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欧罗巴快船：美国宇航局新天体生物学任务指南，旨在探索木星的卫星欧罗巴

发布时间：2025-10-30 11:20:28 来源：创意视界网 作者：文化背景

美国宇航局的欧罗巴快船任务将寻求表征欧罗巴内部的海洋。(Image credit: NASA/JPL-Caltech)
（神秘的船美地球uux.cn）据美国太空网（By Keith Cooper）：欧罗巴快船是美国宇航局的任务，旨在探索木星的国宇卫星欧罗巴，并确定其地下海洋是航局否适合居住。
它计划于2024年10月6日发射，新天星搭载SpaceX猎鹰重型火箭。体生
科学家称，物学卫星欧罗巴是任务由意大利天文学家伽利略·伽利雷于1610年发现的，是指南旨探太阳系中最有希望寻找地球以外生命的地方之一。
欧罗巴快船什么时候下水？索木
耗资50亿美元的欧罗巴快船飞船计划于2024年10月6日从佛罗里达州肯尼迪航天中心的39A发射中心发射升空，搭载SpaceX猎鹰重型火箭。欧罗欧罗首先，巴快巴它将朝向火星。船美
2025年2月27日，国宇欧罗巴快船将从这颗红色星球获得一个引力辅助，窃取火星的一些动量，将其甩回地球。美国宇航局的欧罗巴快船任务页面解释说，2026年12月1日，飞船将获得地球引力的帮助，并被高速抛向木星。轨道科学家称之为火星-地球重力辅助(MEGA)轨道。
木卫二快船什么时候到达木星？
欧罗巴快船将于2030年4月11日抵达木星，届时它将进入一个围绕这颗气态巨行星的漫长环形轨道，科学家在发表在《制导、控制和动力学杂志》上的一篇论文中解释道。根据科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室的说法，该航天器将花费一年时间调整其围绕木星的轨道，微调其轨道，使其足够接近木卫二，以进行近50次近距离飞越中的第一次。
因为辐射的危险，欧罗巴快船将环绕木星而不是欧罗巴。木星有几十颗卫星；四颗最大的卫星被称为伽利略卫星。按照它们与木星的距离排列，它们是火山木卫一(它如此接近，以至于被木星巨大的引力所拉伸和挤压)、木卫二、木卫三和木卫四。美国宇航局解释说，作为木星之外的第二个大卫星，木卫二位于木星磁气圈的深处，这是由木星强大的磁场产生的巨大磁封套。带电粒子以等离子体的形式在磁气圈中穿梭，如果飞船停留在磁气圈深处，其能量足以烧毁飞船的电子设备。
因此，欧罗巴快船，就像美国宇航局之前的朱诺任务一样，将采用椭圆形轨道，使其远离木星和大部分轨道的辐射，然后一次又一次地靠近欧罗巴，然后返回。这将允许航天器每次飞越月球的不同部分，以调查整个表面。
欧罗巴快船为什么要去木星附近？

