北京時間4月14日晚20:14，歐洲航天局《ESA，簡稱『歐空局』》在法屬圭亞那發射場，通過阿麗亞娜5號運載火箭，將木衛系探測衛星JUICE送入軌道。
這是一顆怎樣的探測器，為什麼會有那麼『萌』的名字呢？
升空後的JUICE將完成一系列展開動作 | 歐洲空間局
JUICE的全名是Jupiter Icy Moons Explorer，字面意思是『木星冰衛星探測器』。
顧名思義，它會將木星的衛星作為主要探測對象。
根據計劃，JUICE將對木星及其3顆伽利略衛星——木衛三、木衛四、木衛二進行詳細觀測，其中，對木衛三還將進行環繞探測。
這是人類歷史上首次派探測器深入研究木衛，也將首次進入除月球外太陽系其他天然衛星的軌道。
JUICE與木星及木星的4顆伽利略衛星 | 歐洲空間局
目標：小太陽系
木星是太陽系最大的行星，現在很多天文學家稱其為『氣態巨行星』。
雖然它和土星之間關於衛星數量的明爭暗鬥持續了幾十年，然而大家都相信身大力不虧的木星應該擁有太陽系最多的天然衛星。
果然，截至2022年底，木星以95顆天然衛星再度登頂。
當然，絕大部分衛星都很迷你，其中83%的衛星直徑不超過10公裡，但也有像伽利略衛星這樣直徑超過3000公裡的巨大衛星。
木星和它的4顆伽利略衛星，木衛一、木衛二、木衛三的圖像來自1996年NASA伽利略號探測器，木衛四的圖像來自1979年旅行者號探測器 | NASA/JPL/DLR
木衛一《艾奧》、木衛二《歐羅巴》、木衛三《蓋尼米得》、木衛四《卡利斯托》，統稱為伽利略衛星，是400年前伽利略將望遠鏡指向天空後最早作出的發現之一。
在晴朗的夜晚，僅憑一副小型的雙筒望遠鏡就能看到它們。
近現代觀測表明，這4顆衛星有著鮮明的特色以及獨特的魅力。
木衛一直徑3643公裡，幾乎與月球一模一樣，距離木星421700公裡。
它是出了名的『火爆脾氣』，坐擁400餘座活火山，是太陽系中地質活躍度最高的星球。
木衛一在塑造木星磁場方面發揮著重要作用。
木星帶動自身強大的磁場快速旋轉，讓木衛一活脫脫成為一臺巨大的發電機，產生40萬伏的電壓和300萬安培的電流。
火山噴發出大量離子，沿木星磁力線進入木星高層大氣形成極光，同時也使木星的磁場膨脹到原來的兩倍多。
木衛二內部結構示意圖 | 歐洲空間局
木衛二則截然不同，是一個冰封的世界，直徑3122公裡，成為了整個太陽系中的第15大天體，第6大衛星。
它赤道附近表面溫度隻有-160℃，然而現代觀測顯示，在其巨大的表面冰層以下，蘊藏著一個深達幾十公裡的巨大海洋，總水量達到地球海洋的2~3倍。
木衛三和木衛四被認為是巖石和冰混合在一起的星球，或許也都存在地下海洋。
木衛三的直徑達到5270公裡，是太陽系最大衛星，甚至比水星還大。
它也是目前已知太陽系中唯一擁有磁場的衛星。
木衛一、木衛二和木衛三的公轉周期剛好形成1:2:4的共振，這使得木衛一、木衛二獲得了潮汐加熱，也是木衛一擁有眾多火山、木衛二擁有巨大水體的主要原因之一。
木衛三本身也擁有一個巨大的地下海洋，它是否具有宜居性，一直是科學家好奇的問題。
木衛三內部結構示意圖 | 歐洲空間局
木衛四略小於水星，是太陽系第三大衛星，距離木星達188萬公裡，基本處在木星磁層外，已被木星潮汐鎖定，始終隻有一面朝著木星。
它是木星主要衛星中密度最小的一個，因此推測它可能也擁有100多公裡深的地下海洋。
在了解了木星的這幾顆主要衛星後，或許我們就不難理解為什麼這個項目叫作JUICE了《雖然老外向來有『湊單詞』的習俗》。
一來大部分衛星都是冰天雪地的icy moons《木衛一不是JUICE的『菜』》，二來它們內部『汁水』夠多的！
目前我們都認為生命是從海洋孕育而生的，那麼這些衛星是否能作為生命的潛在棲息地呢？對這些衛星的研究或許能告訴我們行星上的海洋是如何形成的，以及生命出現的條件是什麼。
太陽系中其他星球海洋與地球海洋的比較《地球為1倍》，其中火星海洋為古海洋的推測 | NASA
木星還有為數眾多的迷你衛星，在多種不同軌道上運行。
正因為木星和它的一眾衛星組成了如此豐富精彩的世界，木衛系也被喻為『小太陽系』。
研究木衛系將有助於我們了解太陽系形成和演化的歷史。
JUICE將於2031年抵達木星，並計劃繞木星飛行至2034年底，對行星的大氣層和磁層進行細致的觀測。
期間，它將飛越木衛二兩次、木衛三12次、木衛四21次。
隨後，它將嘗試成為木衛三的衛星，並最終進入500公裡高度圓軌道抵近觀測。
設備：精巧全面
JUICE是歐空局2015-2025年『宇宙視野計劃』《Cosmic Vision》的第一個大型任務。
