深入歐羅巴(木衛2)的地下冰洋,會發現什麼神奇的物種

2020-08-20 大象真白研究所


今天我們來聊木衛二,叫做Europa歐羅巴,排行第二並不是因為它是木星的第二大衛星,而是因為它是第二顆被發現的木星衛星,是400多年前由義大利的天文學家伽利略用望遠鏡發現的。歐羅巴直徑3100公裡和月球(直徑3400公裡)差不多大,歐羅巴的整個表面積和非洲相當,歐羅巴的主體是一顆巖石星球,根據其南半球的最大撞擊坑,皮韋爾撞擊坑的形狀分析,歐羅巴的表面由一塊完整的冰構成。

這層冰的厚度達10-30公裡,所以歐羅巴是一個名副其實的「冰球」,由於表面的隕石坑罕見,歐羅巴是太陽系最光滑的天體,歐羅巴最突出的特徵就是表面那些張牙舞爪遍布整個星球的深褐色條紋,這些就是冰殼上的裂紋。由此科學家得出了一個大膽的結論

由於木星和其它幾顆衛星的不同重力牽引,歐羅巴的內部冰殼被液化成了海洋,只有這樣表層的冰殼才會被木星巨大潮汐力撕裂。如果把歐羅巴和地球上的海洋,全部做成一個水球,歐羅巴的水球比地球的水球大兩倍還要多。

1989年,美國NASA發射了伽利略號木星探測器,進一步確定了歐羅巴擁有冰下海洋,這個任務是對木星及其幾個重要的衛星進行觀測。

1997年在經過歐羅巴上空351公裡的時候,探測器發回了數據,科學家驚訝地發現歐羅巴地磁北極點的位置,發生了變化,並且移動很頻繁,幾乎每5個小時就移動一次,並且呈現出一定的規律性,這個結果讓人們困惑。

究竟是什麼力量驅使歐羅巴的地磁北極點不斷運動呢?

最後科學家一致得出一個結論,就是歐羅巴在其厚厚的冰殼下方擁有一個液體傳導層,說得通俗一點就是擁有一個液體海洋,並且這個海洋還有洋流運動,擁有液體海洋已屬難得,這個海洋還有規律性的洋流運動更是難上加難。我們知道,洋流運動就像海洋中的河流,它們在風和其它動力的推動下,遵循著一定的路線,周而復始的運動著。其規模比起陸地上的巨江大川還要大出成千上萬倍,全球性洋流的作用是把生物從一個地方帶到另一個地方,從深海帶到淺海,作為食物鏈非常重要的一部分,洋流運動就意味著食物,意味著生命。

如果一個海洋沒有洋流運動,就是真正意義上的死海,引起地球上的洋流運動主要原因,一個是月球的潮汐力,一個就是地球大氣層內的氣流運動。那麼歐羅巴被厚厚的冰層覆蓋大氣運動是無法影響。冰層以下的海洋引起這種洋流運動的只可能是海洋下的地質運動,歐羅巴圍繞著巨大的木星公轉,公轉一周僅需要3天左右的時間,那麼這種高速度就會產生巨大離心力。巨大的離心力會加熱地心。同時產生高速運動的地下洋流,由此可以推測歐羅巴冰層以下的海洋應該是一個翻滾的海水和火山並存的環境。

這種環境非常有利於生命的基礎-胺基酸的產生及蛋白質的合成,而歐羅巴的洋流運動能夠使得一些支持生命存在的化合物,在其的全球性海洋中移動。

到了2012年,哈勃望遠鏡觀測到了歐羅巴的南極地區噴射出了水蒸氣狀的物質,高度達200公裡,這是由歐羅巴海洋中的冰火山造成的。冰火山一般存在於冰凍星球上,和火山不同的是冰火山噴出的不是巖漿,而是水和甲烷。那麼到此為止歐羅巴的結構就大致清晰了。表面是一層10-30公裡厚的冰殼,再往下是一個最深達100公裡的液態海洋,然後是巖石地幔,最裡面是一個活躍的金屬核心,金屬核心將提供生命所需的各種重元素,以及讓生命穩定繁衍的溫室環境。

在2003年,伽利略號電池即將耗盡,這樣它在木星的引力下軌道可能發生變化,從而墜毀在歐羅巴上。

理論上,如果探測器和歐羅巴相撞可能導致地球的細菌在上面生存或者是汙染歐羅巴上的海洋生命,為了保護這顆太陽系最有可能發現生命的天體。NASA讓伽利略號使用最後一點動力飛向木星,以每小時17萬公裡的速度墜入木星大氣層,探測器被完全燒毀,成為了木星上空一朵絢麗的煙花。

所以這麼多證據讓人們不得不相信,歐羅巴沒有生命簡直是不可能的。萬事俱備,只欠東風,在伽利略號探測器2003年自毀以後,NASA就制定了新的木星衛星探測計劃,這就是木星冰月軌道器(Jupiter Icy Moons Orbiter)。這次的目的就是探尋木星的幾顆衛星,尤其是歐羅巴的冰層厚度為將來的著陸器著陸做準備。

但是基於2000年後,各國對月球探測的升溫,美國重新啟動了月球登陸計劃,為了讓各項預算支持這項計劃,NASA從2005年起逐漸停止了對木星冰月計劃的投入,這項尋找歐羅巴生命的探測計劃於2012年正式終止。

