欧洲太空总局JUICE任务为首度探测月球以外卫星

欧洲太空总局(ESA)正在准备发射Jupiter Icy Moons Explorer(JUICE)探测器任务,以探测伽利略号1610年发现的四大卫星中三颗冰卫星:木卫三(Ganymede)、木卫四(Callisto)和木卫二(Europa),最终环绕最大卫星木卫三,寻找冰面下隐藏海洋的证据。如果成功,将是探测器首次绕月球以外天然卫星运行。

JUICE探测器预定4月13日20时15分于法属圭亚那,由亚利安5号火箭搭载发射。发射时间需非常精确才能将探测器送上正确绕日轨道,如果天气状况或其他原因不得不延后,需再等24小时才能发射。

迂回的旅程

与所有前往外太阳系任务一样,JUICE探测器飞行路径不是直航。若一切照计划,JUICE探测器一年后将回到地球和月球附近,这种双重飞掠需“有史以来最精确的引力拖拽辅助飞行”(gravity assist);再于2025年飞掠金星;2026和2029年两次再度经过地球;2031年才会到达木星,减速飞行并开始绕木星轨道。

JUICE探测器计划飞掠木卫四21次,但只会飞掠木卫二2次,因美国太空总局(NASA)欧罗巴快船(Europa Clipper)任务会仔细研究木卫二,预定2024年底发射。

2035年JUICE会再次启动主引擎,进入500公里高的绕木卫三轨道,至少9个月。木卫三比水星大,是太阳系最大卫星,也是已知唯一拥有磁场的卫星。

木卫三磁场模拟图。(Source:ESA)

尽管朱诺号是为研究木星而设计,但也飞掠木卫二和木卫三,传回壮观的照片,朱诺号原设计并没有要飞掠这两颗冷卫星;还计划今年12月和2024年2月两次飞掠木卫一,JUICE和欧罗巴快船都没有计划经过它。

隐藏的海洋

木星一些冰卫星冰面下可能有液态水,或是某种生命演化的环境。1990年代中期,NASA伽利略号发现木卫三有海洋存在迹象,木卫二也有。进一步证据来自2015年哈勃太空望远镜观测木卫三极光,很类似地球地磁产生极光原理。

JUICE激光测高仪(laser altimeter)搭建的地形图将提供最确定的海洋理论检验。由于木卫三公转轨道是椭圆形,公转时会稍微靠近或远离木星;它受其他卫星引力影响,会因潮汐力作用伸展或压缩,对有冰壳的水世界,这种变形可能会使表面上下摆动高达10米,如果是固体星球则不到1米。

JUICE装有3.5吨推进剂,重量近6吨,旅途中会展开85平方米太阳能板,是在木星周围绕行的最低限度,因木星太阳能只有地球4%。JUICE装载11种科学仪器,由法国、德国、意大利、荷兰、瑞典和美国团队制造。除了搭建冰卫星地表地形图,还将研究稀薄大气层的化学成分、木星强磁场和辐射带等。

等JUICE和欧罗巴快船都抵达木星,朱诺号应已耗尽燃料并结束任务。研究人员对木星将有两个探测器同时探测感到兴奋,因可在不同地点测量木星磁场和观察其他现象。两个探测器都计划以撞击木卫三表面结束,后至探测器可能会近距离观察先行探测器的撞击情形。

(首图来源:ESA)