《2001：太空漫游》问世50周年，人类为何还未登陆木星？

2018-04-07 伊丽莎白·霍维尔 中科院物理所

《 2001：太空漫游》中，具备感知能力的电脑HAL让一艘前往木星的载人飞船陷入浩劫。然而，事实上人类始终没有登上木星。这是为什么呢？

亚瑟·克拉克小说《2001：太空漫游》中“发现者”号的概念图。1968年，斯坦利·库布里克执导的同名影片上映

2018年4月2日，科幻片《2001：太空漫游》迎来问世50周年。片中，具备感知能力的电脑HAL让一艘前往木星的载人飞船陷入浩劫。这部科幻大片改编自亚瑟•克拉克的同名小说，是太空时代初期最经典的影片之一。

《2001：太空漫游》上映时，美国正如火如荼地实施载人登月任务。短短一年后，也就是1969年7月20日，美国完成了这一壮举。虽然人类在月球上留下了足迹，但当时的木星仍旧是一颗只能借助望远镜才能进行观测的星球。

1973年，“先驱者10”号飞跃木星。这是人类历史上的第一次木星无人探索任务。在此之后，又有多艘无人飞船造访木星。1995年至2003年，美国宇航局的“伽利略”号探测器环绕这颗气态巨行星飞行。2016年，宇航局的“朱诺”号进入木星轨道，对木星进行勘测。

不过，人类始终没有登上木星。

这是为什么呢？除了太空计划的经费和优先事项的限制——宇航局当前的焦点是国际空间站任务，随后是让宇航员重返月球，之后便是奔赴火星——宇航员的健康也是一个不容忽视的大问题。木星拥有恶劣的辐射环境，“朱诺”号之所以能够幸存，要感谢辐射防护盾。但即便如此，“朱诺”号也无法坚持很久。

辐射环境比火星更恶劣

“朱诺”号探测器造访木星

根据宇航局当前的辐射指导原则，宇航员因辐射剂量升高导致的终生癌症风险提高上限为3%。“好奇”号过去的测量结果显示，860天的载人火星探索任务——包括180天的奔赴之旅，500天的火星逗留和180天的返航——将让宇航员受到1.01西弗特辐射，导致癌症风险提高5%。

木星的辐射环境可能比火星更为恶劣。在探索木星系统时，如果想避开危险的辐射暴露，最理想的选择莫过于存在海洋的木卫二“欧罗巴”。根据2016年的一项研究，一年的木卫二观测任务会让探测器受到0.3西弗特辐射。如果是火星探索任务，一年的辐射剂量达到0.43西弗特。无论是木卫二的地表还是木星的强辐射带，环境都非常恶劣。

梅奥诊所表示高剂量辐射会让人出现一系列急性症状，例如恶心、迷失方向和脱发，甚至会导致死亡。为飞船加装防护盾虽能预防辐射暴露，但同时也会增加飞船重量，进而加大发射难度并引发其它问题。科学家需要采用更先进的技术，为飞船制造合适的防护盾。

“朱诺”号任务首席研究员、德州西南研究院的斯科特·博尔顿在接受太空网采访时表示，上世纪六七十年代，科学家开始了解木星辐射带的危险性。他说：“1968年，我们意识到存在射电辐射和一个磁场，但我并不认为当时有人将它们与恶劣环境联系在一起。”

“伽利略”号探测器

宇航局戈达德太空飞行中心的行星大气学家艾米·希蒙指出，上世纪80年代设计“伽利略”号探测器时，工程师低估了辐射环境的严重程度。希蒙发表了多篇论文，评析“伽利略”号获取的数据。他说：“辐射环境非常可怕。我们发现每次靠近木卫二或者木星时，‘伽利略’号都要不断调节间距，以致很难执行观测任务。它并没有做好应对这种环境的准备。这改变了我们关于如何制造飞船和电子设备的想法。”

