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      人類為何至今仍未抵達木星?

              【每日科技網】

        新浪科技訊 北京時間4月11日消息,據國外媒體報道,50年前的4月2日,一臺名叫HAL的智能電腦在一艘去往木星的載人飛船上掀起了一場大破壞。這是作家亞瑟·克拉克創作的科幻小說《2001太空漫游》中的情節。同名電影更成了航天時代早期的開山之作。

        《2001太空漫游》上映時,美國正在加班加點、努力將人類送上月球。僅僅一年之后的1969年7月20日,美國便達成了這一成就。但木星仍只是望遠鏡中的遠景。直到1973年,人類才開展飛往木星的航天任務,先驅者10號探測器成功飛越木星。當然,此次任務并無人類參與。

        在此之后,又有幾枚探測器先后飛越木星,其中有兩枚在木星軌道周圍停留了較長時間。首先是NASA的伽利略任務,探測器在1995年至2003年間圍繞木星旋轉。如今,探索木星的任務由NASA的朱諾號探測器負責,該探測器于2016年抵達木星軌道。

        但是人類呢?人類為何至今仍未抵達木星?

        首先是航天任務資金和優先級排序的問題:目前NASA的重點在于國際空間站,同時還忙著開展人類重返月球任務和火星載人任務。除此之外,還有人類健康這一重大問題:木星的輻射環境極不利于人類生存。朱諾號在重重保護之下還能僥幸存活,但即使這樣也難保長久。

        NASA目前的輻射指導方針規定,宇航員累積受到的輻射劑量只能使其一生中罹患癌癥的概率增加3%。而此前由NASA好奇號探測器提供的測量數據表明,為時860天的火星任務(包括180天去程,500天火星停留時間,以及180天返程)將使宇航員總共接收1.01西弗的輻射,可能使患癌幾率增加5%。

        但木星的輻射環境可能比火星更為糟糕。2016年的一項研究指出,要想程度地避免輻射,宇航員也許需要在木衛二的冰層中工作,這樣每年接收的輻射劑量可能只有0.3西弗。(前文火星任務的年輻射劑量可能為0.43西弗。)但無論是在木衛二表面,還是在木星輻射極強的輻射帶中,環境都要嚴苛得多。

        人類受到高劑量輻射時,會出現嘔吐、眩暈、脫發等急性癥狀,嚴重者甚至可能死亡。但若為避免輻射、為宇宙飛船加裝保護層,又會大大增加飛船重量,提高飛船發射難度。要打造合適的飛船防護層,也許還需運用更先進的技術。

        朱諾號首席科學家、美國西南研究所的斯科特·博爾頓(Scott Bolton)指出,科學家從上世紀60年代末或70年代開始研究木星輻射帶的危險性。“1968年的時候,我們已經知道木星周圍存在輻射和磁場,但沒人想到那里的環境如此嚴苛。”

        甚至到了上世紀80年代,工程師在設計伽利略號探測器時,仍低估了木星的輻射環境強度。

        “那里的環境非常嚴酷,”NASA戈達德航天飛行中心行星大氣科學家艾米·西蒙(Amy Simon)表示,“我們在開展伽利略號任務時發現,每當探測器靠近木衛二或木星,探測器都會運作不靈。它還沒有對那里的環境做好準備。這也改變了我們設計宇宙飛船和電子元件的理念。”

        輻射只是宇航員面臨的眾多挑戰之一。他們還要帶上足夠的水、想好怎么處理廢物、應對與地球通訊時的延遲問題等等。有些技術也許能起到一定幫助,例如,將尿液處理成飲用水的技術目前正在國際空間站上接受測試。對通信延遲解決方案的測試或許也將于不久后開展。此前在NASA極端環境任務行動中,宇航員們已經在水下嘗試了一些有助于解決上述問題的技術。

