木衛二:地球以外最有可能存在生命的星球

＂

點擊「國家空間科學中心」關注我們吧

＂

木星衛星總共有79顆，其中木衛一、木衛二、木衛三、木衛四是義大利天文學家伽利略在1610年用自製的望遠鏡發現的，這四個衛星後被稱為「伽利略衛星」。木衛二是木星的第六顆已知衛星，木星的第四大衛星，在伽利略發現的衛星中離木星第二近。

木衛一、木衛二、木衛三、木衛四，是木星4顆最大的衛星，也被稱為「伽利略衛星」，它們與木星的距離沒有按照比例

「木衛二」

木衛二是一個溫和的世界，表面被冰層覆蓋，底層是一片海洋。它比地球的衛星月球稍微小一點，直徑3100公裡，是太陽系天體系統中的第六大衛星和第十五大天體。木衛二還有一個十分動聽的名字，叫「歐羅巴」（Europa）。據說歐羅巴在希臘神話中是腓尼基的公主，美麗動人，豔壓群芳，深得眾神之王宙斯的寵愛。木衛二是一個神秘的星球，成為科學家心中搜尋地外生命的「最愛」。

▶ 木衛二與木衛一主要由矽酸鹽巖石組成，與類地行星相似。由於其存在內部能量源，冰下深處或擁有液態水世界，該天體表面非常「光滑」，撞擊坑數量較少，這說明星球的地質構造比較活躍。NASA認為，地球海洋孕育了生命，而與地球有類似環境的木衛二是最有可能孕育外星生命的星球之一，將其作為在太陽系內尋找地球之外生命的「高度優先調查目標」。

由於存在內部能量源，冰下深處或擁有液態水世界，木衛二表面非常「光滑」

▶「伽利略」號木星探測器1989年從「亞特蘭蒂斯」號太空梭上發射，是NASA第一個直接專用探測木星的太空飛行器。「伽利略」號1995年—2003年一直在圍繞木星的軌道飛行，繞木星飛行了34圈，觀測結果大大增進了人們對木星和4顆「伽利略衛星」的了解。1997年，探測器首次發現，木衛二的表面被一個厚厚的冰殼覆蓋，厚度可能超過20公裡。而巨大的冰殼之下很可能存在一個全球性海洋，深度可能高達80公裡，這比地球上已知海洋的最深處馬裡亞納海溝（最深處約11公裡）還要深。從「伽利略」號發回的數據表明木衛二有內部分層結構，並可能有一個小型金屬內核。

▶ 人類太空飛行器和哈勃望遠鏡的觀察揭示出木衛二有著極為稀薄的大氣層，大氣成分以氧氣、二氧化碳、甲烷為主，氧氣通常被認為來自於大氣中被陽光分解的水分子。隨後發現木衛二表面會噴發一種神秘的羽流，但是對於噴發物的性質和成分，一直無法弄清楚。儘管大多數科學家傾向於認為其很可能是它地下的水，但是沒有直接的證據支持該結論。

首次確認木衛二大氣中存在水

2019年11月18日，美國研究人員在英國《自然天文學》雜誌（Nature Astronomy）上發表的一篇論文稱，他們首次在木衛二直接探測到了一個羽流噴出的水蒸氣，為木衛二冰面數英裡之下可能存在海洋提供了證據。

首席研究員和NASA行星科學家盧卡斯·帕加尼尼對媒體表示：「科學家在整個太陽系內發現了生命必需的兩大要素：化學元素（碳、氫、氧、氮、磷、硫）和能源，但第三大要素液態水一直求之不得。雖然此次研究中，我們還沒有直接在木衛二上探測到液態水，但已經找到了第二好的東西：蒸汽形式的水。我們認為，木衛二水汽的釋放水平比先前估計的要低，只有罕見的局部性強活動事件。多年來，科學家們一直懷疑木衛二的表面上有水，現在的觀察結果有力地支持了這個懷疑。」

