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接著我們的「地球化的權威指南」(另一篇文章),《天文在線》很樂意為我們介紹木星衛星地球化的指南,就像改造太陽系內部一樣,在未來的某一天這是可行的,但是,我們應該這樣做嗎?
亞瑟·克拉克的粉絲可能會回憶起他的小說:《2010年:奧德賽二號》(或改編的電影《2010年:我們接觸的那一年》)裡講到的一個外星物種把木星改造成了一顆恆星。這樣一來,木星的衛星Europa(木衛二)就被永久改造了, 它表面的冰融化, 大氣層也就形成了,所有生活在這顆衛星的海洋中的生命在其表面開始出現並蓬勃發展。
就像我們在一個先前的文章(木星能成為恆星嗎)中解釋的,把木星變成恆星是不完全可行的(無論怎樣說還不行)。然而,這裡有一些關於我們怎樣開始著手把木星的一些衛星地球化,以讓它們對人類來說可居住的建議。簡單來說,人類把一顆或者更多顆木星衛星變得適於人類大規模居住在將來某一天是有可能的。
木星的衛星
在木星系統裡,有67顆確認了的衛星,它們大小、形狀和化學組成各式各樣。為了紀念木星的同名,它們有時被統稱為Jovians(Jovain的複數,意為木星的),當然,其中四顆最大的Io, Europa, Ganymede 和Callisto被稱為伽利略衛星(為了紀念發現者伽利略·伽利萊)。這四顆衛星是太陽系中最大衛星之四,Ganymede(木衛三)是這其中最大的,甚至比水星還大!
除此之外,它們其中三顆——Europa, Ganymede 和Callisto被廣泛相信或認為在它們的核幔邊界或附近有內部海洋。溫水海洋的存在不僅被認為是這些衛星上潛在生命的候選地,也被認為是成為可能的人類棲息地的原因。
在伽利略衛星中,Io, Europa 和Ganymede相互之間都有在軌共振,lo與Europa有2:1的平均運動軌道共振,與Ganymede有4:1 的平均運動軌道共振,這意為著它每完成兩次繞木星的運轉時Europa完成一次, Ganymede完成四次。這種共振幫助維持這些衛星的軌道偏心,軌道偏心反過來會觸發潮汐彎曲它們的內部。
自然地,當談到探索、定居和地球化時,每顆衛星表現得各有所長。
最終,這還是落到特殊衛星的結構和化學組成、與木星的距離遠近、水的可利用性以及相關的衛星是否被木星強大的引力場控制。
可能的方法
轉化木星的伽利略衛星的過程其實很簡單,總體來說就是利用本地資源和與木星磁場的相互作用去創造一個透氣的大氣層。這個過程開始於加熱地表來使冰升華,通過軌道反射鏡將太陽光聚焦到表面、核引爆器或將流星/流星撞擊表面這些方法。
圖解 :地球化 圖源:deviantart.com/Wasteland-3D
一旦表面的冰開始融化,就會形成由水蒸氣和氣體混合物(比如二氧化碳,甲烷和氨氣)的緻密雲層。這些雲層反過來會產生溫室效應使地表更加溫暖並引發一個被稱為放射分解的過程(通過暴露於輻射而使分子離解)。
基本上來說,水蒸氣暴露在木星輻射下會導致氫氣和氧氣的產生,前者(水蒸氣)會逃逸到太空中。而後者(氫氣和氧氣)會駐留在地表附近。這一過程已經發生在Europa, Ganymede 和Callisto,並且是形成它們稀薄大氣的(包含氧氣)的原因之一。
因為氨是氮氣的主要組分,通過引入某些菌種的細菌它能轉變成氮氣(N)。這些細菌包括亞硝基單胞菌、假單胞菌和梭菌,它們能把氨氣轉變為亞硝酸鹽(NO-),繼而轉化為氮氣。有了氮氣作為緩衝氣體,可以創造一個有足夠的氣壓的氮氧環境來維持人類的生存。
