最有希望发现外星生命的木卫三将迎来新型探测器，代号果汁

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

JUICE将是第一个绕地球以外的卫星运行的任务。

欧洲的JUICE航天器将成为第一颗绕地球自己的木卫三以外的卫星运行的卫星。

木星冰卫星探测器（JUICE）是欧洲航天局（ESA）的一项任务，旨在探索木星及其三个冰冷卫星：木卫二，木卫四和木卫三。JUICE是一个没有着陆器的单一轨道航天器，它将绕太阳系最大的卫星Ganymede运行，成为第一个绕地球以外的行星卫星运行的探测器。

JUICE将于2023年4月13日从法属圭亚那库鲁的欧洲太空港发射升空，需要近八年的时间才能到达太阳系中最大的行星。该航天器将与美国宇航局的欧罗巴快船任务同时绕气态巨行星运行，该任务将检查另一颗木星卫星欧罗巴的可居住性。

在到达木星系统大约四年后，JUICE将进入围绕气态巨行星最大卫星木卫三的轨道，对这个比太阳系最小的行星水星更大的天体进行最广泛的探索。

为什么要发射果汁？

只有两艘航天器绕木星运行：伽利略探测器，它在1995年至2003年期间研究了这颗气态巨行星，以及自2016年以来一直在环绕木星的朱诺号。

伽利略任务发现证据表明，在四个主要木星卫星中的三个的冰壳下可能存在液态水海洋：欧罗巴，木卫三和可能的木卫四。该任务还发现木卫三有自己的磁场 - 唯一已知的拥有磁场的卫星 - 并且木星大气中的风暴可能比地球大。

朱诺号现在处于其任务的扩展部分，揭示了有关这些风暴的更多细节，并发现行星的大气天气层超出了可见云层。该任务还发现，稀重金属的核心可能隐藏在大部分气态木星中。

尽管如此，关于木星及其卫星的许多问题仍未得到解答，特别是那些关于其中一些天体承载生命潜力的问题。JUICE和欧罗巴快船将一起加深我们对木星系统的理解，并可能为未来登陆木卫二的任务铺平道路。

该探测器什么时候到达木星？

JUICE前往木星的旅程将需要七年半的时间，并涉及三次返回地球，在那里航天器将接受来自我们星球的重力辅助，以调整JUICE的轨迹。该航天器还将在金星执行一次这样的机动。

该航天器将于2031年12月抵达木星，并将花费三年时间绕木星运行，并近距离飞越其三个主要卫星：木卫二，木卫三和木卫四。然后探测器将进入围绕最大卫星木卫三的轨道。

到达后他会干啥？

由于当JUICE到达时，美国宇航局的欧罗巴快船已经绕木星运行，定期潜水距离木卫二表面几十英里，JUICE将主要集中在木卫三和奇怪的，较少探索的木卫四上。

根据欧空局的JUICE发射套件，JUICE将只飞越欧罗巴两次，在这些短途旅行中距离月球冰雪覆盖的表面不到250英里（400公里）。木卫二绕木星运行的距离为417，000英里（671，000公里），几乎是月球 - 地球距离的两倍。然而，考虑到木星的极端大小和强大的磁场，任何航天器如果离木星那么近，充其量只能存活几个月。美国宇航局的欧罗巴快船也将遵循飞越方式探索这颗卫星，只进行短暂的访问，研究冰冷的月球和周围环境。

JUICE将对四个主要卫星中最遥远的Callisto进行21次飞越，距离其表面120英里（200公里）。木卫四距离木星近120万英里（190万公里），与活泼的木卫二截然不同，木卫二被认为有水柱从冰壳中喷出。木卫四的大小与水星差不多，是木星第二大卫星，表面布满陨石坑，科学家认为这是太阳系中最古老的卫星。科学家们不确定木卫四是否有像欧罗巴和木卫三那样的地下海洋，JUICE很可能回答这个问题。

根据欧空局的发射套件，在进入木卫三轨道之前，JUICE将执行12次月球飞越，距离磁活跃体不到250英里。木卫三生活在木卫二和木卫四的轨道之间，距离木星665，000英里（107万公里），科学家认为这颗巨大的卫星比欧罗巴不太可能承载生命。然而，JUICE可能会发现惊喜的可能性很小。

