來源：光明日報

木衛(wèi)二是一顆冰封的木星衛(wèi)星，也是太陽系內(nèi)最有希望孕育地外生命的地方。科學(xué)家推測，木衛(wèi)二的冰層下可能藏著一片覆蓋整個衛(wèi)星的咸水海洋，其中蘊含著孕育生命所需的一切元素：能量、化學(xué)物質(zhì)和水。這片隱秘海洋蘊藏的水量可能比地球海洋總水量還要多。迄今最大的行星探測器已開始遠(yuǎn)航，它正前往木衛(wèi)二執(zhí)行探索任務(wù)，以幫助人類理解可能宜居的環(huán)境。

探索“海洋世界”

數(shù)十年來，木衛(wèi)二一直吸引著搜尋外星生命的空間科學(xué)家。但派遣探測器探測地外海洋絕非易事，更非急功近利者所能為。外太陽系的探測任務(wù)耗時漫長，許多參與這些項目的科學(xué)家都深知，自己可能無法親眼見證任務(wù)終結(jié)。

2024年10月14日，一艘飛船從美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的發(fā)射臺飛入湛藍(lán)的晴空。在美國空間探索技術(shù)公司（SpaceX）“獵鷹重型”運載火箭的推動下，美國航空航天局（NASA）的木衛(wèi)二探測器“歐羅巴快船”很快掙脫地球引力的束縛，駛向木星系統(tǒng)。它將前往木星覆滿冰霜的衛(wèi)星木衛(wèi)二，探索太陽系最有希望孕育地外生命的海洋世界。

NASA噴氣推進(jìn)實驗室的主任勞麗·萊欣在“歐羅巴快船”發(fā)射前的簡報會上講道，“我為人類選擇追求這些道阻且長的目標(biāo)而自豪，比如，去遙遠(yuǎn)的木星，探索未知的事物”。噴氣推進(jìn)實驗室主導(dǎo)了“歐羅巴快船”的建造工作。

經(jīng)過20多年的精心籌備，“歐羅巴快船”終于發(fā)射升空。然而，這僅僅是這艘耗資52億美元的探測器下半段征程的起點。“歐羅巴快船”將借助地球與火星的引力助推，沿著螺旋軌道加速。這段外太陽系之旅全程將跨越近29億千米，耗時約6年。2030年抵達(dá)木星軌道后，探測器將環(huán)繞這顆風(fēng)暴肆虐的巨行星飛行，并在4年內(nèi)49次飛越木衛(wèi)二。

木星與外太陽系的其他天體僅能被微弱的陽光映照，至今仍籠罩在未知的迷霧中。但“歐羅巴快船”任務(wù)標(biāo)志著一個新時代的到來，我們將一步步驅(qū)散迷霧，逐漸清晰地揭示這些天體地表下的神秘海洋。如今，科學(xué)家不僅將目光聚焦在木衛(wèi)二，還有更多蘊藏海洋的冰質(zhì)衛(wèi)星，例如土星的土衛(wèi)六和土衛(wèi)二。這些衛(wèi)星都可能適宜生命生存，甚至可能存在生命。

“這標(biāo)志著我們正踏上探索全新天體‘海洋世界’的征程。而幾十年前，我們甚至還不知道這種天體的存在?！眹姎馔七M(jìn)實驗室“歐羅巴快船”項目科學(xué)家羅伯特·帕帕拉爾多說道，“我們將深入探索這類世界的模樣，它們或許是生命最常見的棲息地，不僅在太陽系內(nèi)，在整個銀河系中也是如此”。

若以太陽系為參考，這類小型冰質(zhì)衛(wèi)星的數(shù)量遠(yuǎn)超行星，這有可能顛覆我們對生命能在何處繁衍的認(rèn)知?！皻W羅巴快船”任務(wù)的核心目標(biāo)是，探明木衛(wèi)二是否真正具有宜居性——驗證它是否如絕大多數(shù)空間科學(xué)家所確信的那樣，在冰殼之下潛藏著一片海洋?；蛟S在數(shù)十億年的歲月中，這里孕育出了生命所需的原始物質(zhì)?！皻W羅巴快船”團(tuán)隊認(rèn)為，他們將發(fā)現(xiàn)適宜生命生存的海洋，但除非探測器真正抵達(dá)、展開探測，沒有人能給出確切的答案。

