太空移民的新地點,就在木星衛星中?看科學家們怎麼分析

2020-12-03 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

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

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 科學家在火星上發現了一個適合人類移民的「完美地點」
    實際上,航天專家們長期以來一直在尋找火星上建立太空棲息地的完美地點,這是美國宇航局計劃在未來20年內面臨的挑戰。要在火星上移民,除了要在這片貧瘠的不毛之地生存下來,任何勇敢的定居者都將受到持續不斷的太陽輻射的威脅。
  • 木星衛星旋轉著錯綜複雜的極光
    新研究顯示了木星的旋轉極光,揭示了木星衛星木衛一和木衛三留下的複雜足跡。當木星的衛星圍繞著這顆氣態巨行星運行時,它們與它強大的磁場相互作用,影響著形成於行星兩極的電子極光。哈勃太空望遠鏡拍攝到了四顆伽利略衛星經過時留下的亮點和軌跡——最遠的衛星木衛四足跡今年終於被確定下來。
  • 在木星的衛星上看木星是什麼感覺?
    太陽系中擁有衛星數量最多的行星是哪一顆嗎?相信大家都能一口說出來,是木星。沒錯,木星是太陽系中擁有衛星數量最多的行星,目前已經發現了79顆衛星。相比地球和唯一的夥伴月球來說,木星大家族可就熱鬧多了。那在木星不同的衛星上看木星什麼感覺呢?木星不但擁有眾多數量的衛星,同時也是太陽系中最大的行星。木星的直徑是142984公裡,是地球直徑的11倍多。
  • 我們怎樣踏上木星的衛星?
    舉個例子,自幾十年前先驅號和旅行者號探測器穿過這些星系後,科學家們就猜測像木衛二這樣的衛星可能是太陽系中最適合地球人居住的地方。因為木衛二上存在水、內海、礦石和有機分子,某天人類也可以在這類世界中建立自己的種族。
  • 我們怎樣踏上木星的衛星?
    舉個例子,自幾十年前先驅號和旅行者號探測器穿過這些星系後,科學家們就猜測像木衛二這樣的衛星可能是太陽系中最適合地球人居住的地方。因為木衛二上存在水、內海、礦石和有機分子,某天人類也可以在這類世界中建立自己的種族。科幻案例:許多科幻故事中就建立在殖民木星的概念之上。
  • 在木星的衛星上看木星是什麼感覺?看完後我有木星恐懼症了
    太陽系中擁有衛星數量最多的行星是哪一顆嗎?相信大家都能一口說出來,是木星。沒錯,木星是太陽系中擁有衛星數量最多的行星,目前已經發現了79顆衛星。相比地球和唯一的夥伴月球來說,木星大家族可就熱鬧多了。那在木星不同的衛星上看木星什麼感覺呢?
  • 木星和土星衛星成為尋找外星生命新場所
    木衛二地下海洋或潛在著生命,通過研究地下海洋的成分和動力學狀況,可分析潛在的生命形式。騰訊太空訊 據國外媒體報導,土星和木星的衛星可能孕育神秘生命形式,這些被冰層覆蓋的世界被證實表面之下有巨大海洋,科學家指出,這些地下海洋可能包含著地外微生物。
  • 在木星12顆新發現的衛星中發現一顆奇怪衛星
    博科園-科學科普科學家們已經發現了卡內基科學研究所的Scott Sheppard帶領一組科學家在尋找被提議的行星9時,發現了圍繞木星運行的12顆衛星。有了這個發現,木星現在有令人難以置信的79個已知軌道衛星——比太陽系其他任何行星都要多。根據卡內基科學研究所的一份聲明,在12顆新發現的衛星中,11顆是「正常的」。
  • 科學家發現了20顆新衛星,土星衛星數量達到82顆,超越了木星衛星
    而火星有2顆衛星,天木星有27顆,木星在過去衛星數量是最多的,達到了79顆。可能有人會問了,為什麼說木星在過去是衛星數量最多的,難道現在還有比它衛星數量多的行星?答案是肯定的。太陽系中,能夠跟木星質量一較長短的,那一定是土星,它同樣也是一顆氣態巨行星,過去的衛星數量約為62顆,僅次於木星。
  • 12顆新木星衛星被發現,木衛中極有可能存在生命,看來我們不孤單
