2018年4月2日,科幻片《2001:太空漫游》迎来问世50周年。片中,具备感知能力的电脑HAL让一艘前往木星的载人飞船陷入浩劫。这部科幻大片改编自亚瑟•克拉克的同名小说,是太空时代初期最经典的影片之一。
《2001:太空漫游》上映时,美国正如火如荼地实施载人登月任务。短短一年后,也就是1969年7月20日,美国完成了这一壮举。虽然人类在月球上留下了足迹,但当时的木星仍旧是一颗只能借助望远镜才能进行观测的星球。
1973年,“先驱者10”号飞跃木星。这是人类历史上的第一次木星无人探索任务。在此之后,又有多艘无人飞船造访木星。1995年至2003年,美国宇航局的“伽利略”号探测器环绕这颗气态巨行星飞行。2016年,宇航局的“朱诺”号进入木星轨道,对木星进行勘测。
不过,人类始终没有登上木星。这是为什么呢?除了太空计划的经费和优先事项的限制——宇航局当前的焦点是国际空间站任务,随后是让宇航员重返月球,之后便是奔赴火星——宇航员的健康也是一个不容忽视的大问题。木星拥有恶劣的辐射环境,“朱诺”号之所以能够幸存,要感谢辐射防护盾。但即便如此,“朱诺”号也无法坚持很久。
根据宇航局当前的辐射指导原则,宇航员因辐射剂量升高导致的终生癌症风险提高上限为3%。“好奇”号过去的测量结果显示,860天的载人火星探索任务——包括180天的奔赴之旅,500天的火星逗留和180天的返航——将让宇航员受到1.01西弗特辐射,导致癌症风险提高5%。木星的辐射环境可能比火星更为恶劣。在探索木星系统时,如果想避开危险的辐射暴露,最理想的选择莫过于存在海洋的木卫二“欧罗巴”。
为飞船加装防护盾虽能预防辐射暴露,但同时也会增加飞船重量,进而加大发射难度并引发其它问题。科学家需要采用更先进的技术,为飞船制造合适的防护盾。
木星拥有非常复杂的环境。虽然对木星研究多年,天文学家至今仍在上演大量新发现。通过哈勃太空望远镜的外侧行星大气遗产(OPAL)计划,希蒙每年对木星进行一次观测。OPAL计划每年收集太阳系外侧行星的观测数据。对土星观测数据的收集工作于2018年开始,因为“卡西尼”号飞船一直服役到2017年。
希蒙说:“根据我们的已获信息,木星系统富于变化。”1992年至1994年,“苏梅克-列维9”号彗星在木星周围土崩瓦解,碎片坠入木星大气层。“这让我们意识到太阳系仍在发生改变,并非固定不变,处于静态。”
博尔顿表示“朱诺”号的木星观测任务虽然短暂,但仍上演了很多惊人发现。木星大气层——包括大红斑这样的风暴——拥有惊人的厚度。此外,科学家获取了木星极光和极地龙卷风的更多信息。就连木星的内部结构也与科学家预计的不同。博尔顿说:“我们一度认为木星拥有很小的核心,或者没有多岩核心。我们现在知道它的核心非常巨大,可能部分熔化。”
计划内的其它木星探索任务将在本世纪20年代登场。
这些任务将聚焦一个新兴研究领域——木星的多冰卫星。在1979年“旅行者1”号和“旅行者2”号掠过木星之后,科学家意识到木卫二“欧罗巴”的冰层下方可能存在海洋。据信,木卫三“伽倪墨得斯”和木卫四“卡利斯托”也存在海洋。最近几年,“哈勃”项目研究员甚至发现了木卫二的水汽喷流。欧洲航天局的木星多冰卫星探测器(JUICE)将于2022年发射,2029年抵达目的地,随后对木卫三、木卫四和木卫二进行观测。
美国宇航局正在谋划“欧罗巴快艇”任务,预计于本世纪20年代奔赴木星。