利用搭載的9臺科學(xué)儀器，“歐羅巴快船”還將研究木衛(wèi)二奇異的化學(xué)組成，詳細(xì)繪制其錯綜復(fù)雜的冰原地圖，搜尋飄向太空的神秘水蒸氣羽流，并利用穿冰雷達(dá)尋找冰殼下的湖泊。不過，能完成這些任務(wù)的前提是，經(jīng)過強(qiáng)化的探測器電子設(shè)備能承受住木星強(qiáng)烈輻射的沖擊。然而，最新測試數(shù)據(jù)顯示，面對足以烤焦探測器的輻射，“歐羅巴快船”比預(yù)想中更為脆弱。

“‘歐羅巴快船’這類任務(wù)，是在前人探索成果的基礎(chǔ)上繼續(xù)推進(jìn)的。”美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的伊麗莎白·特特爾表示。她不僅領(lǐng)導(dǎo)著“歐羅巴快船”相機(jī)團(tuán)隊，還負(fù)責(zé)“蜻蜓”號土衛(wèi)六探測任務(wù)，該探測器最早將于2028年發(fā)射。特特爾感嘆道：“我們非常幸運，太陽系外層擁有如此多樣的世界，它們提供了大量信息，使我們能探索這些擁有海洋的行星可能經(jīng)歷的不同演化路徑?！?/p>

異星可能宜居

1609年，當(dāng)伽利略·伽利雷將自制的望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)木星，觀測到幾顆微小的光點時，木衛(wèi)二還只是他眼中的一點星光。通過測算這些光點的運行軌跡，伽利略準(zhǔn)確推斷出這四顆天體并非遙遠(yuǎn)的背景恒星，而是木星最值得關(guān)注的衛(wèi)星。

如今，4個世紀(jì)過去了，被稱為“伽利略衛(wèi)星”的木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，正挑戰(zhàn)著人們對“溫和的生命宜居環(huán)境”的陳舊認(rèn)知。科學(xué)家曾一度認(rèn)為，宜居性主要取決于天體與恒星輻射熱源的距離，他們還假定外太陽系是一片冰冷荒寂之地，數(shù)十億年來幾乎沒有地質(zhì)活動。

“最初探索外太陽系時，我們甚至根本沒想過要尋找宜居環(huán)境。”NASA總部“歐羅巴快船”任務(wù)科學(xué)家柯特·尼伯表示，“那時，這完全在我們的認(rèn)知范疇之外”。

但在1979年，NASA的兩艘“旅行者”號探測器掠過木星，揭示了“由火焰與冰構(gòu)成的陌生新世界”。人們觀測到木衛(wèi)一持續(xù)的火山噴發(fā)、木衛(wèi)三表面形成時期相差數(shù)十億年的地貌、木衛(wèi)二表面異常“年輕”的冰殼，以及暗示其冰殼下可能存在液態(tài)物質(zhì)的奇異線索。

隨后在1995年，NASA的“伽利略”號探測器進(jìn)入木星軌道，對木星及其衛(wèi)星展開深入觀測。探測器發(fā)現(xiàn)，4顆“伽利略衛(wèi)星”因與木星之間的引力相互作用持續(xù)受熱，地質(zhì)活動非?；钴S。木衛(wèi)一是太陽系火山活動最活躍的天體。木衛(wèi)二不斷變化的地貌則表明，某種類似板塊構(gòu)造的機(jī)制重塑了這顆冰質(zhì)衛(wèi)星的表面，并將物質(zhì)從地表拖至地底深處。木衛(wèi)二內(nèi)部存在液態(tài)物質(zhì)的模糊線索日漸清晰，最終幾乎無可辯駁地證明：在其厚度未知的冰殼之下，存在覆蓋整個衛(wèi)星的咸水海洋，盡管其深度尚未可知。