尽管美国宇航局的欧罗巴快船在果汁到达时已经研究潜在的生命欧罗巴，但欧洲任务也希望有助于我们对神秘天体的理解。 （图片来源：ESA / ATG MediaLab）

关于木卫三，果汁探测器会告诉我们什么？

JUICE将携带10种科学仪器，连同欧罗巴快船上的类似包装，将帮助科学家分析木星的卫星及其承载生命的潜力。

JUICE的仪器包括相机，用于分析卫星冰壳及其周围环境的化学成分的传感器，磁力计和雷达，这些雷达将创建卫星表面的详细地图，并首次在它们下方窥视。

科学家们希望这些测量结果能够证实卫星冰壳下存在海洋。这些卫星拥有可能承载生命的大水体的概念来自伽利略任务，该任务测量了木星周围磁场中的奇怪干扰。科学家将这些异常归因于木卫二和木卫三内部液体的运动，欧空局JUICE项目科学家Olivier Witasse告诉 Space.com。

“携带咸海洋的月球嵌入木星的大磁场中，这会扰乱月球周围的磁场，”Witasse说。“如果你能够测量冰冷月球周围磁场的变化，你可以将其归因于地壳下方200公里（120英里）的地下液体的存在。

有了JUICE，科学家们将使用一种额外的技术来证明这些被遮蔽的海洋存在。通过使用激光高度计定期测量木卫三和木卫四的表面，JUICE将揭示当卫星穿过木星的巨大引力场时，这些卫星的形状如何随时间变化。卫星经历引力拉扯和踢踢，引发的潮汐比地球上的潮汐要明显得多。这些潮汐的明显程度取决于卫星是由什么组成的。

“由于木星的引力，卫星随着时间的推移而改变形状，”Witasse说。“表面的高度随时间变化，我们可以检测到这一点。海拔高度取决于月球内部的东西。如果冰冷的地壳漂浮在液体之上，潮汐将比月球内部的一切都是固体要大得多。

哈勃太空望远镜和一些世界上最强大的地面望远镜的观测为木卫二和木卫三上存在液态水海洋提供了更多证据，甚至在木卫二大气中检测到水蒸气。

但是，关于这些隐藏的水体，仍有许多悬而未决的问题。科学家们对这些海洋的大小只有有限的想法，Witasse说。他们不知道海洋到底有多深，冰壳有多厚，或者海洋有多少水。

科学家们不太确定木卫四是否有地下海洋，但JUICE可能会回答这个问题。木卫四是四个主要卫星中距离木星最多的一个，是一个奇怪的世界，天文学家认为它可能拥有太阳系最古老的表面。月球被认为是完全不活跃的，并且拥有大量的陨石坑，记录了它的整个历史。JUICE的高分辨率相机和灵敏仪器将帮助科学家不仅探索木卫四的故事，而且探索整个太阳系的故事。

“木卫四形成于40亿年前木星形成时，”Witasse说。“我们看到的木卫四的形象是从它诞生的时候开始的。相比之下，木卫二是一个非常活跃的表面，只有5000万年的历史，并且一直在重新浮出水面。

就JUICE的主要目标木卫三而言，科学家们希望这项任务能够帮助他们更好地理解为什么月球有自己的磁场，这是太阳系中任何其他卫星都没有看到的。

陨石坑遍布的木卫四是JUICE将研究的三颗木星卫星中探索最少的一颗。 （图片来源：ESA / ATG MediaLab）

关于木星，果汁探测器会告诉我们什么？

美国宇航局的朱诺任务非常详细地绘制了木星的大气层及其强大的风暴。尽管如此，关于这个厚厚的氢和氦罩还有很多东西需要了解。JUICE的亚毫米波测深仪将使科学家能够测量气态巨行星大气中的风速和温度，并提供有关其天气和气候模式的新信息。Witasse说，JUICE的光谱仪将能够以比以前更好的精度检测地球大气某些部分的化合物。

欧空局希望来自JUICE的数据能够帮助科学家了解是什么维持了木星大气中的可见光带和暗带，众所周知，这些带的不透明度不同，并从赤道向两极扩散。该探测器还将研究行星中层和高层大气的过程，这些过程超出了可见云层。

通过收集有关木星及其三个卫星的数据，JUICE将使科学家能够分析整个木星系统，该系统可以作为恒星系统的微型模型。

“通过研究它，我们可以更多地了解太阳系和系外行星系统如何运作，行星如何形成，以及生命如何在不同条件下出现，”欧空局在一份声明中说。

JUICE航天器装有914平方英尺的太阳能电池板，可在远离太阳的寒冷环境中产生足够的能量。 （图片来源：空中客车公司）

有可能会发现外星生命吗？

预计JUICE不会在木星的任何卫星上发现生命，尽管它的仪器可能能够探测到可能是卫星表面下生命迹象的分子。JUICE将花费大部分时间研究木卫三，木卫三不太可能像木卫二那样承载生命。