有多種證據表明木衛二上存在羽流，包括最新研究結果以及哈勃望遠鏡探測到的氫和氧原子（可能由於水分子被輻射分解而來）等。科學家也越來越確信，木衛二上的羽流並不那麼頻繁地出現，與從土衛二南極持續不斷飄出的羽流截然不同，後者由100多個持續不斷的強大間歇泉產生。科學家此前一直推測木衛二冰面下的液態水會以間歇泉的方式噴發，但由於現有探測器的探測能力有限，地面望遠鏡又會受到地球大氣中水分子的幹擾，一直以來很難在木衛二的大氣中找到水。

木衛二噴出的水汽羽狀物示意圖

為了最大程度減少這種幹擾，帕加尼尼研究團隊建立了一套複雜的數學和計算機模型，用以模擬地球大氣條件，從而將地球上的水分子從木衛二的觀測數據中剔除出去。2016年2月至2017年5月，他們利用位於美國夏威夷的WM凱克天文臺的一臺光譜儀(可檢測行星大氣中化學組分吸收或輻射紅外光的情況)，對木衛二進行了17次夜間觀測，並於2016年4月26日晚，發現了以強烈紅外光形式出現的水蒸氣信號。「研究團隊雖然只發現了一次水汽噴流，但檢測到釋放的水量（每秒5202磅或每秒2360千克）足以裝滿一個奧運會標準遊泳池。」NASA表示，「這聽起來已經很多了，但這也只是從地球上觀測到的情況。」

對天體生物學家來說，土衛二和木衛二噴出的羽流非常重要，因為它們將潛在宜居環境的「免費樣品」噴射到太空中，機器人或許可抓捕到它們，獲取更多關鍵信息。科學家認為，這項研究為木衛二冰面數英裡之下可能存在海洋提供了證據，這些水分子的另一個可能來源是木衛二淺表下的融冰水庫。發現木衛二上噴射出水汽是一個令人興奮的消息，再次堅定了科學家對於木衛二上可能存在某種形式外星生命的判斷。人類身體的70%都是水，水是孕育生命的載體，如今在木衛二上發現了水，那是不是說明木衛二上有很大可能會存在生命呢？

那麼木衛二大氣層中的水氣是從哪裡來的呢？分析認為有兩種可能，一種是木衛二表面冰層的水氣蒸發現象，另一種是木衛二表層冰層縫隙中噴出的水汽噴泉導致的。木衛二表層冰層的部分地方有裂縫，冰層的本身壓力以及內部氣體增多和溫度變化等都會導致木衛二的表層發生噴泉現象，和地球上的地熱噴泉以及火山噴發現象類似，只是由於木衛二本身引力較小，使得這些噴泉可以噴到非常高的高度，通常可以超過200公裡，是珠穆朗瑪峰高度的20多倍。而在我們地球上，地熱噴泉和火山熔巖（不是火山灰）噴出的高度一般都很難超過100米。可以想像，大量的水分子彌散於空氣中，當然會增加空氣中的水汽含量，由於木衛二的表層溫度非常寒冷，這些水汽會結成冰晶，以冰晶或雪花的方式降到木衛二的表層，因此木衛二的表面環境看著就像是茫茫雪原一樣。

研究團隊強調，如果木衛二上的羽流確實存在，它可能與從土衛二南極地區飄出的、已獲證實的羽流大相逕庭。土衛二的羽流由強大的間歇泉產生，這些間歇泉不斷將來自土星衛星地下海洋的物質拋射到太空中。而木衛二的物質可能來自其海洋，也可能來自這顆衛星冰殼內的液態水湖。