圖解:一個工程師建議造一個小行星上的屋頂讓地球化條件被維持,圖源:Karl Tate/Infographics Artist
另一個選擇屬於「paraterraforming」 標題下——一種進程,為了改造環境把世界(全部或部分)封在一個人造的殼裡。就這些衛星而言,包括建造大型的「殼世界」來包裹它們,讓內部大氣保留足夠久來產生長期改變。
在這個殼裡,Europa, Ganymede 和Callisto的溫度將緩慢上升,水蒸氣空氣會直接暴露在來自內部紫外線的紫外光輻射下,隨後細菌被引入,並加入其它需要的元素。這樣一個殼能使製造大氣的過程被小心把控,並且在過程完成之前不會丟失任何東西。
lo(木衛一)
lo有著1821.6 ± 0.5 千米的半徑和距木星421,700 千米的平均距離(半長軸距離),它是伽利略衛星裡最靠裡面的。因為這個原因,lo被木星強大的磁場包圍,這也解釋了為什麼其表面被暴露在大劑量有害輻射下。
事實上,相比於地球上生物每天的電磁輻射平均接收量,24蕾姆(rem),lo每天會接收到大約3600蕾姆(36西沃特Sv)。
增強顏色的木衛一圖片二氧化硫霜(用灰和白標出)硫礦床用黃和褐標出 近期火山活動用紅點和黑點標出
圖源:NASA
這顆衛星有著伽利略衛星中最短的軌道,大概需42.5小時完成一次環繞這個巨大氣體星的運行。木衛一與Europa(木衛二)與Ganymede(木衛三,下面都會介紹)分別有2:1和4:1的軌道共振,這也部分造成了其0.0041的軌道偏心率,而後者就是木衛一地質活動的主要原因。
木衛一是太陽系中密度最大的衛星,有3.528 ± 0.006 g/cm3的密度,並且比其他伽利略衛星要緻密得多。它主要由矽酸鹽巖石和鐵構成,與太陽系外的其他衛星相比,它在大體積混合物上組成上更接近於類地行星,而上述衛星主要由水冰和矽酸鹽組成。
不像它的那些木星衛星兄弟們,木衛一表面沒有溫水海洋。事實上,根據磁測量和熱流觀測,人們認為地表以下50km處有大約50km厚的巖漿海,它組成了10%的地幔。據估計,巖漿洋處的溫度會達到1473 K(1200 攝氏度/2192 華氏度)。
允許這樣的內部熱量的主要來源是潮汐扭曲,也是與木衛二和木衛三之間軌道共振產生的結果。這種摩擦和消散是由於變化的潮汐拉力在木衛一內部產生了顯著了潮汐加熱效應,融化了大量的地幔和核。
這種加熱也是形成木衛一的火山活動和觀測到其熱流的原因,也讓它周期性地爆發熔巖到500km(300英裡)的太空中。一直以來,木衛一的表面都覆蓋著平滑的平原,上面點綴著高山、各種形狀大小的坑和火山熔巖流。它五顏六色的外表(橙色、黃色、綠色、白色、灰色等等顏色的組合)也表明其表面的火山活動覆蓋了表面的硫和矽酸鹽化合物,並導致表面更新。
圖解:木衛一與地球和月球的比較
木衛一幾乎不含水,儘管已經初步鑑定出小塊的水冰或含水礦物質,其中最著名的是吉什巴爾蒙斯山(Gish Bar Mons)的西北側。事實上,木衛一是太陽系所有已知天體中含水最少的,這大概是因為在太陽系進化早期木星足夠熱,而迫使像水這樣的揮發性物質離開了地表。
綜合起來,這些因素的集合讓木衛一無望地球化或是人類定居。這顆行星太乾燥,火山活動太劇烈,太不利於轉變成可居住的星球了!
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.universetoday- Google-丁丁
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