在寻找木星系统中适宜生命存在的海洋世界的探索任务中，有什么比一颗探测器更好？那就是两颗！欧洲航天局的木星冰卫星探测器（Juice）计划与美国宇航局的欧罗巴快船于10月14日发射，两颗探测器联手协同解决太阳系科学中最大的问题之一。

木星系统中有生命所需的成分吗？

生命是否曾在地球之外演化，这个问题一直吸引着人类，而我们将这个问题寄托在两个前往木星最大且可能含有海洋的卫星的任务的机械心脏中。木卫二、木卫三和木卫四是否拥有生命所需的成分？

木星冰卫星探测器，简称Juice，将把木星及其最大的卫星作为一个完整的系统来研究，以了解在气态巨星周围如何可能形成适宜生命存在的世界。该任务特别关注木卫三，甚至在其旅程中部分时间围绕这颗卫星轨道运行。这将使其成为第一个在太阳系外层轨道上运行的探测器。

还有强有力的证据表明，巨大的木卫三拥有一个海洋，其含水量超过地球上所有海洋的总和。在木卫三——也许还有木卫四——看似没有生命的坑坑洼洼的表面下，显然还有更多不为人知的东西。

得益于早期的任务，科学家们也强烈怀疑木卫二在其薄薄的冰壳下有一个海洋。欧罗巴快船将致力于大约50次飞越欧罗巴的任务，扫描几乎整个卫星，并尽可能接近其表面25公里，以获得迄今为止最详细的观察。虽然这两颗探测器都不是用来探测生命本身的，但它们将能够确定生命所需的成分是否存在。

“Juice和欧罗巴快船是具有各自科学目标的独立任务，但在它们的轨迹中有一些愉快的巧合，我们希望充分利用这些巧合，以便在2030年代研究木星系统时，从两个任务中获得最大的收益，”Juice科学运营科学家Claire Vallat说。

“欧洲航天局和美国宇航局的团队定期在线会面。我们正在非正式地合作，以最大化两个任务的科学收获，”Juice-欧罗巴快船指导小组的欧洲联席主席Emma Bunce说。“从互补的成像到从不同视角监测动态过程，我们应该能够将我们的许多观察结果放入额外的背景中。”

磁场起源

Juice的任务不仅仅是研究海洋，还包括理解木卫三独特磁场的起源。木卫三比水星还要大，是太阳系中唯一一个产生自己固有磁场的卫星，它在木星更大的磁场内部创造了一个小小的磁场气泡。

木卫三和木星的磁场不断地与充斥该区域的电磁场和粒子相互作用。这些粒子来自太阳、星际空间以及木星的火山卫星木卫一，木卫一喷射出高能粒子，这些粒子遍布整个木星系统。

这些相互作用的一个副作用是极光的出现。有了Juice和欧罗巴快船都在该区域，可能有一个宇宙飞船，例如，能够探测到带电粒子，而另一个观察由此产生的极光。这将有助于更好地追踪这些物质通过木星系统。

木星在它的南极和北极周围有极光，类似于地球，而木卫三有一对极光带，这些发光的热气体带环绕着月球的中纬度地区。这些带的位置提供了对月球内部的探测，那里是它的磁场产生的地方。

实际上，木卫三的极光是月球拥有地下海洋的关键证据之一。当月球的磁场被木星的巨大磁场来回摇晃时，水中的离子通过产生自己的“感应”磁场来响应，这反过来又影响极光。

“Juice在绕木卫三轨道运行时所做的观测将给我们深入的知识，了解这个类似行星的卫星如何与木星及其强烈的磁场和辐射环境相互作用。这至关重要，如果我们想要理解卫星是如何作为大型行星系统的一部分形成和演化的，以及什么构成了最有利于生命存在的环境，”欧洲航天局的Juice项目科学家Olivier Witasse补充说。

时间和潮汐

在太空中一个稳定的位置对于随时间的可居住性同样至关重要，因此，这两项任务将关注大卫星与木星之间的引力相互作用。欧罗巴快船将专注于木卫二，而Juice主要关注木卫三，同时也提供其他大卫星的数据。

木卫一、木卫二和木卫三被锁定在某种轨道舞蹈中，以至于木卫三每绕木星运行一次，木卫二运行两次，木卫一运行四次。这种“共振”的结果是它们不断地被来自木星和彼此之间的巨大潮汐力拉扯和挤压，这为它们的内部加热提供了能量，甚至使其中的一些层保持液态。

最内部的木卫一非常热，以至于它有火山活动，太热了，无法容纳液态水海洋。最外部的木卫四不在共振“舞蹈”中，尽管可能在过去曾经在其中，对于理解这四个卫星活动演化非常重要。

探测器可以用来确定它们飞越的行星体的位置，只需通过追踪它们与地球之间发送的无线电波。

首先，这提高了对探测器与它们飞越的卫星之间确切位置的知识，这反过来又导致了对卫星绕木星轨道的更精确定义。反过来，这有助于绘制卫星随时间的轨道动力学，以及这可能如何演化。此外，当探测器被卫星的微小引力场变化拉得更近时，它提供了关于卫星内部结构的线索。

“有了两个宇宙飞船在木星卫星周围进行独立测量，我们有更多的数据来完善我们的模型，”Olivier说。

从开始到结束

欧罗巴快船将在Juice之前到达木星系统，因此可能能够观察到Juice进入木星磁场环境的情况，这为这个动荡区域提供了独特的联合观测机会。同时，Juice有可能在到达木星附近之前监测太阳风活动。

虽然欧罗巴快船的轨道是赤道的，但Juice将花费时间在更高倾角的轨道上运行，共同提供从两个不同位置追踪时间和空间变化的卓越组合机会。

此外，根据当前的任务计划，两颗探测器都注定要以受控撞击木卫三的方式结束它们的任务，这意味着——取决于任务的结束日期——一颗探测器可能有机会观察到另一颗探测器撞击的效果。

“欧洲航天局的Juice和美国宇航局的欧罗巴快船同时在木星系统中，等于两个部分的总和还要多。这是推动两项任务科学产出的独特机会，同时建立在其他任务的发现遗产之上，这些任务已经铺平了道路，”Olivier总结道。

“我们将比以往任何时候都更清晰地了解地球以外的海洋世界是什么样子，以及它们与周围环境的相互作用对可居住潜力的重要性。随着我们寻求了解其他恒星周围行星的可居住潜力，这一点比以往任何时候都更加重要。”