞越羽流并直接采样欧罗巴的物质。尽管 NASA 并没有将“快船”号定位为生命探测任务，但飞越羽流可能会证明情况并非如此——但嗅探出生命迹象取决于几个不太可能发生的事件。
帕帕拉尔多说：“有很多假设，对吧？”“如果存在羽流，如果羽流与海洋相连，如果海洋富含生命——因此质谱仪可以获得足够的样本——那么它可以查看有机物的模式，我们可以尝试推断该信号是否可能指向生物过程。这并非不可能，但这是一个非常低概率的事件。”
瓶中信
“快船”号至少会为这样一种观点提供一些实地验证，即当谈到生命规则时，一个世界与其恒星的距离远非唯一重要的因素。了解宜居性的基本原理对于填写 德雷克方程 的值至关重要——德雷克方程是由推断出木星辐射带存在的同一位天文学家提出的框架，自 1960 年代初以来，该框架一直指导着寻找地球以外的生命。
帕帕拉尔多说，这些问题“真的让我回到了[德雷克]的课堂”——1984 年春天帕帕拉尔多在康奈尔大学选修的一门天文学本科课程——以及“所有这些我们即将能够了解的事情。我思考着我们在他指引的方向上走了多远。这不是一个精确的方向；这是一个广泛的方向，让我们走出去探索和搜索，”他说。“而我们正在这样做。这只是需要时间。”
从最广义的角度来看，德雷克的指纹——以及他毫不掩饰地提出关于外星生命的大问题的意愿——遍布“快船”号的任务。他津津有味地观察木星及其卫星，直到 90 多岁，经常凝视着这颗行星，因为它升起在他位于加利福尼亚州圣克鲁斯郊外山丘上的家周围心爱的红杉树之上。但德雷克（我更熟悉的称呼是爸爸）没有活着看到“欧罗巴快船”号发射。他于 2022 年去世。自从爸爸写出我们现在用来面对我们明显的宇宙孤独的公式以来，天体生物学领域已经出现并成熟。“快船”号的首席科学家们，他们中的许多人在 1970 年代或 1980 年代开始他们的职业生涯，担任“旅行者”号或“伽利略”号的博士生或博士后，现在正掌舵。下一代领先的行星科学家，他们中的许多人在我们向外太阳系发射第一批探测器时甚至还没有出生，现在正在“快船”号上工作。
特托说：“如果可以的话，它一直是弧线的一部分。”“我们在‘欧罗巴快船’号和‘蜻蜓’号”——NASA 即将进行的泰坦任务——“上非常重视的一件事是，我们有机会和责任来弥合世代之间的差距。”
艺术家构想的 NASA“欧罗巴快船”号探测器掠过木星冰冷的海洋卫星欧罗巴，这是人类划时代的外星生命探索中的热点。
NASA/JPL-Caltech
似乎，时间是探索外太阳系最需要的资源。“快船”号团队的每位成员都知道，这项任务可能是他们一生中难得的机会，可以近距离观察欧罗巴。因为当谈到外太阳系时，作为一名科学家，“这真的是一种接受，即你是比自己更伟大的事物的一部分，”尼布尔说。“你必须愿意为比你更伟大的事物做出贡献和承诺，为将要比你存在更长久的事物做出贡献和承诺。”因此，“快船”号团队决定纪念这次从一个海洋世界到另一个海洋世界的首次航行。
密封探测器保险库（其神经中枢）的是 一块 由钽金属锻造的板。在其正面，面向星星，是 “水”的视觉表现，用 103 种语言表达。在其内部，面向探测器跳动的心脏，是更私人的思考。其中之一是 美国前桂冠诗人艾达·利蒙的诗，该诗 描述了将人类、欧罗巴和地球联系起来的水的纽带。另一个是 行星科学家罗恩·格里利 的肖像，他的领导才能帮助“快船”号成就了今天的辉煌。
在板的最顶端是 德雷克方程，用爸爸的笔迹呈现。
与我们发送到太空的其他信息不同，“快船”号的信息只会传播到木星系统。当承载着我们梦想和铭文的探测器结束其任务时，它将坠入木卫三，在那里，任何搭便车的地球微生物都不太可能污染那颗卫星毫无生机的表面。在那里，保险库板及其人类记录将随着任务的结束而结束——以一种苦乐参半的结局，这将使欧罗巴及其外星生命的希望对子孙后代的安全探索保持安全。