人类为何至今仍未抵达木星?资金很重要 辐射环境恶劣

　　北京时间4月11日消息，据国外媒体报道，50年前的4月2日，一台名叫HAL的智能电脑在一艘去往木星的载人飞船上掀起了一场大破坏。这是作家亚瑟·克拉克创作的科幻小说《2001太空漫游》中的情节。同名电影更成了航天时代早期的开山之作。
　　《2001太空漫游》上映时，美国正在加班加点、努力将人类送上月球。仅仅一年之后的1969年7月20日，美国便达成了这一成就。但木星仍只是望远镜中的远景。直到1973年，人类才开展首次飞往木星的航天任务，先驱者10号探测器成功飞越木星。当然，此次任务并无人类参与。
　　在此之后，又有几枚探测器先后飞越木星，其中有两枚在木星轨道周围停留了较长时间。首先是NASA的伽利略任务，探测器在1995年至2003年间围绕木星旋转。如今，探索木星的任务由NASA的朱诺号探测器负责，该探测器于2016年抵达木星轨道。
　　但是人类呢？人类为何至今仍未抵达木星？
　　首先是航天任务资金和优先级排序的问题：目前NASA的重点在于国际空间站，同时还忙着开展人类重返月球任务和火星载人任务。除此之外，还有人类健康这一重大问题：木星的辐射环境极不利于人类生存。朱诺号在重重保护之下还能侥幸存活，但即使这样也难保长久。
　　NASA目前的辐射指导方针规定，宇航员累积受到的辐射剂量只能使其一生中罹患癌症的概率增加3%。而此前由NASA好奇号探测器提供的测量数据表明，为时860天的火星任务（包括180天去程，500天火星停留时间，以及180天返程）将使宇航员总共接收1.01西弗的辐射，可能使患癌几率增加5%。
　　但木星的辐射环境可能比火星更为糟糕。2016年的一项研究指出，要想最大程度地避免辐射，宇航员也许需要在木卫二的冰层中工作，这样每年接收的辐射剂量可能只有0.3西弗。（前文火星任务的年辐射剂量可能为0.43西弗。）但无论是在木卫二表面，还是在木星辐射极强的辐射带中，环境都要严苛得多。
　　人类受到高剂量辐射时，会出现呕吐、眩晕、脱发等急性症状，严重者甚至可能死亡。但若为避免辐射、为宇宙飞船加装保护层，又会大大增加飞船重量，提高飞船发射难度。要打造合适的飞船防护层，也许还需运用更先进的技术。
　　朱诺号首席科学家、美国西南研究所的斯科特·博尔顿（Scott Bolton）指出，科学家从上世纪60年代末或70年代开始研究木星辐射带的危险性。“1968年的时候，我们已经知道木星周围存在辐射和磁场，但没人想到那里的环境如此严苛。”
　　甚至到了上世纪80年代，工程师在设计伽利略号探测器时，仍低估了木星的辐射环境强度。
　　“那里的环境非常严酷，”NASA戈达德航天飞行中心高级行星大气科学家艾米·西蒙（Amy Simon）表示，“我们在开展伽利略号任务时发现，每当探测器靠近木卫二或木星，探测器都会运作不灵。它还没有对那里的环境做好准备。这也改变了我们设计宇宙飞船和电子元件的理念。”
　　辐射只是宇航员面临的众多挑战之一。他们还要带上足够的水、想好怎么处理废物、应对与地球通讯时的延迟问题等等。有些技术也许能起到一定帮助，例如，将尿液处理成饮用水的技术目前正在国际空间站上接受测试。对通信延迟解决方案的测试或许也将于不久后开展。此前在NASA极端环境任务行动中，宇航员们已经在水下尝试了一些有助于解决上述问题的技术。

图为《2001太空漫游》中宇宙飞船“发现号”的概念图。

　　“非常出色，极具想象力”
　　博尔顿从孩提时期就是克拉克的粉丝，他还记得自己观看《2001太空漫游》的经历。在成为太空物理学家之前，博尔顿高中时曾是一名狂热的科幻小说爱好者，也是一个科幻小说读书俱乐部的成员。”克拉克是我最喜欢的作家之一。他用语精当，非常出色，极具想象力。他的作品中有很多对物理学的思考，我为此深深着迷。“博尔顿回忆道。
　　克拉克在2008年以90岁的高龄逝世。博尔顿曾在太空活动和NASA活动中与他数次会面。博尔顿最念念不忘的一次见面之一，是克拉克在2001年真正到来时、为他在《2001太空漫游》小说上签字，并且签上了2001这个年份。
　　博尔顿将此次会面称为“一次有趣的巧合”，因为当时没人能预见到，博尔顿日后将成为一次木星探索项目的带头人。而克拉克签名的书中描写的恰恰是一次木星任务。但博尔顿记得自己向克拉克表达了深深的崇敬之情。“我对他说，他影响了我的一生。”
　　西蒙也记得自己童年观看这部电影的经历，只不过当时该电影已经上映几年了。“当时我一点都没看懂。”她说道。但由于这部电影复杂的情节十分引人入胜，她之后又看了好几次，也读了同名小说。
　　不断改变的认知
　　木星环境十分复杂，直至今日，太空科学家仍在努力研究它的真相。西蒙每年一次，通过哈勃望远镜“外行星大气遗产计划”（OPAL）观察这颗行星。该计划每年都会收集对太阳系外层行星的观测结果。（不过对土星的观测今年刚刚开始，因为负责土星观测的卡西尼号任务去年方告结束。）
　　“就我们对木星系统的了解而言，该系统十分多变。”西蒙指出。1992至1994年间、苏梅克-列维9号彗星与木星大气相撞后的变化便是一个有力的例证。“这让我们意识到，太阳系仍在不断变化之中，绝不是一个已经尘埃落定、一成不变的系统。”
　　西蒙指出，对木星的进一步观测显示，该行星的大气也发生了变化。著名的风暴“大红斑”正在缩小，颜色也在改变，也许不久之后便会彻底消失。云层会移动，木星的带状斑纹也因此不断变幻。西蒙补充道，科学家仍在努力研究木星的天气，但由于OPAL计划每年只观测木星一次，这一点便很难实现。西蒙打了个比方：因为木星的公转周期为12个地球年，这就像每月观察一次地球、然后以该数据为基础进行天气预报一样。
　　博尔顿表示，朱诺号探测器观察木星的时间虽短，却也有许多惊喜的发现。比如，木星大气的深度似乎极深。科学家还对木星极光和极地气旋有了更多了解。木星的内部结构似乎也和科学家之前的猜想有所不同。
　　“我们原以为木星可能有一个很小的岩质内核，或者根本没有内核。”博尔顿解释道，“但如今我们发现，它的内核非常大，并且部分内核可能并不是固体。”
　　2020年之后还将开展其它木星探索任务。这些任务将以另一条线为重点：木星被冰雪覆盖的卫星们。一直到1979年旅行者1号和2号飞越木星时，研究人员才意识到木卫二的冰层下方可能存在海洋。如今，科学家认为木卫三和木卫四可能也拥有海洋。近几年，哈勃望远镜甚至在木卫二上发现了一些可能由水形成的喷流。
　　欧空局的木星冰月探测器（JUICE）预计将于2022年发射，并于2029年抵达木卫三、木卫四和木卫二。与此同时，NASA也在加紧开展“木卫二快艇任务”（Europa Clipper），预计发射时间为2020至2030年间。（叶子）