辐射并不是宇航员面临的唯一挑战，他们还要携带水，找到合适的垃圾处理地点，在与地球同胞通话时还要面临长时间的通讯延迟。某些技术能够给宇航员带来帮助，例如满足他们饮水需求的尿液处理技术。现在，宇航员正在空间站上测试这项技术。不久后，通讯延迟也将在这个轨道前哨接受测试。在水下上演的宇航局极端环境任务行动中，宇航员测试旨在缓解这些问题的技术。

《2001：太空漫游》作者亚瑟•克拉克

儿时的博尔顿是克拉克的忠实粉丝。他至今还记得观看《2001：太空漫游》时的情形。上中学的时候，博尔顿贪婪地阅读科幻小说，同时还是一家科幻著作俱乐部的成员。现在的他是一名太空物理学家。他说：“克拉克是我最喜欢的作家之一。他追求精确，才华横溢并且非常有想象力。他思考了很多物理学问题，这一点深深感染了我。”

2008年，克拉克离开人世，享年90岁。在太空主题活动和宇航局组织的活动上，博尔顿曾多次与克拉克碰面。2001年，博尔顿拿着一本《2001：太空漫游》让克拉克签名。这是他最难忘的一段回忆。签名时，克拉克还特意写上2001年。博尔顿说这一次的相遇是个“有趣的巧合”，当时没有人知道他会在以后领导一项木星探索任务，而《2001：太空漫游》又恰恰讲述一次木星任务。“我对他说，他影响了我的人生。”

小的时候，希蒙也看过《2001：太空漫游》，但是在影片上映几年之后。她说“我当时完全看不懂”，但这部影片的情节非常复杂，故事也很吸引人，诱使她一次次重温。此外，她还认真拜读了原著。

木星的多冰卫星将成焦点

木星大红斑

木星拥有非常复杂的环境。虽然对木星研究多年，天文学家至今仍在上演大量新发现。通过哈勃太空望远镜的外侧行星大气遗产（OPAL）计划，希蒙每年对木星进行一次观测。OPAL计划每年收集太阳系外侧行星的观测数据。对土星观测数据的收集工作于2018年开始，因为“卡西尼”号飞船一直服役到2017年。

希蒙说：“根据我们的已获信息，木星系统富于变化。”1992年至1994年，“苏梅克-列维9”号彗星在木星周围土崩瓦解，碎片坠入木星大气层。“这让我们意识到太阳系仍在发生改变，并非固定不变，处于静态。”

希蒙指出对木星的更多观测揭示了木星大气层发生的变化。著名的大红斑风暴正在萎缩并且改变颜色，可能在不久后消失踪影。木星的云层不断移动，带纹也在发生改变。科学家仍在努力了解木星天气，但这种研究面临不小难度，因为OPAL计划每个地球年只对木星进行一次观测。木星的轨道周期在12个地球年左右，这相当于每月对地球进行一次观测，而后根据观测数据预测天气。

博尔顿表示“朱诺”号的木星观测任务虽然短暂，但仍上演了很多惊人发现。木星大气层——包括大红斑这样的风暴——拥有惊人的厚度。此外，科学家获取了木星极光和极地龙卷风的更多信息。就连木星的内部结构也与科学家预计的不同。博尔顿说：“我们一度认为木星拥有很小的核心，或者没有多岩核心。我们现在知道它的核心非常巨大，可能部分熔化。”

艺术概念图，欧航局的木星多冰卫星探测器

计划内的其它木星探索任务将在本世纪20年代登场。这些任务将聚焦一个新兴研究领域——木星的多冰卫星。在1979年“旅行者1”号和“旅行者2”号掠过木星之后，科学家意识到木卫二“欧罗巴”的冰层下方可能存在海洋。据信，木卫三“伽倪墨得斯”和木卫四“卡利斯托”也存在海洋。最近几年，“哈勃”项目研究员甚至发现了木卫二的水汽喷流。

欧洲航天局的木星多冰卫星探测器（JUICE）将于2022年发射，2029年抵达目的地，随后对木卫三、木卫四和木卫二进行观测。美国宇航局正在谋划“欧罗巴快艇”任务，预计于本世纪20年代奔赴木星。

木星上的超级风暴了解一下？

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