木卫二上的生命比木卫三上的生命更有可能有几个原因：它离木星更近，它更活跃，它与地球有相似之处。

“木卫二离木星更近;木星有更多的引力，所以潮汐要大得多，“Witasse说。“月球内部有更多的热量;月亮比木卫三活跃得多。当你寻找生命时，最好在活跃的地方寻找。此外，欧罗巴上的海洋与岩石基质接触，这意味着它与我们在地球上的非常相似，可能会有一些有趣的反应和热液活动，就像在地球海洋的底部一样。

事实上，科学家们非常自信地认为木卫三上没有生命，以至于JUICE宇宙飞船将在任务结束时撞向月球，以避免撞击木卫二并被地球微生物污染。

JUICE任务的主要技术挑战是什么?

木星周围的环境不容易操作;这颗行星强大的磁场加速了其附近的带电粒子，并产生强烈的辐射，迅速降低航天器的电子设备，离行星越近，辐射就越强大。因此，JUICE必须配备精心设计的辐射屏蔽罩，以保护其敏感仪器。

由于木星离太阳的距离是地球的五倍多，JUICE航天器接收的阳光将远远少于绕地球运行的卫星。为了产生足够的电力为航天器提供动力，JUICE的太阳能电池板必须是巨大的 - 914平方英尺（85平方米），每个机翼形状像一个十字架。

“找到合适的太阳能电池板电池花了很多时间，”Witasse说。“他们需要在高辐射环境中的低温下工作，并能够提供足够的电力。所以这是一个很大的挑战。

果汁必须承受寒冷的条件;木星轨道上的温度降至零下382华氏度（零下230摄氏度）。然而，在前往金星的旅程中，JUICE在飞越金星期间也将短暂暴露在极端高温下，那里的温度达到灼热的482华氏度（250摄氏度）。

问答：Olivier Witasse，ESA JUICE项目科学家

Olivier Witasse是ESA的行星科学家，也是JUICE任务的项目科学家。此前，他曾担任该机构火星快车任务的项目科学家。他还参与了金星快车和卡西尼惠更斯任务。

你最期待从JUICE任务中得到什么信息?

我真的很期待我们将用JUICE进行广泛的跨学科科学。我们不会每两年去一次木星。对于欧空局来说，这可能是一生一次，所以我们想做有史以来最好的任务。我们将触及许多主题：卫星内部，木星的大气层，木星的磁场。但显然，最大的问题是，木卫二、木卫三和木卫四有海洋吗？任何答案都会很有趣。了解水的存在如何随着与木星的距离而变化将是很有趣的，因为这可能对我们理解太阳系中水的存在产生影响。正如我们所知，液态水是我们所知道的生命的主要先决条件。

JUICE能够获得什么样质量的图像?

我们的相机将能够以出色的分辨率获得冰冷卫星的图像：每像素不到10米（33英尺）。我们将覆盖全球——特别是木卫三，希望还有木卫四。我想说的是，在这两个卫星中，JUICE将拍摄有史以来最好的图像。

例如，对于木星，我们不会有像朱诺这样近的图像，因为我们将绕得更远。欧罗巴快船将拍摄比JUICE更好的欧罗巴图像;这是肯定的。

JUICE预计将在任务结束时撞向木卫三。但如果JUICE发现这颗木星卫星上可能有生命呢?

该任务是根据行星保护的现状设计的。我们必须遵循我们所谓的行星保护规则。所以，在欧罗巴，我们不能着陆;我们不能影响。木卫三在天体生物学和行星保护方面不是同一类天体。如果我们找到一些生命的暗示——我怀疑我们会不会——那么我们可能不得不重新考虑这种方法。但无论如何，我们已经证明我们可以降落在木卫三上或在木卫三上坠毁而不会污染海洋。这已经进行了研究、记录和出版。因为海洋被认为在月球内部相对较深，如果我们用JUICE撞击表面，我们不会污染它，因为它可能在表面以下100公里（60英里）。

其他资源

有关JUICE任务的更多信息，请访问ESA Science JUICE任务页面。 ESA有更多关于任务旨在解决的主要科学问题的信息，您还可以阅读JUICE将解决的五大谜团。飞行任务发射工具包提供了关于任务的进一步信息。

书目

欧空局科学，JUICE，2023年3月23日访问

https://sci.esa.int/web/juice

欧空局， 果汁， 访问于 2023 年 3 月 23 日

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Juice

欧空局多媒体，JUICE发射套件，2023年3月23日访问

https://esamultimedia.esa.int/docs/science/Juice-LaunchKit.pdf

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原标题：《『全解析！最有希望发现外星生命的木卫三将迎来新型探测器，代号果汁》

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