木星冰月探测器完成首次“月球─地球”双重重力助推

2023年4月14日发射升空的木星冰月探测器，8月20日完成人类首次“月球─地球”双重重力助推，依计划继续踏上前往木星的旅途。

欧洲太空总局木星冰月探测器（Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE）是人类探索木星及卫星的下个重要任务。已知木卫二欧罗巴（Europa）表面覆盖厚达数公里冰层，下方藏着全球性海洋，已观测到地表有羽状喷流。这些发现揭示除地球外的潜在海洋世界，或许也代表另一个生命的可能起源。之后JUICE将对木星及三颗可能有地下海洋的伽利略卫星更深入观测，同时监测木星复杂的磁场、辐射及与卫星的相互作用。

木星与地球平均距离约8亿公里，1977年9月5日发射的航海家一号约花两年才抵达木星附近。这次JUICE前往木星的旅程却要花费八年，主因是要节省燃料，并确保JUICE受控地进入木星轨道。如果没有超巨大火箭，直接将JUICE送往木星需要难以想象的6万公斤推进剂，且JUICE到达木星后，还需额外大量推进剂减速，才能进入木星轨道，而航海家一号只是掠过木星并不停留。

JUICE八年旅程路径会是什么样子？答案是利用月球、地球和金星重力，将JUICE逐步推向木星轨道。用行星重力将探测器甩向目的地并不是第一次，以往送去探测木星及卫星的伽利略号（Galileo）、朱诺号（Juno），以及即将发射的欧罗巴快船（Europa Clipper），都必须利用地球“重力助推”或“飞掠”加速度。同样地，已离开太阳系的航海家一号也是靠木星重力，转向土星并加速飞向太阳系外。去年8月成功登陆月球的印度月船三号，为了节省燃料，也利用地球重力飞往月球。

JUICE路径首创之处在首次将月球纳入计划，以“月球─地球”双重重力助推。利用月球和地球重力，为JUICE提供额外速度和推力，更有效率前往木星，也是JUICE任务独特的突破。JUICE是有史以来发射最重星际探测器，重量超过6千公斤。这次月地双重重力助推，成功节省约100-150公斤燃料，使JUICE能携带更多推进剂，比原计划更接近木卫三盖尼米德（Ganymede），并获一次额外研究机会。



左侧显示JUICE前往木星的整体路径，右侧展示“月球─地球”双重重力助推的详细路径。

JUICE前往木星这条极其复杂且不断变化的路线，是任务分析团队过去20年精心规划。JUICE旅程的详细时间表如下：

月球─地球飞掠使JUICE轨道相较飞掠前路径偏转100度。飞掠还提供太空测试JUICE科学仪器的机会。JUICE拍摄了高分辨率月球和地球形象，以及光谱数据，科学家评估后后将择时发布。清华大学天文台（NTHU Observatory）也成功记录JUICE飞掠地球的一小段过程。