如今，根據(jù)此前的觀測和對土星海洋衛(wèi)星的研究，我們或許可以重新審視生命的可能性：如果地球的熱液噴口和其他黑暗角落帶來的生命啟示同樣適用于其他天體，那么，一個天體的生命潛能或許并不僅僅取決于其與恒星的距離，甚至可能與陽光完全無關(guān)。

“我們發(fā)現(xiàn)外星海洋存在的時間并不長，因此我認(rèn)為，要充分理解它帶來的啟示確實需要時間?！碧靥貭栔赋?，“如今科學(xué)界關(guān)注的核心領(lǐng)域之一是宜居性，從天體生物學(xué)的角度，恒星周圍的宜居帶究竟有多大”。

在行星科學(xué)家多年倡導(dǎo)的基礎(chǔ)上，2011年，NASA高級專家委員會在設(shè)定優(yōu)先科研事項時建議，應(yīng)重點開展木衛(wèi)二及其海洋的大規(guī)模探測任務(wù)，并將木衛(wèi)二稱作“行星科學(xué)領(lǐng)域最重要的目標(biāo)之一”。在此之前，NASA將絕大多數(shù)天體生物學(xué)資金都投向了火星。如今我們幾乎可以確定，火星上沒有生命，至少在地表不存在，但在約40億至30億年前，曾經(jīng)溫暖潮濕的火星可能孕育過生命。在持續(xù)不斷的火星探索浪潮中，想要為其他星球爭取研究空間，實屬不易。好在2011年的這條指導(dǎo)意見為一項醞釀多年的木星研究計劃注入了動力，這就是由帕帕拉爾多等人構(gòu)想的木星-木衛(wèi)二專項探測任務(wù)。

木衛(wèi)二探測任務(wù)得到了行星科學(xué)領(lǐng)域倡導(dǎo)團(tuán)體的協(xié)助，以及美國得克薩斯州前國會議員約翰·卡伯森的關(guān)鍵性支持?？ú旧砭褪且晃痪茖W(xué)文獻(xiàn)的木衛(wèi)二愛好者，對尋找外星生命充滿熱忱。2015年，這項最終命名為“歐羅巴快船”的任務(wù)獲得NASA批準(zhǔn)。任務(wù)團(tuán)隊隨即開始設(shè)計探測器，規(guī)劃飛行軌跡并制造儀器?！疤剿鞯赝馍俏耶吷淖非螅@關(guān)乎全人類對自身在宇宙中所處位置的認(rèn)知。”卡伯森說，“我深知每項成功的空間探索任務(wù)都需要一名領(lǐng)航者，他既要爭取資金支持，又要確保NASA能按照科學(xué)界的預(yù)期完成任務(wù)。這便是我應(yīng)該肩負(fù)的使命”。

2024年10月14日，“歐羅巴快船”發(fā)射時，卡伯森和NASA高層人員共同站在肯尼迪航天中心的觀景臺。透過一臺大型防抖穩(wěn)像雙筒望遠(yuǎn)鏡，目送飛船升空?！斑@是一個令人無比欣慰和激動的時刻，是整個團(tuán)隊共同努力的結(jié)果?！彼貞浀?，“能成為這項壯舉的推動者之一，我深感榮幸”。

最終發(fā)射的探測器與早期構(gòu)想大相徑庭。但“歐羅巴快船”仍是迄今為止最大的行星際探測器。這艘探測器重約3241千克，在展開巨型太陽能電池板后，其翼展超過30米。它搭載著世界頂級的相機(jī)、磁力計、地表塵埃分析儀以及人類有史以來最強(qiáng)大的質(zhì)譜儀，該儀器能攝取分子以確定其成分與來源。

