人類為何至今仍未抵達木星？資金很重要 輻射環境惡劣

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，一台名叫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太空漫遊》中的情節。同名電影更成了航天時代早期的開山之作。

《2001太空漫遊》上映時，美國正在加班加點、努力將人類送上月球。僅僅一年之後的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，人類才開展首次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，此次任務並無人類參與。

在此之後，又有幾枚探測器先後飛越木星，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，該探測器於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順序排序的問題：目前NASA的重點在於國際空間站，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於人類生存。朱諾號在重重保護之下還能僥倖存活，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症的概率增加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，要想最大程度地避免輻射，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、脫髮等急性癥狀，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，但沒人想到那裡的環境如此嚴苛。」

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。

「那裡的環境非常嚴酷，」NASA戈達德航天飛行中心高級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。它還沒有對那裡的環境做好準備。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、想好怎麼處理廢物、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於不久後開展。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於解決上述問題的技術。

圖為《2001太空漫遊》中宇宙飛船「發現號」的概念圖

「非常出色，極具想像力」

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太空漫遊》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，極具想像力。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太空漫遊》小說上簽字，並且簽上了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，博爾頓日後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。但由於這部電影複雜的情節十分引人入勝，她之後又看了好幾次，也讀了同名小說。

不斷改變的認知

木星環境十分複雜，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後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。著名的風暴「大紅斑」正在縮小，顏色也在改變，也許不久之後便會徹底消失。雲層會移動，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，但由於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、然後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岩質內核，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，並且部分內核可能並不是固體。」

2020年之後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）預計將於2022年發射，並於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。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！