人类探索木星为什么这么难？美媒：遥远的距离是头号难题

来源：环球时报

【环球时报特约记者 晨阳】在火星探测热潮方兴未艾之际，新一轮木星探测计划也陆续展开——欧洲航天局的“木星冰卫星探测器”率先于去年起飞前往木星；美国国家航空航天局（NASA）的“欧罗巴快船”探测器于10月15日奔赴木卫二探寻生命的踪迹；与此同时，中国国家航天局也公布计划称，中国将发射天问四号探测器，对木星和木星的卫星进行研究。为何木星近年持续吸引全球航天界的高度关注？探测木星又难在哪里？

遥远的距离是头号难题

美国“太空”网站近日解读NASA的“欧罗巴快船”探测器任务时提到，想要前往木星展开探测，遥远的距离是头号难题。尽管在太阳系行星与太阳距离的排序中，地球、火星和木星分别列第三、四、五位，但它们之间的距离分布却非常不均衡。天文学家将地球到太阳的平均距离称为1天文单位，作为对比，火星到太阳的平均距离为1.52天文单位，而木星到太阳的平均距离却达5.2天文单位，因此探测器想要前往木星，首先需要面对的就是跨越如此漫长的星际距离。

美国有线电视新闻网称，“欧罗巴快船”探测器是NASA研制的“史上最大行星探测器”，它的总重量约6吨，其中设备重量3.24吨，燃料重量2.75吨。为了尽可能地提升这颗庞大探测器的飞行速度，NASA选用了现役运载火箭中第二强的“猎鹰重型”火箭，其运力仅次于NASA为美国“阿尔忒弥斯”载人登月计划专门研制的“太空发射系统”（SLS）火箭，同时“猎鹰重型”火箭还放弃了回收模式，拆掉回收支撑架并将里面的燃料用完，以求达到全力加速的效果。即便如此，“欧罗巴快船”探测器前往木星的动力仍嫌不足，为此NASA还为其设置了相当复杂的飞行轨迹，它将花费5年半的时间，经过火星和地球引力的两次加速，才能飞越29亿公里，在2030年前后进入木星轨道。

相比之下，欧洲航天局的“木星冰卫星探测器”虽然早在2023年4月14日就发射升空，但由于缺乏类似“猎鹰重型”火箭这样的超大型火箭提供足够的初速度，“木星冰卫星探测器”不得不采用了更为复杂的飞行轨迹。据介绍，如果该探测器直接飞向木星，需要超过6万公斤的燃料，抵达木星附近后还需要更多燃料才能减速并进入轨道，远远超过了该探测器的总质量，因此它只能先后四次借助地球、月球和金星的引力提升速度和改变航向。欧洲航天局8月21日通报称，“木星冰卫星探测器”已经成功实现全球首次月球-地球飞越，利用地球和月球引力使探测器“抄近路”途经金星抵达木星。按照计划，它将比“欧罗巴快船”晚一步，预计在2031年才能抵达木星轨道。

木星探测挑战多

作为太阳系中尺寸和质量都最大的行星，木星本身就充满神秘。木星平均直径为14万公里，是地球平均直径的11倍；太阳系其他七大行星的质量合起来，也不到木星质量的一半；同时木星又是太阳系中自转速度最快的行星，自转一周仅需要9小时55分30秒。因此木星的这些奇特之处，吸引了“先驱者10”号、“先驱者11”号、“旅行者1”号、“旅行者2”号、“尤利西斯”号、“伽利略”号、“卡西尼”号、“新地平线”号探测器等多批航天器的光临和拜访。

但木星自身的特殊性也为这些探测器带来空前的挑战。例如木星有着太阳系行星中最强的磁场，其磁场强度相当于地球磁场的14倍。木星磁场与太阳风的相互作用，导致木星附近数百万公里内都存在高强度辐射带，其强度甚至足以杀死人类宇航员。早先NASA的“伽利略”号探测器就因为对此准备不足，先后发生了20多处故障。后续发射的木星探测器尽管都额外强化了防辐射装置，但仍很难长时间地抵近木星展开科研活动。

同时由于木星与太阳的距离非常遥远，在木星附近的探测器能接收到的太阳能功率仅为地球附近的1/25。对于需要依靠太阳能发电的大型探测器而言，想要获得足够的电力，巨大的太阳能帆板必不可少。例如“欧罗巴快船”探测器配备的一对太阳能帆板展开后总跨度达到30.5米，比一个标准篮球场还要宽，是NASA为行星探测任务开发的最大尺寸的太阳能帆板。同时当探测器处于木星的阴影中时，温度将降至零下240摄氏度，因此这些设备还必须能在如此极端的低温环境中运行。

木星的吸引力在哪里？

“太空”网站提到，近年来木星探测计划日益受到重视的原因，在于环绕它的小行星。木星拥有多颗卫星，向来有着“小太阳系”之称，被形容为“具备一个小型太阳系的所有要素”。此前探索表明，木卫二（又被称为“欧罗巴”）和木卫三表面覆盖着一层厚厚的冰，冰面下可能存在海洋，这类卫星也被称作冰卫星。欧洲航天局的“木星冰卫星探测器”正是为此而来，它携带有光学照相机、光谱仪、磁力仪等科学仪器，将研究木星卫星表面的冰壳及化合物成分，以及木星大气层和磁场。科学家们认为，木卫二和木卫三是“可能的生命居所”，但木卫二的轨道完全处于木星辐射带内，面临超强辐射的持续照射，因此“木星冰卫星探测器”对木卫二的考察时间较短，将主要探测木卫三，后者是太阳系中最大的卫星，也是唯一已知拥有磁场的卫星。

“欧罗巴快船”的探测重点则有所区分，主要聚焦于木卫二上。科学家发现，木卫二的含水量可能相当于地球海洋总和的两倍，而木卫一、木卫三对它的潮汐加热作用，使其内部海洋保持液态形式，适合生命的存在。按照计划，“欧罗巴快船”将不会长时间环绕木卫二飞行，而是围绕木星轨道时飞越该卫星近50次，并逐步构建起木卫二的全球扫描图，探测器上搭载的磁场仪器将精准测定海洋的深度和盐度；质谱仪则能够“品尝”喷流物质并分析其成分；地面穿透雷达将穿透冰壳探测水体的存在；红外仪器将扫描表面以搜寻有机物质的蛛丝马迹并进行热成像。NASA明确表示，木卫二的海洋深处是否存在可能支持生命的环境，是此次“欧罗巴快船”任务的核心目标。

目前中国也在推进木星探测计划。中国国家航天局系统工程司司长杨小宇10月15日在新闻发布会上介绍说，中国将发射天问四号探测器对木星和木星的卫星进行研究，对木星的空间和内部结构进行探测，揭示其奥秘。在2022年9月举行的第73届国际宇航大会上，中国国家航天局探月与航天工程中心研究员王琼曾介绍说，天问四号包括两个探测器，其中主探测器将深入木星系，并进入木卫四的轨道，而较小的副探测器，将对天王星进行飞掠式探测。