4月13日，歐空局的木星冰月探測器升空，將在多年后重點觀測木星及其3顆冰冷的衛星。這次探測任務將借助新技術、新規劃，關注多個重點目標。雖然在發射后的核心器件穿透雷達出現了展開問題，但經過一個月的“太空搶救”后，已經恢復正常。

冰月探測器藝術效果圖（圖源：Airbus）

人類在1950年代進入航天時代后，探索更遠的深空成為重要科研方向，尤其是探測太陽系內最大的行星-木星。在掌握行星引力助推技術后，可以利用這個巨大的引力源，給飛掠的探測器加速以達到能逃逸太陽系的速度。否則，以人類已有的火箭發射能力，很難直接賦予探測器足夠大的初始速度。

在這種背景下，在1970年代，先后有先驅者10號（1972）、先驅者11號（1973）、旅行者2號（1977）、旅行者1號（1977）飛掠了木星。這些探測器所攜帶的圖像記錄設備，也為人類初步揭開了木星的神秘面紗，尤其是對大紅斑的近距離觀測。最終，在經過木星的強力引力助推后，它們都踏上了飛離太陽系的旅途。后來的尤利西斯號（1990）、卡西尼號（1997）、新視野號（2007）任務，也把飛掠木星作為確定任務軌跡的最重要中轉站。

人類首次系統性研究木星是環繞木星的伽利略號（1989）。伽利略是著名的意大利科學家，發現木星系統的四顆衛星便是他最重要功績之一。雖然在發射后高增益天線出現了嚴重故障、導致與地球的通信能力大幅下降，但伽利略號還是在8年內（1995-2003）實現了環繞木星34圈的壯舉，深入研究了木星和衛星系統的構造、磁場和大氣等。尤其是對歐羅巴等衛星的探索具有歷史性意義，通過對磁性極點在不斷移動的觀測，科學家們初步形成了這些衛星在冰下擁有巨大海洋的結論，也有了冰月的概念，這個觀點被更多后續科研反復證實。正因如此，伽利略號任務結束后，美國和歐洲都立即啟動了對木星冰月的探測計劃。

在這些探測計劃實施之前，以羅馬神話中“天神”朱庇特（木星的英文是Jupiter）的妻子命名的朱諾號在2011年先行一步、于2016年進入環繞木星的軌道。這顆探測器的重點是全方位研究木星，尤其是確定木星上各種氣體比例、質量、引力場和磁場等細節問題，彌補伽利略號任務期間的各項不足，全面提升人類對木星的認知，也為后續木星冰月探測任務打下基礎。

地球和太陽系內潛在的水資源對比圖，甘尼米德和歐羅巴都超過地球（圖源：NASA）

而剛發射的歐空局的木星冰月探測器和美國國家航空航天局即將于2024年發射的“歐羅巴快船”，則共同將研究重點放到了木星的各個冰月上。歐洲重點探索木衛三甘尼米德（最終實現環繞），美國重點探索木衛二歐羅巴，二者都為巨大的冰月。僅以歐羅巴為例，它雖然比月球還小，但在15-25千米后的冰層下藏著一個可能深達150千米的巨大海洋，甚至大幅超過了地球上的全部水資源。而它表面奇特的紅棕色裂縫和斑點圖案，也疑似是含硫化物和礦物鹽的物質。伽利略號和朱諾號，也證實了其內部依然存在地質活動，加熱海洋和冰層。而甘尼米德上的水，甚至可能遠超歐羅巴。

孕育生命需要三大元素：液態水、可形成有機物的化學元素、能量。這些物質，在木星的冰月上并非奢求，甚至可能廣泛存在，或許可以孕育出在極端環境下生存的微生物。因而，兩大航天勢力同時開展冰月探測任務，并非是巧合。

不過，對于遙遠行星探測任務的能源供應始終是個大問題。在木星附近，太陽的能量密度驟降到地球附近的約4%，而冰月探測器繼續沿用前輩朱諾號積累的寶貴經驗，將挑戰利用太陽能維持科學儀器工作。在任務期間，或許有機會成為利用太陽能工作最遠的人類航天器。

冰月探測器攜帶了大量科學載荷（圖源：ESA）

之所以選擇甘尼米德作為主要探測目標，還因為它實在非常特殊。它是太陽系中最大的衛星，也是已知的唯一一顆擁有磁圈的衛星，存在稀薄的含氧大氣層，疑似擁有電離層。它的內部結構也頗為復雜，一方面應該存在含鐵的流動內核以激發磁場，另一方面也有大量的冰層和海洋結構覆蓋全球，實在是太神秘了。因此，冰月探測器的核心科研載荷都圍繞甘尼米德設計。穿透雷達可穿越冰層數千米，探索冰層結構和水的痕跡；激光高度計，可探測潮汐形變和地形地貌，揭示天體內部活動；此外，還可詳細研究甘尼米德的重力場、磁場和電離層結構，為它系統性建立一份“身材檔案”。在任務期間，它還會反復飛掠歐羅巴和卡利斯托（木衛四），尋找有機分子存在的痕跡。

冰月探測器的復雜軌跡（圖源：Astronomy官網）

不過，冰月探測器還是要面對一個巨大的挑戰，這就是距離。受限于火箭發射能力，它必須反復依靠金星和地球的引力助推才能飛向木星，耗時長達7年，在2030年才能抵達木星附近，真正執行研究任務的時間僅有3年。它的競爭對手“歐羅巴快船”原計劃通過重型火箭“太空發射系統”發射，可以不借助引力助推直接飛向木星，將飛行時間壓縮到1-2年，不僅能提前到木星搶占科研高地、還能大幅提升研究時間區間。不過最后由于高昂的發射報價和火箭排期問題，不得不退而求其次，選擇了獵鷹重型火箭和行星助推結合的方案。

對于外圍行星的探測，火箭的運載能力依然是個限制瓶頸。未來重型火箭能力的提升，將會讓這一切大幅改觀。