如果在未来几年内,美国宇航局和其他航天机构正在制定的计划获得批准,那么在2020年代,多艘航天器将在木星及其伽利略卫星之间进行精心编排。这些协调合作的行动的绝大部分将集中于围绕欧罗巴轨道运行,并可能在其上着陆。欧罗巴是一个在科学上引人入胜的世界,该卫星冰壳下的液态海洋的证据指向可能存在外星生命的地方。
今年2月,美国宇航局选择了一次欧罗巴之旅,作为该机构前往外太阳系的“旗舰”任务的优先事项,超越了对土星卫星泰坦的提议访问,该访问被认为需要进一步研究和技术开发。
目前被称为欧罗巴木星系统任务(EJSM)的总体计划包括一艘名为木星欧罗巴轨道飞行器(JEO)的美国宇航局航天器,该航天器在对木星环境进行更广泛的巡视后将进入围绕欧罗巴的轨道。此外,欧洲航天局(ESA)单独发射的轨道飞行器将专注于该行星最大的卫星盖尼米德,而日本探测器将监测木星的磁层。
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另一种可能性——尽管仍处于早期讨论阶段——是单独发射的俄罗斯航天器(pdf)将被送往欧罗巴着陆。该探测器可能会被安排在 JEO 收集有关可能着陆点的数据后不久抵达,着陆器的精确目标将在途中进行编程。
美国宇航局欧罗巴任务科学定义团队的联合主席、亚利桑那州立大学行星地质学家罗纳德·格里利说,在欧罗巴着陆“并非易事,主要是因为我们并不真正了解地表在米和亚米尺度上的情况”。“我们不知道冰面有多粗糙,或者它可能有多么破碎,或者坡度是什么样的。”收集此类信息一直是计划中的轨道飞行器的核心目标,无论是针对可能的俄罗斯探测器还是后续着陆器。
“欧罗巴是一个迷人的物体,”格里利说。“它本质上是一个像我们月球一样的岩石世界,但它周围有一个大约 100 英里 [160 公里] 厚的水壳。表面是冻结的。它可能一直冻结到底——我们不这么认为。我们认为它是一个相对较薄的冰壳,但这就是我们想要弄清楚的。” 他指出,欧罗巴可能拥有地球上三倍的液态水。
由于长期暴露在木星强烈的辐射带中,欧罗巴的表面是一个极其恶劣的环境。美国宇航局欧罗巴任务研究经理卡拉·克拉克观察到,最上面的冰层将被“消毒”。因此,寻找可能存在的生命将需要深入研究。“如果有一个着陆器或一系列着陆器,”她说,“最终目标是进入冰层下方。” 木星的辐射也会缩短任何着陆器以及 JEO 的活动时间,尽管其电子设备经过了严密的屏蔽,但它可能只能在轨道上运行几个月。
据估计,JEO 的成本为 27 亿美元,需要国会批准,美国宇航局官员希望在未来一两年内获得批准。同样,EJSM 中提出的其他航天器也将需要各自政府的批准。
根据美国宇航局的临时时间表,JEO 将于 2020 年发射,2025 年抵达木星系统,并在次年开始围绕欧罗巴运行。美国宇航局的探测器还将近距离飞掠木星的另一颗卫星艾奥,而欧洲航天局的轨道飞行器,名为拉普拉斯(以法国数学家和天文学家命名),将调查卡利斯托和盖尼米德。拥有三个轨道飞行器(包括日本的探测器)将有助于对木星的磁层进行彻底调查。
俄罗斯着陆器的好处之一是,它的表面数据将提供科学家们所谓的“地面实况”,以校准欧罗巴轨道飞行器的远程全球测量结果。此外,英国的一个科学团队正在提议在 NASA 或 ESA 轨道飞行器上放置一个穿透器(pdf),长约半米,携带小型科学有效载荷,将其分离并撞击到欧罗巴或盖尼米德的表面。
一些科学家认为 EJSM 的国际合作是未来机器人太空探索的典范。“旗舰任务非常昂贵。如果我们能够开始在国际层面进行合作,这肯定会增强科学研究和我们进行此类调查的频率,”新墨西哥州立大学天文学教授丽塔·比比说。
此外,通过单独的发射和资金,即使其他部分未能实现或在飞行中发生故障,整个计划的部分也可以产生有价值的数据。“如果 ESA 轨道飞行器未获得确认,美国宇航局的轨道飞行器可以单独飞行并进行出色的科学研究,”美国宇航局的克拉克说。“反之亦然,如果美国宇航局的轨道飞行器最终未能通过该过程,那么 ESA 的轨道飞行器也可以单独飞行,并再次独自完成出色的科学研究。”