正如美国国家航空航天局昨天宣布的四个可能的任务所证明的那样，美国国家航空航天局已准备好处理太阳系中一些未完成的工作。它们是该航天机构“发现计划”竞赛的决赛入围者，这是一场类似创智赢家的对决，实验室和大学在其中提出了小型、重点明确的航天器来探索不同的世界。提交给 NASA 审议的想法超过十几个，每个想法的设计成本都低于 5 亿美元。在现在剩下的四个中，明年只会选择两个，甚至可能只有一个用于最终飞行。
美国国家科学院、工程院和医学院空间研究委员会主席玛格丽特·基维尔森说：“这是一个有趣的组合。” “它们是经过深思熟虑的任务——并且针对的是引人入胜的天体。” 正在考虑的航天器将前往木星卫星木卫一，太阳系中最活跃的火山天体；金星，被认为是地球的“邪恶双胞胎”，因为尽管金星在大小、质量和成分上与我们自己的星球几乎相同，但其环境条件却像地狱一般；以及海王星的卫星海卫一，据信它拥有地下海洋。
基维尔森说，拟议的木卫一火山观测器非常适合在木星开展广泛而持续的科学活动。美国国家航空航天局计划最早在 2023 年发射数十亿美元的“旗舰”飞船“欧罗巴快船”，以调查该任务的同名卫星：冰冷的木星卫星欧罗巴，它也拥有地下海洋。抵达后，“欧罗巴快船”的研究将寻求确定那个黑暗的海洋是否可以维持我们所知的生命。与此同时，欧洲航天局将于 2022 年发射 JUICE（木星冰卫星探测器），这是一个飞往木星最大卫星木卫三的轨道飞行器。这两艘飞船都可能在 NASA 的朱诺号任务的运行寿命内抵达，朱诺号目前正在研究木星的内部。“你可以想象，如果木卫一观测器在木星，同时欧罗巴快船可能也在那里，朱诺号可能正在工作，JUICE 在木卫三——你可以想象我们之后会对木星有多么了解吗？”
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任务决赛入围者中的两个——DAVINCI+ 和 VERITAS——的目标是进一步研究金星。如果使用其中任何一个，都将标志着 NASA 重返地球这个麻烦的近邻，尽管已经迟到了。自 1989 年以来，该机构就没有发射过专门的金星探测器——对于渴望像我们有条不紊地研究火星一样探索这个世界的整整一代科学家来说，这是一个痛苦的延迟。随着银河系各处系外行星的发现，“比较行星学”已成为一个紧迫的研究领域：两个极其相似的行星是如何演变得如此不同的？
为了回答这个问题，DAVINCI+（或称金星深层大气层惰性气体、化学和成像增强探测器）将漂移到金星表面，精确测量其大气成分，并使用机载相机在下降过程中拍摄图像。VERITAS（金星发射率、无线电科学、InSAR、地形和光谱学的缩写）将绕金星轨道运行并绘制整个行星的地图，构建三维地形，并寻求更多地了解为什么这个大致类地球行星缺乏水，并且表面温度高到足以熔化铅。
“三叉戟”号是一项“飞掠”任务，不会进入其目的地轨道，它将证实或质疑海王星最大卫星海卫一上是否存在地下海洋，海卫一被认为是来自太阳系后方更远处的捕获天体。关于海卫一假定的海洋的问题至少可以追溯到 1989 年，当时 NASA 的“旅行者 2 号”宇宙飞船部分绘制了该卫星的表面地图，并在飞掠期间目睹了从内部喷射到太空的蒸汽柱。如果这些羽流源于内部海洋，那么这一发现可能会将所谓的宜居带——恒星周围存在液态水且生命有可能存在的区域——扩展到涵盖整个太阳系。