此外，科學家們認為，木衛二的海洋會與這顆衛星的巖心「親密接觸」，因此有可能引發各種有趣而複雜的化學反應。如此一來，木衛二被廣泛認為是太陽系內「庇護」外星生命的最佳選擇之一，是我們未來星際航行的充滿希望的基地。因為上面有水，而且很可能曾經有液態水甚至海洋。現在又顯示它擁有活躍的「噴泉」——地球生命起源就有賴於這類動力結構。如果我們能搞清楚木衛二的水文地理和資源分布，下一步就可以派遣機器人遠徵勘察，看看它是不是合適的落腳點。

探尋木衛二生命的蛛絲馬跡

NASA正在設計「歐羅巴快帆」和「歐羅巴著陸器」，以進一步揭示籠罩著木衛二的神秘面紗， 研究這顆冰冷衛星的地下海洋以及生命在此繁衍生息的潛力，破解人類在茫茫宇宙中是否是一個孤獨的存在這個千古謎題。根據計劃，「歐羅巴快帆」將在2023年發射，國會要求使用強大的太空發射系統（SLS）巨型火箭來完成發射任務，這將使探測器可以直接飛往木星並在飛行2.4年後到達那裡。SLS經歷了多次延遲，成本也不斷上漲，目前仍在開發中。椐NASA監察長辦公室（OIG）披露，最先研製出的SLS將用於其「阿爾忒彌斯」（Artemis）月球探測計劃，供「歐羅巴快帆」使用的SLS火箭至少要等到2025年才能準備就緒。為此OIG建議國會應該允許NASA使用商業公司研製的火箭來完成發射任務，這些火箭的功能不如SLS的那麼強大，因此如果「歐羅巴快帆」藉助這些商業火箭升空，那麼將藉助「引力輔助」技術，總飛行時間預計需要6年。「歐羅巴著陸器」 將於2025年發射，在木衛二著陸，鑽入冰層下面看不見的水進行採樣，以更好地調查生命出現於這顆衛星上的可能性。如果有生命正在木衛二上黑暗、寒冷的海洋中暢遊，那麼「歐羅巴著陸器」或許能將其逮個正著，有望給人類帶來更多驚喜。

木衛二結構圖

據悉，「歐羅巴快帆」由太陽能供電，總成本約40億美元，將圍繞木衛二運行至少3.5年，距離其表面僅25公裡的範圍掠過40次，收集有關該衛星的地質、組成和隱藏的內部海洋的重要信息，並且評估其宜居性。飛船搭載的9款儀器將會對木衛二表面和地表以下可能存在的海洋進行探測，以期了解其深度和成分。這些儀器包括一個磁力計和一個雷達設備，科學家可藉助它們詳細描述木衛二的海洋和冰殼的情況。此外，還有一款功能強大的相機，其將以0.5米/像素的解析度拍攝照片，比「伽利略」號探測器拍攝的木衛二迄今最佳照片要清晰10倍。而質譜儀會確定樣品中離子（帶電的原子和分子）的質量，幫助科學家識別是什麼離子。「歐羅巴快帆」拍攝的照片除了可以揭露木衛二的一些特徵外，也將為科學家進一步探索木衛二鋪平道路。

在數十次飛掠木衛二的過程中，探測器可能會穿越其中一個或多個羽流，近距離觀測和分析這些噴發物的具體成分，以描繪木衛二及其海洋的特徵，並尋找可供未來搜尋生命的著陸器降落的地點。研究團隊希望，收集的樣品來自這顆冰冷衛星稀疏的大氣和來自表面飄出的水蒸氣和其他物質的羽流。科學家已多次發現這種羽流的證據，但它們的存在尚未得到證實。

「在任務執行初期，我們將搜索羽流並試圖理解它們是否真的存在，釐清它們在哪裡？它們是偶然出現的還是一直很活躍？」帕帕拉多指出，「也許太空飛行器會偶然穿越羽流，或者我們能略微調整太空飛行器的軌道以使其穿越羽流。如果我們做到這一點，那麼，質譜儀和灰塵檢測儀將能對這些羽流進行詳細採樣，以尋找有機材料並了解木衛二內部的詳細化學結構。」

來源：太空夢想