“我們始終堅信，這趟旅程必將有所收獲?！蹦岵f，“這是一次史詩級的任務(wù)。我們探索的并非數(shù)十億年前可能存在生命的世界，而是此時此刻仍可能孕育生命的世界”。在漫長的籌備期中，這項任務(wù)多次從瀕死的邊緣僥幸逃脫。在最后關(guān)頭，它還險些因一項致命故障而功虧一簣。

突破輻射帶

1959年，天文學(xué)家弗蘭克·德雷克在提出以他名字命名的宇宙生命存在概率評估框架的兩年前，曾用射電望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)木星，明確探測到高速電子沿著磁場線蜿蜒的軌跡運動。木星強(qiáng)大的磁場足以將帶電粒子加速至接近光速，這種現(xiàn)象被稱為同步輻射。德雷克觀測結(jié)果的影響無可辯駁，人們意識到，巨大的強(qiáng)輻射帶包裹著木星，對于無防護(hù)設(shè)施的探測器而言，這是一片致命的地帶?！澳拘堑拇艌鰪?qiáng)度是地球的兩萬倍，它本質(zhì)上就像一臺巨型粒子加速器?！眹姎馔七M(jìn)實驗室“歐羅巴快船”項目經(jīng)理喬丹·埃文斯表示。

所有前往木星系統(tǒng)探索的探測器都需經(jīng)過特殊設(shè)計，以確保其至少在一段時間內(nèi)可以承受致命的輻射考驗?！皻W羅巴快船”也不例外，因為它探測的木衛(wèi)二擁有強(qiáng)烈的輻射環(huán)境。但就在“歐羅巴快船”計劃運往佛羅里達(dá)州之前，在2024年5月的一次會議上，NASA的工程師發(fā)現(xiàn)，探測器上某些抗輻射電路出人意料地脆弱。這一信息源自另一家政府機(jī)構(gòu)，他們從同一家德國供應(yīng)商采購了相同的部件。這些元件被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，本質(zhì)上是充當(dāng)開關(guān)的電子器件。這批晶體管在遠(yuǎn)低于標(biāo)稱值的輻射強(qiáng)度下就出現(xiàn)明顯性能衰減，抗輻射能力極差，讓人不禁質(zhì)疑 “歐羅巴快船”能否存活足夠久。

“我當(dāng)時心都碎了?！被貞浧鸢l(fā)現(xiàn)問題那天的場景，埃文斯說，“我們簡直無法想象該何去何從。但退一步冷靜下來后，我們開始有條不紊地梳理思路”。

在獲悉問題后的短短一天內(nèi)，一支團(tuán)隊便投入了搶修工作。很快，他們就在“歐羅巴快船”上發(fā)現(xiàn)了超過1000個存在缺陷的晶體管。這些晶體管分布在飛船各處，集成于每個儀器系統(tǒng)中。它們還位于已經(jīng)密封的電子設(shè)備艙內(nèi)，這個特殊的屏蔽艙室堪稱整個任務(wù)的神經(jīng)中樞。情況岌岌可危，行動刻不容緩：若為更換故障部件將飛船滯留在加州噴氣推進(jìn)實驗室，“歐羅巴快船”將錯過發(fā)射窗口期，甚至可能永遠(yuǎn)無法飛離地球。“我每晚都在做噩夢，真的?！迸僚晾瓲柖嗵寡?，“這就像我們的飛船生病了，我們卻不知道它能否康復(fù)。這感覺太糟糕了”。

懷著賭一賭的信念，噴氣推進(jìn)實驗室仍將“歐羅巴快船”送到了肯尼迪航天中心。整個夏天，憂心忡忡的科學(xué)家和工程師團(tuán)隊日夜奮戰(zhàn)，甚至犧牲周末時間，為這個并非他們造成的棘手難題尋求解決方案。到8月底，他們終于找到了補(bǔ)救方法。

