作者:马卓敏 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/4/21 15:47:40
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“JUICE”:开启木星探测新纪元

 

近日,据美国国家航空航天局(NASA)官网消息,NASA将与欧洲空间局(ESA)携手探索木星及其卫星,这一合作目前已进入实施阶段。

据报道,欧空局的“木星冰月探测器(JUICE)”将于2022年左右发射,2029年到达木星,随后花费4年时间,对这颗三百倍于地球质量的巨行星的磁层、湍流大气及伽利略卫星进行深入探测。NASA将为此次任务提供紫外线光谱仪、“冰月探测实验雷达”子系统等。

从“伽利略号”到“朱诺号”再到今天进入实质性阶段的“JUICE”,人类从没有停止过对木星的探索。而“前辈”造就的辉煌已成过去,今天的“JUICE”到底还有哪些用武之地呢?

以探索木星卫星为目标

如今,已为地球发回数张木星清晰图片的“朱诺号”,不仅对木星重力场、磁场和极地磁层进行了测量,还为人类搜索了关于木星形成的各种线索,包括木星岩心、深层空气存水量以及每小时可达618公里速度的飓风。

参与过多项ESA 和NASA国际空间任务的北京大学空间科学与探测中心主任宗秋刚告诉《中国科学报》记者,“JUICE”此次计划的目标并非针对木星本身,而在于研究围绕 木星运行的三颗伽利略卫星:卡里斯托(Callisto)、欧罗巴(Europa)、加尼美得(Ganymede),其中以Ganymede为主要研究对 象。

相较于“朱诺号”,“JUICE”的重点在于对木星卫星表面和内部结构进行研究,包括掌握卫星与木星的相互作用情况以及卫星自身的化学成分。“这是因为科学家判断在这些卫星的外部冰壳下面存在大面积海洋,此次计划的目的之一就是要确定这些卫星液体海洋的性质。”宗秋刚表示。

之所以以Ganymede为主要研究对象,是因其是太阳系中唯一已知的含有自身磁场的卫星,因此“JUICE”将进一步研究该颗卫星与木星磁场之间的相互作用过程,而这将有助于人们理解木星系统的演化以及动力学全过程。

“对于Europa,‘JUICE’也计划有两次实质性飞掠。”宗秋刚介绍,科学家重点在于发现Europa上包括有机分子在内的构成生命的基本化学成分,并理解其表面的形成特征和非水冰组成材料。

除上述任务外,“JUICE”还将发现木星系统变化过程的多样性以及三大卫星在地质尺度上的稳定环境状态,包括其与整体伽利略卫星引力之间的耦合及其对伽利略卫星系统长期的潮汐影响等。

适合生命生长的类地环境

“考虑到木星及其卫星就像一个迷你的太阳系,对其研究可以帮助我们了解像太阳这样的恒星系统及其一众行星的形成和演化。”宗秋刚强调,Europa是太阳系储水量最大的卫星,Ganymede的地形特征表明其很有可能发生过类似地球的板块活动。

此外,木星与地球一样都是偶极场,在与太阳风的相互作用下可以形成磁层,并形成辐射带。同时,由于太阳风与磁层的作用,木星上存在着持续时间长、强度大的极光,这样的环境与地球磁场环境极其相似,将为人类了解日地空间的耦合起着重要作用。

“无论是木星还是其卫星,对于人类了解宇宙及宇宙生命的意义都十分巨大。”宗秋刚表示,一旦人类通过探测器了解木星或其卫星上真有生命存在,通过对比该生命体与地球上的生命体在组成、结构上的不同之处,我们可以进一步探究不同环境对于生命演化的具体影响。

南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇也表示,木星卫星可能像地球一样适合生命生长。他指出,作为一颗远离太阳的星球,如果真有生命存在,光照、温度对于生命体孕育的作用情况可能需要被重新考虑。周礼勇认为,人类可能还要因此为所谓行星系统内的“宜居带”下出新的定义,并且为生命发生、发展的具体条件给出新的结论。

“木星卫星与类地行星有些相似,虽然表面温度低,但由于冰层下面可能是液态的海洋,有内部的热源,可能存在某种生命形式。”南京大学天文与空间科学学院教授陈 阳认为,这也是此次木星卫星成为人类探索地外生命焦点的原因。“如果在木星卫星上寻找到某种形式的生命,对人类了解生命形成的条件、生命形式的多样性、生 命的进化以及地球生命的起源,都有巨大的启发意义。”

无法“着陆”的探测器

虽然木星及其卫星对人类探索宇宙奥秘意义重大,但木星强大的磁场,磁场与太阳系作用引起的强大辐射则成为了阻止人类探测器成功抵达木星的关键。

陈阳强调,木星是个高温气态行星,人类对木星的“实地”探索,还不可能通过“着陆”手段,而只能通过航天器掠过、绕转、穿刺等方式,来研究木星的磁场强度和方向、气体的组份以及温度、密度、压强等特性和参数。

周礼勇表示,这样的特殊探索方式也为航天探测器的飞行轨道精确度、科学载荷计算以及与地球之间的通讯带来了极大的挑战。此外,陈阳认为,木星附近宇宙线及其辐射强于太阳系内大多数地方,这对于航天器来说也是个大问题,必须做好特别的防护措施。

“人类要想成功到达木星还需要做更加充足的准备,包括对木星及其卫星的组成、重力场、磁场、内外部结构等的进一步了解,以及对于航天器设计上的进一步突破。”宗秋刚表示。

 
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