艺术家的插图显示了木星卫星欧罗巴的内部可能是什么样子。(Image credit: NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll)
美国宇航局正在派遣一艘宇宙飞船调查木卫二，因为它是太阳系中最有希望寻找外星生命的地方之一。几项任务——包括先锋10号和11号，旅行者1号和2号，伽利略号，朱诺号，卡西尼号和新视野号——收集了强有力的证据，表明木卫二内部包含一个巨大的海洋，根据美国宇航局的估计，在一个厚2至20英里(3至30公里)的冰壳下。
天体生物学家想知道哪里有水，哪里就有生命。欧罗巴快船将至少近距离飞越木星卫星45次。从飞船在木卫二表面上方的有利位置，木卫二快船应该能够发现木卫二海洋中的条件是否适合我们所知的生命。
专家解答的欧罗巴快船常见问题
我们向在加州喷气推进实验室研究木卫二快船的NASA博士后研究员马歇尔·斯蒂辛斯基(Marshall Styczinski)询问了一些关于这次任务的常见问题。
马歇尔·斯蒂辛斯基美国宇航局博士后研究员
Marshall Styczinski是美国宇航局的博士后研究员，在加州喷气推进实验室研究木卫二快船。
为什么木卫二对行星科学如此重要？
我们有强有力的证据证明那里有液态水海洋！所有已知的生命都需要水，海洋中的条件可以告诉我们很多关于木卫二的历史，以及为什么它看起来是这样，从里到外。更好的是，木卫二的海洋很可能与多岩石的海底接触。这意味着我们预计化学反应会产生热液喷口，就像在地球的海洋中一样。热液喷口支撑着地球上欣欣向荣的生态系统，所以它们可能在欧罗巴上做着同样的事情。
木星的强烈辐射也会在表面产生氧化剂。微生物需要氧化剂，就像地球上的火需要燃料和氧气来维持燃烧一样。除了热液喷口产生的气体，欧罗巴的海洋中可能还有生命开始、生长和生存所需的一切。了解这些活动在木卫二内如何进行以及在何处进行，将有助于我们确定木卫二内是否存在生命，以及我们如何将同样的技术应用于其他卫星和行星。
木卫二快船将寻找什么可居住的迹象？
这么多东西！欧罗巴快船上的所有调查都是为了更好地了解欧罗巴，包括海洋是否适合居住。其他地方，比如冰壳的融化部分，也可能适合居住，如果我们能找到它们，我们也会研究它们。我的专长是磁场和地球物理学，所以我会说。
我们可以通过结合重力场、磁场和冰穿透雷达的测量来限制海洋的特性。重力帮助我们计算出海底有多深，磁场与溶解在水中的盐的数量和类型有关，雷达可以在飞越时告诉我们冰壳的厚度。
我们需要其他仪器的测量结果来更好地了解海洋中可能存在哪种盐。当我们把所有的东西放在一起，我们可以推断出海洋存在的压力、温度和含盐量。然后，与类似的地球环境进行比较，让我们了解海洋的可居住性。透过20英里(32公里)厚的冰层向下窥视海洋需要做很多事情！
我们认为欧罗巴的海洋有多深？
我们从伽利略号上获得的测量数据给出了海洋深度和其上冰壳厚度的一个相当大的范围。大多数估计海洋深度在31到93英里(50到150公里)之间，冰壳厚度在3到25英里(5到40公里)之间。这些估计来自对木卫二的重力场、磁场和表面状况的解释。一些表面特征——如温度、陨石坑形状和地形类型——将冰壳的厚度限制在一定范围内。冰壳如何随时间变化的地球物理模型对于解释测量结果也很重要。
太空船在木星会受到多少辐射？
我们有一个指南，说明欧罗巴快船能够承受多少辐射，并仍能正常工作。宇宙飞船对辐射的反应与人类不同，所以这些数字有点难以联系起来。在目前的任务计划中，我们预计在不到50次的飞越中接收大约3兆拉德(Mrad)。Europa Clipper设计有抗辐射组件，为强辐射做好了充分准备。这项任务是围绕木星的椭圆形轨道设计的，这使我们有足够的时间在远离行星的低辐射环境中发回我们在接近木卫二时收集的数据。
基于我有史以来最喜欢的图表之一XKCD辐射图——和我对航天器将经历的辐射类型的估计，在每次飞越中，木卫二快船将承受大约6到10倍于人类的致命剂量。不过，这种辐射量对飞船来说并不是什么大问题，因为它在计算方面有很多冗余设计，并且由坚固的部件制成。在这个项目上，我们有很多优秀的工程师，他们有针对这些环境进行设计的经验！
关于欧罗巴快船的一切
欧罗巴快船将是美国宇航局向另一个行星系统发射的最大的航天器。欧罗巴快船的大部分尺寸来自其太阳能电池板阵列，当部署时，将跨越100英尺(30米)——比一个网球场长。因为木星离太阳的距离，它必须这么大；这颗巨大的行星离太阳的距离是地球的五倍，那里的太阳光线比照亮我们星球的光线弱25倍，所以需要更多的面积来收集足够的阳光为航天器提供动力。没有太阳能电池板，飞船的大部分高度为16英尺(5米)。欧罗巴快船的“干质量”——即不包括燃料的质量——为7145磅(3241千克)。根据美国宇航局的说法，发射时，它的油箱装满了推进器燃料，欧罗巴快船将大约13，000磅(6，000公斤)。