『宇宙視野計劃』確定了四大科學方向——生命和行星形成的條件是什麼？太陽系是如何運行的？宇宙的基本定律是什麼？宇宙是如何起源又是由什麼組成的？
在經過仔細分析研究後，歐空局最終選擇了行星際探測，並將目標瞄準太陽系中的水冰衛星。
這樣做既能傳承和發揮歐洲的經驗，也能在相關領域研究中保持一定的競爭力。
整裝待發的JUICE探測器 | 歐洲空間局
JUICE幹質量約2.4噸，起飛質量《含燃料》約6.0噸。
巨大的太陽能電池板總面積約為85平方米，包含2356顆太陽能電池，為探測器提供約820W電力，相當於一臺家用微波爐。
這也是有史以來空間科學探測任務中所使用的最大規模太陽能電池陣列，因為在遙遠的木星，太陽輻射隻有地球軌道上的3.7%。
解決通信和數據傳輸問題的，則是2.5米長的高增益天線。
JUICE上使用的太陽能板 | 空中客車公司
JUICE將攜帶10臺最先進的儀器，分別屬於遙感探測載荷、地質物理探測載荷和原位探測載荷。
遙感探測載荷
JANUS《Jovis，Amorum ac Natorum Undique Scrutator》
全稱是拉丁語，意思是『對木星及其情侶的全面觀察』。
它是一套相機系統，能對木衛三和木衛四上有價值的目標進行照相觀測，分辨率優於每像素400米。
它還能對選定的理想目標進行25米/像素至2.4米/像素的高分辨率觀測。
該相機還擁有13個濾光器《含全色、寬帶和窄帶》，波長在0.36μm至1.1μm之間，即可見光和近紅外短波區域。
MAJIS《Moons and Jupiter Imaging Spectrometer》
全稱為『衛星與木星成像光譜儀』，是一臺工作在400 nm至5.70µm《可見光和紅外》成像光譜儀，光譜分辨率為3-7 nm。
主要觀測對象是木星上的對流層雲特征和含量較少的氣體類型、冰衛星表面的冰和礦物的組成成分。
對木星的空間分辨率約為100公裡，對木衛三的空間分辨率則可達到75米。
UVS《UV Imaging Spectrograph》
紫外成像光譜儀。
工作在55-210 nm波長范圍內，光譜分辨率<0.6 nm，主要探測冰衛星的外大氣層和極光、木衛二的噴射羽流、木星高層大氣和極光。
對木星的空間分辨率為250公裡，木衛三的空間分辨率為500米。
SWI《Sub-millimeter Wave Instrument》
亞毫米波探測器。
這也是一臺光譜儀，隻不過它針對的是頻率為1080–1275 GHz和530–601 GHz的射電波。
它研究的對象主要是木星的平流層和對流層，以及冰衛星的外大氣層和表面。
地質物理探測載荷
GALA《Ganymede Laser Altimeter》
木衛三激光高度計，主要任務當然是測高度。
它在200公裡高度的垂直分辨率能達到10厘米，能精確測量冰衛星的地形和潮汐形變。
RIME《Radar for Icy Moons Exploration》
冰衛星探測雷達是一副長16米的天線，工作頻率為9MHz，專用於地下結構探測，深度可達9公裡，垂直分辨率高達30米。
3GM《Gravity and Geophysics of Jupiter and Galilean Moons》
3GM全名是『木星和伽利略衛星引力和地質物理學』，是一套專用於研究木衛三重力場和冰衛星內部海洋的無線電科學組件，包括Ka波段轉發器和超穩定振蕩器。
這套設備還能研究木星及其衛星的中性大氣和電離層結構。
原位探測載荷
PEP《Particle Environment Package》
粒子環境組件有6個傳感器，目標是研究木星的磁層及其與木星衛星的相互作用。
作為原位探測器，PEP將測量木衛系中存在的正負離子、電子、外層中性氣體、熱等離子體和高能中性原子，探測能量從1毫電子伏特到1兆電子伏特。
J-MAG《JUICE-Magnetometer》
利用靈敏的磁力計研究冰衛星的地下海洋，以及木星磁場與木衛三磁場的相互作用。
RPWI《Radio and Plasma Wave Investigation》
無線電和等離子體波探測器用於觀察航天器周圍的等離子體環境和無線電輻射，包含了電場磁場傳感器和4個朗繆爾探針，將開展4項等離子體實驗。
從多個電磁波段到等離子體，從電場到磁場，從大氣到地下，無論是探測目標還是探測方法，幾乎應有盡有。
這些科學載荷組合在一起，將JUICE武裝成一個功能強大的太空天文臺。
尤其是，這些設備對冰衛星表面與地下海洋的探測針對性極強，讓人充滿期待。