就在NASA終止該計劃的同一年,歐航局ESA選擇空客的防務和航天公司作為承包商,制定了新的歐羅巴探測計劃,名字也和NASA幾乎一樣,叫做木星冰月探測器JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)。它的任務和NASA取消的木星冰月計劃幾乎一致,該探測器計劃於2年以後,也就是2022年發射,於2029年到達木星。

在歐航局的木星冰月探測器啟動後的一年,2013年NASA又重啟了歐羅巴探測計劃,並命名為歐羅巴快船計劃(Europa Clipper),這個計劃比之前的更加宏大。

主要目標有三個:

探明歐羅巴冰殼厚度;

著陸地點和海洋成分分析;

並且還有一個重要任務,它將飛躍歐羅巴的水汽噴射地點,對其海洋成分進行採樣。

如果和地球水的成分一致,再考慮後續發射登陸器和鑽冰機器人,這就像在購買商品前的試吃,味道對了再買。

2011年,NASA資助了一家叫做Stone Aerospace的公司,4000萬美元用於驗證可以鑽透冰層的機器人,這種機器人叫做Cryobot

是一種使用大功率雷射,融化冰層的鑽地機器人,目前該公司的機器人,一年可以鑽透8公裡的深度,那麼按照歐羅巴20-30公裡的冰層,需要花費3-4年的時間才能到達冰下海洋。該公司已經在阿拉斯加的冰川上進行了一系列試驗並獲得了成功。

這個機器人就像一枚魚雷,通過一根電纜連接提供電力裡面裝有一個深海探測器,到達海洋後就釋放探測器進行全面的探索。到時候就是真正解開歐羅巴面紗的時刻,這是一個激動人心的任務。

我們設想一下,如果這個鑽地機器人,真的鑽到了歐羅巴的海洋,會發生哪些情況呢?

可能性一:

探測器順利到達歐羅巴冰下海洋,經過一番探尋沒有發現任何生命存在的跡象,整個海洋就是一個超大桶的純淨水,這有可能是因為海底的地質活動,不夠劇烈導致海洋的溫度不夠,又或者是一些其它的未知原因。即使歐羅巴擁有液態水、大氣層、磁場、地質運動、重元素、有機物等等一切,可能誕生生命的物質經過幾千萬年到幾十億年的演化,還是沒有誕生出生命。這說明生命的產生比我們想像的要難的多,也許以人類目前的科技,尋找地外生命是一項不可能的任務。

可能性二:

歐羅巴的冰下海洋和地球上的深海熱泉或者南極的沃斯託克湖(Lake Vostok)類似,其生命的形態可能與地球上的某些嗜極生物(extremophile)相似,嗜極生物就是在極端環境下如強酸強鹼、高鹽、高溫、低溫以及高輻射等環境條件下生存的生物。這些最初存在於地球的古老海洋中,是一種生命的初級形態,包括一些單細胞生物和一些甲殼類節肢動物,還有能在任何環境下都能生存的緩步動物門如水熊蟲,而這次探索也將徹底汙染歐羅巴的冰下海洋,為這個星球帶去地球的原生細菌,從而誕生出新的物種,在地球最深處11000米的馬裡亞納海溝也存在有生物,這裡的生物要承受1100個大氣壓,如果沒有特殊的身體結構,會被一下子壓扁。所以海底最深的生物反而是那些能順應壓力的無脊椎動物。而且由於深海沒有陽光不能支持海洋植物進行光合作用,而光合作用是絕大多數生態系統的基石,那這裡的海洋一定有不斷噴發的海底火山,能把火山拋出的一些化學物質中蘊含的化學能轉換為生物能

供養生物,形成一個獨特的生態系統。

那麼歐羅巴的海洋中如果有生命,動物一定都是自帶發光,就像地球深海的魚,頭上頂著一個燈籠到處尋找食物。

如果歐羅巴的海底有高級生命,那一定是全身發光的軟體動物,他們可能擁有巨大的眼睛和絢麗的透明身體。這對於第一次看到這些生物的人類來說。就像是來到了幻想中的世界。這些生物如果經過足夠長的時間。是有可能進化成一種文明的。只是這種文明還是很初級,類似於地球上的晚期智人階段。冰下海洋就是他們世界的全部,他們在火山口附近的巖石山洞裡棲息。或者建有大規模的海底房屋。以一種我們想像不到的方式生存。那麼這個歐羅巴探測計劃,包括探測器,著陸器和鑽冰機器人,對比重返月球和登陸火星的計劃都要來的更加激動人心。

因為這是比太陽系其它任何地方,都更可能發現生命甚至是高等生命的地方,哪怕只是發現一些基本生命,也足以顛覆整個人類的信仰,那就是如果一個小小的太陽系,就能同時誕生出兩個支持生命的星球。那麼放眼整個銀河系、整個宇宙,生命的存在一定是

一種極其普遍的現象,那麼現在地球上出現的各種UFO和疑似外星人的現象,就都能得到很合理的解釋。

那就是如果我們跨越出這一步,對於認清人類在整個宇宙中的位置,有非常重大的意義。

真的希望以後能有機會和這些歐羅巴生物一起遨遊在他們的海洋中。但是我也希望不要發現這些生物因為人類發現這些軟體動物的第一反應都是「好吃嗎?」。

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