为了抵御木星和木卫二附近环境的有害辐射，飞船的电子设备被封装在一个0.3英寸厚(9毫米)的铝壁装甲“拱顶”内，类似于美国宇航局朱诺飞船上辐射拱顶的设计。
欧罗巴快船仪器
欧罗巴快船上的许多科学仪器将被用来彻底描述这颗冰冷的卫星。
木卫二成像系统(EIS，发音为“ice”)包括广角和窄角800万像素相机，将对木卫二表面的90%进行成像，分辨率至少为每像素330英尺(100米)。美国宇航局表示，在最近的飞越中，当航天器到达距离月球16英里(25公里)以内时，图像分辨率将高达每像素1.5英尺(0.5米)。
木卫二热辐射成像系统(E-THEMIS)将在红外光下观察木卫二的表面，寻找可能表明更接近表面的液态水存在的更温暖的区域。
木卫二的测绘成像光谱仪(MISE)将把木卫二表面反射的光分成光谱。光谱中的任何暗线或亮线都会暴露出某些分子的存在，如对生命至关重要的有机分子，以及各种冰和盐，它们可以给出地下海洋组成的一些指示。
欧罗巴紫外摄谱仪(欧罗巴-UVS)也将把来自欧罗巴表面的光分解成其成分波长——在这种情况下，是紫外光——再次在光谱中寻找发射线和吸收线，这将揭示表面冰的分子组成。该仪器还将寻找通过地表喷口喷出的水蒸气羽流；这些喷流先前已经被哈勃太空望远镜探测到。
木卫二高高喷射在表面上方的水羽流也将由行星探索/木卫二质谱仪(MASPEX)进行研究，该质谱仪将在航天器飞过羽流时从羽流中收集气体。MASPEX将分析这些气体，寻找可能构成生命的有机分子，或可能作为微生物生命食物来源的分子。
表面尘埃质量分析仪(SUDA)也将研究来自木卫二的物质——在这种情况下，分子通过微陨石的持续轰击从表面爆炸。根据美国国家航空航天局的说法，微小的撞击分散在冰冷的表面，以至于在任何时候，都有大约1100磅(500公斤)的表面物质漂浮在木卫二脆弱的“大气层”中，称为外逸层。研究这些微小的冰和尘埃颗粒给了木卫二Clipper一种无需着陆直接评估表面物质的方法。
欧罗巴评估和探测雷达:海洋到近地表(REASON)是一种穿透冰的雷达，它将观察欧罗巴表面以下，搜索来自下面海洋的雷达回波，或冰壳中的液态水袋，以确定壳的厚度和海洋的深度，并根据雷达反射提供一些关于冰壳结构的线索。
Europa Clipper磁力计(ECM)也将能够通过研究木星巨大的磁气圈在Europa盐海洋中诱导的磁场，确定海洋深度和盐度以及冰壳厚度的细节。当木星绕其轴旋转时，磁气圈也在旋转，磁气圈的时间变化会影响木卫二的感应磁场。通过探测这些变化，ECM小组希望了解一些关于磁场产生的海洋的情况。
同样，用于磁探测的等离子体仪器(PIMS)将研究木卫二如何与木星的磁层和其中包含的等离子体(带电气体)相互作用。PIMS将寻找欧罗巴磁场扭曲磁层的地方，从而揭示更多关于海洋深度、电导率和冰壳厚度的信息。(欧罗巴的磁场会因海洋深度不同而表现不同。)
除了这些仪器，欧罗巴快船将携带重力/无线电科学实验。使用地球和欧罗巴快船上的无线电天线，科学家将能够测量欧罗巴的重力场。他们将通过测量当木卫二在其椭圆轨道上靠近木星时，而不是远离木星时，木星的引力如何拉动和拉伸木卫二的形状来实现这一点。木卫二经历的潮汐力略微改变了卫星的形状，使其更加扁圆，同时也改变了木卫二重力场的形状。通过测量无线电信号在穿过这种变化的重力场时如何受到影响，科学家将更好地了解木卫二内部的弯曲程度。它弯曲得越厉害，海洋就越深，冰壳就越薄。
欧罗巴快船会发现生命吗？
简而言之，答案是否定的。欧罗巴快船任务的首要目标是确定欧罗巴海洋的可居住性。为了查明它是否真的有人居住，需要在表面着陆，钻透冰壳，进入海洋。
木卫二快船任务的科学目标是什么？

利用这张美国宇航局的信息图，更详细地探索木星的冰卫星欧罗巴。(Image credit: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech)
欧罗巴快船有三个科学目标:确定冰壳的厚度，了解海洋与表面的相互作用；分析海洋的成分，以确定它是否真的有形成和维持生命的成分；并绘制木卫二的地质图，寻找近期构造活动的迹象，重新浮出水面或水蒸气羽状物可能正在排放的区域，这可以告诉我们更多关于海洋深度的信息。
行星科学家认为，欧罗巴的海洋水量可能是地球所有海洋水量总和的两倍。他们还认为，在木卫二岩石核心和海底之间的界面上，可能存在热液喷口，作为潜在微生物生命的能源。
木卫二无空气的表面很冷，正午时分赤道温度约为零下225华氏度(零下143摄氏度)，尽管海洋温度较高，但其中的盐起到了防冻剂的作用。但是木卫二被认为已经保持了40多亿年的地质稳定性，所以尽管条件寒冷，那里的任何潜在生命都有足够的时间发展和进化。

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