JUICE的主要科學載荷 | 歐洲空間局
旅途：精心設計
JUICE的目標是探測木星及其多顆冰衛星，不僅旅途遙遠，而且還要紮根木衛三。
為了順利達到目的地，又要節省燃料，工程師精心設計了一條華麗的飛行路線。
在離開地面後，JUICE並不是徑直飛向木星，而會在地球和金星之間轉悠一段時間，將有4次借助地球和金星的引力幫助其加速，俗稱『引力彈弓』。
直到8年後，它才會抵達太陽系行星巨人。
JUICE前往木星的飛行軌跡 | 歐洲空間局
根據計劃，它將於2024年8月飛越地月系，2025年8月飛越金星，2026年9月和2029年1月再度飛越地球，隨後才能進入木星轉移軌道。
其中，對地月系的飛越被稱為月地引力輔助《LEGA》——先令探測器飛越月球，一天半之後再飛越地球實現加速，這也是第一次有航天器做這樣的嘗試。
JUICE將多次飛掠地球和金星，借助『引力彈弓』前往木星 | 歐洲空間局
從最後一次與地球揮別，到2031年7月抵達木星，JUICE在茫茫太空中還要飛行兩年半。
但工程師不想讓它閑著，期望它在2029年10月前後順道看一眼223號小行星羅薩《223 Rosa》，這是一顆距離太陽約3.0天文單位，位於主帶中的司理星族小行星。
在進入木星軌道前半年，JUICE將被喚醒，投入科學探測。
探測器進入木星系後，將利用木衛四與木衛二的引力調整軌道，實現對木衛二南北半球中緯度地區進行探測，確定是否存在液態水或地下海洋，確定非冰物質的化學組成。
隨後，再多次借助木衛四抬高軌道傾角，實現對木星高緯度地區，重點是木星大氣層、木星磁層的探測。
JUICE借助木衛四抬高軌道傾角的過程 | 歐洲空間局
2034年12月，JUICE將進入環木衛三的軌道。
在木星的引力攝動下，探測器軌道的偏心率不斷調整，最終它將進入一條距離木衛三表面約500公裡的圓軌道，重點考察木衛三的磁場、空間環境、表面組成、海洋分佈等，還將完成對其三維地圖的繪制。
JUICE將通過132天完成對木衛三全球的激光測距，從而繪制木衛三的三維地圖 | 歐洲空間局
在完成全部探測任務後《計劃是2035年末》，JUICE將以撞擊木衛三表面的方式結束自己漫長的旅程。
人類航天器第一次造訪木星距離今年剛好過去半個世紀，其中有過7次飛越木星，但隻有兩次環繞木星飛行，但目標都是木星本身，並未有過環木衛的探測器。
有了剛剛啟程的JUICE，人類將真正有機會第一次深入研究地球以外的海洋。
8年後，或許我們就能得到令人激動和振奮的消息。
JUICE飛掠木衛三的場景，最快也要到8年後才會實現 | 歐洲空間局
此外，美國航天局《NASA》也計劃於2024年10月發射木衛二探測器『木衛二快船』《Europa Clipper》。
如果一切順利的話，『木衛二快船』可能後發先至，於2030年4月到達木星。
屆時將同時有兩個探測器在太陽系『冰封水世界』工作，人類深空探測將呈現全新的格局。
參考文獻
[1] Sheppard，Scott S. “Moons of Jupiter”. Earth & Planets Laboratory. Carnegie Institution for Science. Retrieved December 20，2022.
[2] https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/JUICE_is_Europe_s_next_large_science_mission
[3] https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Juice_factsheet
[4] “Io: Overview”. Solar System Exploration. NASA. Archived from the original on 11 February 2003. Retrieved 29 October 2014.
[5] Foust，Jeff (February 10，2021). “NASA to use commercial launch vehicle for Europa Clipper”. SpaceNews. Archived from the original on February 16，2021. Retrieved February 10，2021.
作者：水兄
編輯：Steed
封面圖來源：歐洲空間局
封面圖路牌素材來源：圖蟲創意
