木星冰月探測器完成首次「月球─地球」雙重重力助推

2023 年 4 月 14 日發射升空的木星冰月探測器，8 月 20 日完成人類首次「月球─地球」雙重重力助推，依計畫繼續踏上前往木星的旅途。

歐洲太空總署木星冰月探測器（Jupiter Icy Moons Explorer，JUICE）是人類探索木星及衛星的下個重要任務。已知木衛二歐羅巴（Europa）表面覆蓋厚達數公里冰層，下方藏著全球性海洋，已觀測到地表有羽狀噴流。這些發現揭示除地球外的潛在海洋世界，或許也代表另一個生命的可能起源。之後JUICE將對木星及三顆可能有地下海洋的伽利略衛星更深入觀測，同時監測木星複雜的磁場、輻射及與衛星的相互作用。

木星與地球平均距離約8億公里，1977年9月5日發射的航海家一號約花兩年才抵達木星附近。這次JUICE前往木星的旅程卻要花費八年，主因是要節省燃料，並確保JUICE受控地進入木星軌道。如果沒有超巨大火箭，直接將JUICE送往木星需要難以想像的6萬公斤推進劑，且JUICE到達木星後，還需額外大量推進劑減速，才能進入木星軌道，而航海家一號只是掠過木星並不停留。

JUICE八年旅程路徑會是什麼樣子？答案是利用月球、地球和金星重力，將JUICE逐步推向木星軌道。用行星重力將探測器甩向目的地並不是第一次，以往送去探測木星及衛星的伽利略號（Galileo）、朱諾號（Juno），以及即將發射的歐羅巴快船（Europa Clipper），都必須利用地球「重力助推」或「飛掠」加速度。同樣地，已離開太陽系的航海家一號也是靠木星重力，轉向土星並加速飛向太陽系外。去年8月成功登陸月球的印度月船三號，為了節省燃料，也利用地球重力飛往月球。

JUICE路徑首創之處在首次將月球納入計畫，以「月球─地球」雙重重力助推。利用月球和地球重力，為JUICE提供額外速度和推力，更有效率前往木星，也是JUICE任務獨特的突破。JUICE是有史以來發射最重星際探測器，重量超過6千公斤。這次月地雙重重力助推，成功節省約100~150公斤燃料，使JUICE能攜帶更多推進劑，比原計劃更接近木衛三蓋尼米德（Ganymede），並獲一次額外研究機會。

▲ 左側顯示JUICE前往木星的整體路徑，右側展示「月球─地球」雙重重力助推的詳細路徑。

JUICE前往木星這條極其複雜且不斷變化的路線，是任務分析團隊過去20年精心規劃。JUICE旅程的詳細時間表如下：

2023年4月14日12:15 UTC發射升空。
2024年8月19日21:15 UTC最接近月球。月球飛掠使JUICE相對太陽秒速增加0.9公里，並導向地球。
2024年8月20日21:56 UTC最接近地球。JUICE以6,840公里高度飛越東南亞和太平洋上空。地球飛掠使JUICE相對太陽秒速減少4.8公里，導至往金星的新軌道。

月球─地球飛掠使JUICE軌道相較飛掠前路徑偏轉100度。飛掠還提供太空測試JUICE科學儀器的機會。JUICE拍攝了高解析度月球和地球影像，以及光譜數據，科學家評估後後將擇時發表。清華大學天文台（NTHU Observatory）也成功紀錄JUICE飛掠地球的一小段過程。