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縱覽網丨木星演化之謎將來人類開發木星,哪顆衛星適合當中轉站?

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木星童年時期,竟然要比現在胖兩倍?最近,加州理工學院行星科學教授康斯坦丁?巴蒂金的一項科學研究表示,太陽系演化初期,最初誕生的木星,直徑是目前木星尺寸的兩倍。而眾所周知,作為太陽系內最大的行星,木星一直都被視為人類將來探索太空的中轉站,地球演化的保護傘。木星大氣層內有海量的氫,可以用于航天飛機燃料的加注,木星龐大的體型,在很長的一段時間內,也幫助地球擋住了許多來自天外的不速之客。所以,從現有技術路線來看,人類距離開發木星及其衛星,還需多長時間,又要做出哪些努力?

對于探索宇宙來說,太空航行能力,始終是繞不開的話題。旅行者1號是目前航行距離最遠的人造航空器,前后花了546天,才從地球抵達木星附近,平均速度為13km/秒。這還只是輕如“羽毛”的探測器,如果是載人飛行或者行星間運輸,往返木星,至少需要5到6年。但不必灰心,早在上世紀50年代,科學家就提出了基于核聚變脈沖的代達羅斯飛船。根據當時科學家的設計和研究,1艘10萬噸級的代達羅斯核聚變飛船,以氘和氦3為主的混合燃料推進,只需要攜帶7.7萬噸核燃料,就能在確保有充足燃料反推停止的前提下,實現0.2%的真空光速,換算下,也就是大概600千米/秒,按照地木最遠距離,飛船只需要18天,就能從地球抵達木星。但是這個方案有兩個問題,首先就是可控核聚變的工程化,仍然遙遙無期,也許30年,甚至50年,人類可能也很難造出足以推進近20萬噸宇宙飛船的核聚變引擎。



代達羅斯核聚變飛船的核燃料方案,對氦3的消耗太高。地球上并不缺氘資源,把海水中的氘全部提取,能夠獲得40萬億噸。但是氦三在地球上極其稀有,儲量以千克計。月球被認為氦三資源豐富,但是目前預估產量,保守估計也只有500萬噸。對于一次加速到0.2%光速,就需要消耗數萬噸氦三的代達羅斯飛船來說,月球上的氦三,完全不夠揮霍。木星也被認為擁有上百萬噸氦三,但是對于代達羅斯飛船來說,也遠遠不夠。未來,我們只能期望月球和其他行星上可以探測到更多氦三。否則僅是速度的限制,就足以消磨掉人類探索遷移到太陽系其他行星的熱情。



如果人類實現了類似代達羅斯核聚變飛船的產物,木星哪里最宜居呢?木星本身顯然可以排除,目前對移民木星本體的探索,僅停留于建造無人的熱氣球,開采木星大氣層資源。木星的輻射十分強大,是地球的1萬倍,其周身“三丈”之內,幾乎是生命的禁區。但是,木星的衛星非常多,雖然距離主星很遠的木衛一和木衛二,其輻射是暴露即死的水平,甚至到了木衛三,人體也無法接受超過2個月的暴露,但是當我們將視角放到距離木星6個地月距離的木衛四,由于地處木星磁層邊緣,木星的輻射,不僅傷不了木衛四,來自木星的磁場,還能幫助木衛四抵擋太陽風。



同時,木衛四地質穩定,地表平坦,軌道運行穩定,并且自身受木星引力影響較弱,甚至還有厚達幾十到上百公里的冰層,可以提供海量的水資源。相比較之下,前三顆衛星,航天器想要穩定進入衛星軌道,還需要與木星引力進行反復抗衡。所以說,如果一定要在木星建立航天中轉基地,以及環氣態行星城市群落,木衛四是最佳選擇。現在,俄羅斯航天部門已經推出2030核動力飛船規劃,預計在2030年左右執行木星登陸任務,但究竟是探測設備登陸還是載人登陸仍未可知,這里更傾向于機械設備開路探測。而美國NASA也將木衛四視為一顆潛力巨大的宜居行星。NASA計劃在2040年,開展載人登陸計劃。



不過,木衛四作為宜居星球,也有缺點。首先就是體型太小,再加上由于冰殼帶來的密度稀釋,其引力甚至明顯低于同尺寸衛星。這對于人類長期生活來說,是一個非常不利的因素。其次木衛四由于本身很小,目前也鎖不住一個厚重的大氣層。結果就是木衛四經常遭到隕石的襲擊,表面遍布隕石坑。所以,在解決人類低重力環境下的生存質量,以及小行星防御技術之前,宜居木衛四,也只是一個美好的幻想。但所幸技術路線已經清晰明朗,接下來的人們,只需要按部就班地穩定前行。總有一天,我們早起拉開窗簾,能看見美麗的三顆月亮,由木衛一、木衛二和木衛三組成,還有更壯觀的木星風暴,遮天蔽日,引人遐想。

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