      圖為《2001太空漫游》中宇宙飛船“發現號”的概念圖。

        圖為《2001太空漫游》中宇宙飛船“發現號”的概念圖。

        “非常出色,極具想象力”

        博爾頓從孩提時期就是克拉克的粉絲,他還記得自己觀看《2001太空漫游》的經歷。在成為太空物理學家之前,博爾頓高中時曾是一名狂熱的科幻小說愛好者,也是一個科幻小說讀書俱樂部的成員。”克拉克是我最喜歡的作家之一。他用語精當,非常出色,極具想象力。他的作品中有很多對物理學的思考,我為此深深著迷。“博爾頓回憶道。

        克拉克在2008年以90歲的高齡逝世。博爾頓曾在太空活動和NASA活動中與他數次會面。博爾頓最念念不忘的一次見面之一,是克拉克在2001年真正到來時、為他在《2001太空漫游》小說上簽字,并且簽上了2001這個年份。

        博爾頓將此次會面稱為“一次有趣的巧合”,因為當時沒人能預見到,博爾頓日后將成為一次木星探索項目的帶頭人。而克拉克簽名的書中描寫的恰恰是一次木星任務。但博爾頓記得自己向克拉克表達了深深的崇敬之情。“我對他說,他影響了我的一生。”

        西蒙也記得自己童年觀看這部電影的經歷,只不過當時該電影已經上映幾年了。“當時我一點都沒看懂。”她說道。但由于這部電影復雜的情節十分引人入勝,她之后又看了好幾次,也讀了同名小說。

        不斷改變的認知

        木星環境十分復雜,直至今日,太空科學家仍在努力研究它的真相。西蒙每年一次,通過哈勃望遠鏡“外行星大氣遺產計劃”(OPAL)觀察這顆行星。該計劃每年都會收集對太陽系外層行星的觀測結果。(不過對土星的觀測今年剛剛開始,因為負責土星觀測的卡西尼號任務去年方告結束。)

        “就我們對木星系統的了解而言,該系統十分多變。”西蒙指出。1992至1994年間、蘇梅克-列維9號彗星與木星大氣相撞后的變化便是一個有力的例證。“這讓我們意識到,太陽系仍在不斷變化之中,絕不是一個已經塵埃落定、一成不變的系統。”

        西蒙指出,對木星的進一步觀測顯示,該行星的大氣也發生了變化。的風暴“大紅斑”正在縮小,顏色也在改變,也許不久之后便會徹底消失。云層會移動,木星的帶狀斑紋也因此不斷變幻。西蒙補充道,科學家仍在努力研究木星的天氣,但由于OPAL計劃每年只觀測木星一次,這一點便很難實現。西蒙打了個比方:因為木星的公轉周期為12個地球年,這就像每月觀察一次地球、然后以該數據為基礎進行天氣預報一樣。

        博爾頓表示,朱諾號探測器觀察木星的時間雖短,卻也有許多驚喜的發現。比如,木星大氣的深度似乎極深。科學家還對木星極光和極地氣旋有了更多了解。木星的內部結構似乎也和科學家之前的猜想有所不同。

        “我們原以為木星可能有一個很小的巖質內核,或者根本沒有內核。”博爾頓解釋道,“但如今我們發現,它的內核非常大,并且部分內核可能并不是固體。”

        2020年之后還將開展其它木星探索任務。這些任務將以另一條線為重點:木星被冰雪覆蓋的衛星們。一直到1979年旅行者1號和2號飛越木星時,研究人員才意識到木衛二的冰層下方可能存在海洋。如今,科學家認為木衛三和木衛四可能也擁有海洋。近幾年,哈勃望遠鏡甚至在木衛二上發現了一些可能由水形成的噴流。

        歐空局的木星冰月探測器(JUICE)預計將于2022年發射,并于2029年抵達木衛三、木衛四和木衛二。與此同時,NASA也在加緊開展“木衛二快艇任務”(Europa Clipper),預計發射時間為2020至2030年間。

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