在火星探測熱潮方興未艾之際，新一輪木星探測計劃也陸續展開——歐洲航天局的“木星冰衛星探測器”率先于去年起飛前往木星；美國國家航空航天局（NASA）的“歐羅巴快船”探測器于10月15日奔赴木衛二探尋生命的蹤跡；與此同時，中國國家航天局也公布計劃稱，中國將發射天問四號探測器，對木星和木星的衛星進行研究。為何木星近年持續吸引全球航天界的高度關注？探測木星又難在哪里？
遙遠的距離是頭號難題
美國“太空”網站近日解讀NASA的“歐羅巴快船”探測器任務時提到，想要前往木星展開探測，遙遠的距離是頭號難題。盡管在太陽系行星與太陽距離的排序中，地球、火星和木星分別列第三、四、五位，但它們之間的距離分布卻非常不均衡。天文學家將地球到太陽的平均距離稱為1天文單位，作為對比，火星到太陽的平均距離為1.52天文單位，而木星到太陽的平均距離卻達5.2天文單位，因此探測器想要前往木星，首先需要面對的就是跨越如此漫長的星際距離。
“歐羅巴快船”探測器飛過木衛二的概念圖（圖源：NASA）
美國有線電視新聞網稱，“歐羅巴快船”探測器是NASA研制的“史上最大行星探測器”，它的總重量約6噸，其中設備重量3.24噸，燃料重量2.75噸。為了盡可能地提升這顆龐大探測器的飛行速度，NASA選用了現役運載火箭中第二強的“獵鷹重型”火箭，其運力僅次于NASA為美國“阿爾忒彌斯”載人登月計劃專門研制的“太空發射系統”（SLS）火箭，同時“獵鷹重型”火箭還放棄了回收模式，拆掉回收支撐架并將里面的燃料用完，以求達到全力加速的效果。即便如此，“歐羅巴快船”探測器前往木星的動力仍嫌不足，為此NASA還為其設置了相當復雜的飛行軌跡，它將花費5年半的時間，經過火星和地球引力的兩次加速，才能飛越29億公里，在2030年前后進入木星軌道。
相比之下，歐洲航天局的“木星冰衛星探測器”雖然早在2023年4月14日就發射升空，但由于缺乏類似“獵鷹重型”火箭這樣的超大型火箭提供足夠的初速度，“木星冰衛星探測器”不得不采用了更為復雜的飛行軌跡。據介紹，如果該探測器直接飛向木星，需要超過6萬公斤的燃料，抵達木星附近后還需要更多燃料才能減速并進入軌道，遠遠超過了該探測器的總質量，因此它只能先后四次借助地球、月球和金星的引力提升速度和改變航向。歐洲航天局8月21日通報稱，“木星冰衛星探測器”已經成功實現全球首次月球-地球飛越，利用地球和月球引力使探測器“抄近路”途經金星抵達木星。按照計劃，它將比“歐羅巴快船”晚一步，預計在2031年才能抵達木星軌道。
木星探測挑戰多
作為太陽系中尺寸和質量都最大的行星，木星本身就充滿神秘。木星平均直徑為14萬公里，是地球平均直徑的11倍；太陽系其他七大行星的質量合起來，也不到木星質量的一半；同時木星又是太陽系中自轉速度最快的行星，自轉一周僅需要9小時55分30秒。因此木星的這些奇特之處，吸引了“先驅者10”號、“先驅者11”號、“旅行者1”號、“旅行者2”號、“尤利西斯”號、“伽利略”號、“卡西尼”號、“新地平線”號探測器等多批航天器的光臨和拜訪。
但木星自身的特殊性也為這些探測器帶來空前的挑戰。例如木星有著太陽系行星中最強的磁場，其磁場強度相當于地球磁場的14倍。木星磁場與太陽風的相互作用，導致木星附近數百萬公里內都存在高強度輻射帶，其強度甚至足以殺死人類宇航員。早先NASA的“伽利略”號探測器就因為對此準備不足，先后發生了20多處故障。后續發射的木星探測器盡管都額外強化了防輻射裝置，但仍很難長時間地抵近木星展開科研活動。
同時由于木星與太陽的距離非常遙遠，在木星附近的探測器能接收到的太陽能功率僅為地球附近的1/25。對于需要依靠太陽能發電的大型探測器而言，想要獲得足夠的電力，巨大的太陽能帆板必不可少。例如“歐羅巴快船”探測器配備的一對太陽能帆板展開后總跨度達到30.5米，比一個標準籃球場還要寬，是NASA為行星探測任務開發的最大尺寸的太陽能帆板。同時當探測器處于木星的陰影中時，溫度將降至零下240攝氏度，因此這些設備還必須能在如此極端的低溫環境中運行。
木星的吸引力在哪里？
抵達木星軌道的“木星冰衛星探測器”概念圖（圖源：歐洲航天局）
“太空”網站提到，近年來木星探測計劃日益受到重視的原因，在于環繞它的小行星。木星擁有多顆衛星，向來有著“小太陽系”之稱，被形容為“具備一個小型太陽系的所有要素”。此前探索表明，木衛二（又被稱為“歐羅巴”）和木衛三表面覆蓋著一層厚厚的冰，冰面下可能存在海洋，這類衛星也被稱作冰衛星。歐洲航天局的“木星冰衛星探測器”正是為此而來，它攜帶有光學照相機、光譜儀、磁力儀等科學儀器，將研究木星衛星表面的冰殼及化合物成分，以及木星大氣層和磁場。科學家們認為，木衛二和木衛三是“可能的生命居所”，但木衛二的軌道完全處于木星輻射帶內，面臨超強輻射的持續照射，因此“木星冰衛星探測器”對木衛二的考察時間較短，將主要探測木衛三，后者是太陽系中最大的衛星，也是唯一已知擁有磁場的衛星。
“歐羅巴快船”的探測重點則有所區分，主要聚焦于木衛二上。科學家發現，木衛二的含水量可能相當于地球海洋總和的兩倍，而木衛一、木衛三對它的潮汐加熱作用，使其內部海洋保持液態形式，適合生命的存在。按照計劃，“歐羅巴快船”將不會長時間環繞木衛二飛行，而是圍繞木星軌道時飛越該衛星近50次，并逐步構建起木衛二的全球掃描圖，探測器上搭載的磁場儀器將精準測定海洋的深度和鹽度；質譜儀則能夠“品嘗”噴流物質并分析其成分；地面穿透雷達將穿透冰殼探測水體的存在；紅外儀器將掃描表面以搜尋有機物質的蛛絲馬跡并進行熱成像。NASA明確表示，木衛二的海洋深處是否存在可能支持生命的環境，是此次“歐羅巴快船”任務的核心目標。
目前中國也在推進木星探測計劃。中國國家航天局系統工程司司長楊小宇10月15日在新聞發布會上介紹說，中國將發射天問四號探測器對木星和木星的衛星進行研究，對木星的空間和內部結構進行探測，揭示其奧秘。在2022年9月舉行的第73屆國際宇航大會上，中國國家航天局探月與航天工程中心研究員王瓊曾介紹說，天問四號包括兩個探測器，其中主探測器將深入木星系，并進入木衛四的軌道，而較小的副探測器，將對天王星進行飛掠式探測。