基维尔森曾帮助发现了欧罗巴的海洋，她说“三叉戟”号任务以及它揭示海卫一存在液态水的可能性将符合行星科学的更广泛模式。“我们现在知道（土星卫星）土卫二和土卫六的表面下都有海洋，这真是太了不起了——有点像发现系外行星，”她说。“不久前，我们还不知道除我们自己的恒星之外的任何恒星都有太阳系。而现在几乎我们看到的每一颗恒星都有。它符合同样的模式：我们看得越多，发现的就越多。这极大地改变了我们对外行星卫星的看法。”
“三叉戟”号抵达海王星系统的时间将比“旅行者 2 号”晚半个世纪。从历史上看，前往外太阳系的任务的价格标签高达数十亿美元。“三叉戟”号首席研究员路易丝·普罗克特说，因此，她的团队的项目将从根本上改变 NASA 小型行星任务级别可能实现的目标。“在此之前，还没有‘发现’任务被实施飞越木星系统，即距离太阳 5 个天文单位（AU）的地方，”她说（一个天文单位是地球到太阳的距离）。“我们将前往 30 个天文单位。从来没有人想到我们可以在如此有限的预算下在外太阳系深处进行这种基础科学研究。”
“三叉戟”号进入“发现”号决赛的过程非常艰难。NASA 最初禁止在该竞赛中使用核动力源。普罗克特、她的团队和外行星界强烈反对这一决定，他们认为，如果没有核动力源，外太阳系深处实际上将被关闭，无法进行探索。（太阳能电池板在距离太阳如此遥远的地方毫无用处。）他们的论点占了上风。
普罗克特说：“我们很高兴能离探索太阳系中最奇怪的冰冷世界之一又近了一步。” “我们将回答一些基本问题，例如一个被捕获的世界是否可以成为海洋世界，冰冷世界是如何演化的，以及为什么海卫一今天可能仍然活跃。我们还将为太阳系中任何世界中最大的剩余未测绘表面成像。”
“三叉戟”号是唯一一个进入决赛的、以前没有参加过“发现”竞赛的任务。“维瑞塔斯”号和 DAVINCI+ 号的早期版本是之前竞赛的决赛入围者，而这一次包括木卫一火山观测器（IVO）第三次尝试入选。IVO 提案的每次迭代，其首席研究员阿尔弗雷德·麦克尤恩说，都见证了工程突破和增强的科学潜力。该飞船试图回答的问题之一是木卫一是否拥有岩浆海洋。这种内部熔岩体对于理解类地行星的演化至关重要。此外，麦克尤恩说，IVO 将使行星科学家能够完成对木星四颗最大卫星的研究——这些卫星形成了一个相互关联的系统，具有独特的轨道共振和其他复杂的相互作用。“你真的无法孤立地理解这些世界中的任何一个，”他说。“我们需要木卫一的数据来完成科学研究。”
木星系统可能比环境恶劣的金星更加恶劣，行星周围环绕着灼热的辐射带，并沐浴着木卫一和其他附近的卫星。在亚利桑那大学和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室开发的 IVO，从“欧罗巴快船”任务中获益匪浅，“欧罗巴快船”任务必须在辐射场中最恶劣的部分生存下来。“在‘欧罗巴快船’仪器开发和解决木星环境问题上花费了大量资金，”麦克尤恩说。IVO 将使用这些抗辐射仪器的近乎复制品，从而节省开发成本。此外，该飞船将由高效太阳能电池板供电，这项技术已由朱诺号验证。
四个候选任务团队将在接下来的九个月中编写详细的概念研究报告，截止日期为 11 月。届时，NASA 将审查这些报告，并对它们进行全面的、独立的“技术、管理和成本”审查，以及完成对任务科学的评估。此外，未来的任务还将接受为期一天的“现场考察”，审查员将在其中与提案团队面对面会面，提案团队将展示他们的项目，然后接受问答环节，一位 NASA 内部人士将其描述为“非常有趣但非常紧张”。
入选飞行的任务将于 2021 年 6 月左右宣布，最早可能在 2025 年 1 月发射。