按照補(bǔ)救方案，科學(xué)家并不會更換每個缺陷部件，也不會修改觀測方案，探測器將按照原計劃飛行，遵循計劃好的軌道序列，以21天為周期圍繞木星運行，共環(huán)繞這顆巨行星80圈。在每次軌道運行中，它最多在輻射帶內(nèi)停留一天。在其余時間，當(dāng)“歐羅巴快船”遠(yuǎn)離最嚴(yán)酷的輻射區(qū)域時，團(tuán)隊會啟動探測器的部分加熱器，加熱受損電路，希望通過“退火”（熱處理）過程修復(fù)輻射造成的部分損傷。退火可以讓材料中的晶格缺陷重排，恢復(fù)輻射引起的性能退化，從而維持晶體管的功能性。

這個方案如奇跡般完美，幾乎令人難以置信，故障元件對“歐羅巴快船”科學(xué)任務(wù)的預(yù)期影響微乎其微?！捌鸪跷揖趩手翗O?！卑Ｎ乃够貞浀?，“但當(dāng)一切塵埃落定時，我深受震撼。團(tuán)隊所取得的成就令我肅然起敬”。

機(jī)遇與責(zé)任

當(dāng)“歐羅巴快船”飛掠木衛(wèi)二時，它搭載的9臺科學(xué)儀器將對準(zhǔn)這顆衛(wèi)星，嘗試揭示其運作機(jī)制。它們將繪制詳細(xì)的地表地圖，測量冰殼厚度，并探究冰層內(nèi)是否存在類似地球南極冰蓋下的海水透鏡體。這些儀器還將遠(yuǎn)程探測冰層下的海洋，這片海洋可能與富含礦物的巖質(zhì)海床相連。儀器還將分析衛(wèi)星的表層成分，挖掘更多關(guān)于這片隱藏海洋的信息，揭示可能驅(qū)動外星生態(tài)系統(tǒng)的化學(xué)機(jī)制。

“如果我們在木衛(wèi)二探測到水、能量與化學(xué)物質(zhì)，一系列新的問題將會出現(xiàn)?！盢ASA首席科學(xué)家尼古拉·?？怂乖诎l(fā)射前簡報會上表示，“但倘若未發(fā)現(xiàn)水、能量與化學(xué)物質(zhì)，同樣會引發(fā)一連串疑問：為何我們曾如此推測？為何木衛(wèi)二并沒有這些現(xiàn)象？”

在飛行過程中，探測器還將搜尋木衛(wèi)二噴射水蒸氣羽流的跡象——這些羽流于2013年被發(fā)現(xiàn)，它們類似土星衛(wèi)星土衛(wèi)二噴發(fā)的間歇泉，但規(guī)模更小，也更加隱蔽。據(jù)任務(wù)團(tuán)隊透露，這些羽流正是促成“歐羅巴快船”任務(wù)的關(guān)鍵因素。如果探測器足夠幸運，它將有機(jī)會穿越羽流，直接采集木衛(wèi)二的物質(zhì)樣本。盡管NASA并未將此次任務(wù)定位為生命探測行動，但穿越羽流獲得的結(jié)果也可能與預(yù)期相反。不過，想要探測到生命的跡象，還需滿足多個低概率條件。

“存在太多不確定性，對吧？”帕帕拉爾多坦言，“是否存在羽流？羽流是否與海洋相連？海洋蘊含的生物標(biāo)志物是否足夠豐富？質(zhì)譜儀能否從海洋中獲取足量的樣本，進(jìn)而分析有機(jī)物的特性，并讓我們進(jìn)一步研究這些跡象是否指向生物活動？滿足這一系列條件并非不可能，但概率極低”。

即便其他目標(biāo)未能實現(xiàn)，“歐羅巴快船”至少能為一個觀點提供實證：在生命形成的規(guī)則中，行星與恒星的距離絕非唯一關(guān)鍵因素。而理解宜居性的基本要素，對于填補(bǔ)德雷克方程的數(shù)值至關(guān)重要。這個框架由推測出木星輻射帶存在的天文學(xué)家弗蘭克·德雷克設(shè)計，自20世紀(jì)60年代初以來一直指導(dǎo)著地外生命的探索工作。