    大家都知道木星是太陽系中體積最大的行星,小編小時候在看太陽系的圖的時候,發現有一顆星球外邊有一個圈,總覺得這個星球我一定很厲害,為什麼其他星球的表面沒有圈,只有這顆星球的表面有圈呢?後來我知道這個圈是由木星的衛星散發的物質形成的,不得不說這個圈看起來還是很帥的。木星的衛星在太陽系裡也是最多的。多年以來科學家們一直在尋找太陽系中是否還有別的行星,但一直都沒有找到,卻無意中又新發現了木星的12顆衛星,本來就已經很多了,多了這些之後一共有79顆。
  • 在本努號太空巖石上挖出一些小行星汙垢。科學家們很激動
    圖片:©NASA / Goddard /亞利桑那大學)NASA行星科學部負責人Lori Glaze表示:「雖然在幾千年中行星和衛星發生了變化,但其中許多小冰塊,巖石和金屬並沒有發生變化。「因此,小行星就像漂浮在太空中的時間膠囊,可以提供我們太陽系誕生的化石記錄。」
  • 木星的衛星變臉(組圖)
    「新視野」號探測器發回木星近照  木星的衛星變臉  「新視野」號發回的木星四大衛星圖片,從左到右依次是:木衛一、木衛二、木衛三和木衛四  左圖為「伽利略」號1999年拍攝的木衛一照片,右圖為「新視野」號2007年拍攝的照片。
  • 你知道現在太陽系中衛星最多的行星是哪顆嗎?上星期還是木星……
    但,這已經成為過去時了,就在本周一,木星的寶座被土星搶去了……本周一,美國卡內基科學研究所(Carnegie Institution for Science)宣布,科學家們新發現了20顆土星衛星,這使得土星已知的衛星數量上升到82顆,取代了木星,成為了太陽系中衛星最多的行星,科學家們也稱之為太陽系中最具衛星承載能力的行星。
  • 木星周圍新發現10顆繞其運行小衛星
    ▲(1)木星形成於40多億年前。(2)上圖顯示了Valetudo (黃色標記)相對於背景恆星的運動。天文學家新發現了10顆圍繞木星運行的小衛星,使目前已知的木星衛星總數達到79顆——木星成為迄今為止擁有衛星最多的星球。
  • 盤點人類在太空中11個精彩的發現,在太空中看日食會更加壯觀
    自從人類進入太空時代以後,發現了宇宙中有無數的星系和各類天體,下面來看看人類在地球以外有過哪些精彩的發現。,這顆天體表面有著黑白分明的區域,最讓人疑惑的是其赤道是一圈鼓起來山脊,遠看土衛八好像是被焊接起來的天體,這也是太陽系所有天體中被認為最像「人造飛船」的天體。
  • 科學家發現12顆新木星衛星,木衛中或有生命存在
    據國家地理報導,天文學家一直在探索太陽系邊緣可能存在的新行星,在追蹤天體過程中,卻無意間發現了12顆新的木星衛星,目前已知木星衛星已多達79顆。這12顆行星非常小,直徑只有大約1至3公裡,而木星的這些衛星中,最為人們關注的是木衛二和木衛三。木衛三是太陽系中已知最大的衛星,而木衛二是太陽系中最有可能存在生命的星球。
  • 馬斯克:2030年移民火星!劉慈欣早就打算移民木星、土星、海王星
    馬斯克:2030年移民火星!劉慈欣早就打算移民木星、土星、海王星!美國東部時間2020年5月31,13點02分,SpaceX公司的"龍"飛船,帶著兩名太空人成功升空,並與國際空間站接軌,整個世界為之沸騰。一個私人商業公司,居然能造出載人飛船,並成功送太空人進入空間站,其最大的功臣莫過於公司總裁,埃隆·馬斯克。
  • 俄羅斯計劃在木衛四建基地,為移民做準備
    這樣看來,木星系統是非常神奇的,目前已經有多顆木星的衛星,被高度懷疑存在生命了。通過多年來對於木衛四的觀測研究,科學家們發現,木衛四上存在著大氣層,雖然這次大氣層非常稀薄,但是仍然可以幫助木衛四隔絕一部分太空輻射。
  • 為什麼科學家們覺得「歐羅巴」星球極有可能存在生命?
    從上世紀起,人類的腳步逐漸的邁向太空,除了爭奪太空資源外也是為星際移民做好準備,可是截至到目前為止,仍沒有發現外星生命的存在。但很多科學家們都覺得,太陽系中有那麼一顆星球很可能存在生命,那就是木衛二 ——「歐羅巴」。
  • 地球只有一顆天然衛星 木星的衛星為什麼那麼多?
    來源:新浪科技圖中顯示了圍繞木星運行的眾多衛星中的4顆,這顆行星為什麼有這麼多衛星呢?新浪科技訊 北京時間10月17日消息,地球只有一顆天然衛星,但有幾十顆天然衛星圍繞著木星旋轉。作為太陽系中最大的行星,木星一向以衛星數量眾多著稱,並且不斷有新成員被發現。