帕帕拉爾多說，這些問題“真的讓我回到了‘德雷克課程’的課堂，回想起我們曾經(jīng)距離真相僅有一步之遙的種種奧秘”。其中，德雷克課程是1984年春季他在美國康奈爾大學(xué)修讀的一門本科天文學(xué)課程?！拔页３Ｋ伎嘉覀冊诘吕卓酥敢牡缆飞先〉昧硕啻筮M(jìn)展。這并非精確的指引，而是一種廣闊的探索方向，召喚我們?nèi)ラ_拓與追尋?！彼f，“我們正在踐行，只是需要時間”。

從最宏大的意義上說，德雷克的影響幾乎涉及“歐羅巴快船”任務(wù)的方方面面。他毫不掩飾探究地外生命等重要問題的意愿，直至90歲高齡仍沉醉于觀測木星及其衛(wèi)星。他常常在加利福尼亞州圣克魯茲郊外的山丘上，凝望著土星從環(huán)繞他家的紅杉林間升起。但德雷克未能親眼見證“歐羅巴快船”升空，他于2022年離世，他提出的經(jīng)典公式讓人類得以應(yīng)對身處宇宙的孤獨感。如今，天體生物學(xué)已然崛起并日趨成熟。在“歐羅巴快船”的首席科學(xué)家團(tuán)隊中，許多人在20世紀(jì)70、80年代曾是“旅行者”號或“伽利略”號項目團(tuán)隊的研究生或博士后，并由此開啟職業(yè)生涯。今天，他們已執(zhí)掌航向。同時，新一代的行星科學(xué)領(lǐng)軍者正投身于“歐羅巴快船”的研發(fā)工作，在人類向外太陽系發(fā)射首批探測器時，他們中的許多人甚至尚未出生。

時間似乎是探索外太陽系最需要的資源。每位“歐羅巴快船”團(tuán)隊成員都深知，想要近距離觀測木衛(wèi)二，這可能是他們轉(zhuǎn)瞬即逝、一生僅此一次的機(jī)會。因為對于外太陽系探索而言，作為科學(xué)家，“你必須接受自己只是更偉大事業(yè)中的一環(huán)。”尼伯說道，“你必須愿意為比自身更宏大、比自身生命更持久的事業(yè)奉獻(xiàn)”。因此，“歐羅巴快船”團(tuán)隊決定，為這場從一個海洋世界到另一個海洋世界的首次航行做些紀(jì)念。

密封飛船核心控制艙的鉭金屬銘牌上，朝向星辰的一面鐫刻著103種語言書寫的“水”的視覺符號，銘牌內(nèi)側(cè)面向飛船心臟處則鏤刻著更深層的感悟。其中一則是美國桂冠詩人埃達(dá)·麗蒙的詩作，它描繪的水如紐帶般聯(lián)結(jié)了人類、木衛(wèi)二和地球。另一則是行星科學(xué)家羅恩·格里利的肖像，是他的領(lǐng)導(dǎo)成就了今天的“歐羅巴快船”。

而銘牌的最頂端鐫刻著德雷克方程，字跡正是德雷克的手寫體。

與我們曾向星辰發(fā)送的其他信息不同，“歐羅巴快船”的信息僅能抵達(dá)木星系統(tǒng)。當(dāng)這艘承載著人類夢想與銘文的探測器完成使命時，它將墜入木衛(wèi)三，任何“搭便車”的地球微生物都不太可能在這顆衛(wèi)星毫無生機(jī)的表面存活。那塊銘牌及其記載的人類文明信息將隨著任務(wù)終結(jié)而消失。這結(jié)局苦樂參半，但此舉將保全可能蘊藏地外生命的木衛(wèi)二，留待后世繼續(xù)探索。

（作者：納迪婭·德雷克）

（圖文均由《環(huán)球科學(xué)》雜志社供稿）