木衛二：遠征路上的水基地

■ 孫天錫

木衛二是木星的第六顆已知衛星，論大小它是老四，其表面物質為水冰。木衛二與木衛一一樣，都是巖質星球，而且它們的主要化學組分亦大體一致，都是由硅酸鹽巖石構成，只是木衛二只有一層薄薄的冰的外殼（資料表明，其表面冰層的厚度不超過150千米）。從“伽利略”號傳回的資料表明，木衛二內部擁有層狀結構，很可能其小小的內核是熔融的。

木衛二的表面完全不像內太陽系中任何一顆星球的表面。它是幾乎絕對光滑的，只在極少的地方高出水平面幾百米。木衛二上很少能看到隕石坑，到目前為止，直徑大于5000米的隕石坑只發現了三個。這些事實表明木衛二表面的冰層十分年輕，可能只有3000萬年的歷史。

有裂谷的衛星亦有水

與我們的月球一樣，在木星的許多衛星上，隕石坑也很多。那么，木衛二上的隕石坑為什么那么少呢？是否正是因為其內部的某種構造活動“抹去了”大部分隕石坑呢？當然，還有其他的一些說法，譬如：氨或者甲烷的升華物侵蝕掉了木衛二的大部分地形。此外，木衛二表面那犬牙交錯的裂隙亦表明木衛二內部一定存在活躍的地質構造運動，其證據相當確鑿：

1.冰板塊。盡管人類尚未登陸木衛二，但我們從“伽利略”號發回的圖像中，已能看出那里存在著某些活動的跡象：小塊的冰殼就像冰筏漂浮在無形的海洋上，有的傾斜翹起，有的原地旋轉；暗色的冰條和巖石條帶看起來是從某一個擴張脊向外擴張的。這些暗色條帶就像七巧板一樣拼合在一起，從而隔出了若干跨度達幾百千米的、冰的板塊。美國航空航天局總部的道格拉斯·伊斯貝爾和加州帕薩迪納噴射推進實驗室的富蘭克林·奧唐奈認為，恰恰是木衛二上那些冰火山的噴冰和構造板塊的折騰，重整了木衛二凌亂的表面。

伽利略影像組成員、亞利桑納大學的羅納德·格里利博士明確指出：“木衛二冰殼處處體現出各種板塊構造運動交疊的跡象，在許多地區，我們看到冰殼曾以擴張的形式被拉開過，就如同地球的海底正在發生的那樣。”

2.軟流圈。探測器圖像表明，木衛二表面那些龐大的冰板塊顯然正在斷開并互相分離著，有的翹起，有的旋轉。假如木衛二的冰板塊也是漂浮在水面上的話，這種運動的最早方式也許就像地球極地的浮冰塊那樣。如果那些七巧板似的碎塊能如此巧妙地拼合在一起，其邊緣又能如此吻合，那它下面一定是或曾經是液體，或者至少是半黏性狀態的冰，就如同地球上的軟流圈一樣。

3.島弧。木衛二表面有不少弧形脊，類似地球上一個巖石圈板塊向另一個巖石圈板塊俯沖時形成的島弧。這就暗示，木衛二的弧形脊可能是壓性的。

4.裂谷。伽利略影像組成員、亞利桑納大學的羅伯特·蘇里文博士指出，木衛二的表面被十分復雜的脊嶺系統交叉覆蓋著。他說：“無論從什么角度來看，木衛二的脊嶺都是很明顯的。而雙脊這種形式則是最常見的。”

5.應力場。在重力場作用下，木衛二受制于木星及其其他衛星的不同方向的引力拖曳。在木星的每一天里，木衛二被動地交替引張和壓縮。然而，木衛二外殼又是剛性的，這種伸縮最終導致其外殼破裂。這一過程緩慢而持久，并可導致冰火山和間隙泉的噴發。而我們的地球在轉動時，其板塊則主要承受著經向力與重力的合力在水平面南北方向上分力的擠壓。至此，木衛二的板塊構造已能與地球的相類比（見下面的表格）：

地球與木衛二的板塊構造

木衛二上存在裂谷，存在板塊運動，那么，它上面能有水存在嗎？回答大多是肯定的。有科學家認為，木衛二反復伸縮所產生的熱量足以融化很深的冰層，造就了地表下的湖泊或海洋。

不少科學家相信，木衛二的冰殼下存在著液態海洋，并可能深達100千米！亞利桑納大學的科學家認為，除非在冰殼下存在著液態海洋，否則就無法用任何機制來解釋下述被稱為“彎曲”的現象：

“彎曲”表現為一串弧形裂隙，就像平面上的波浪。“彎曲構造”在整個太陽系中是很獨特的，是由“航海者”號于1979年發現的，之后則由“伽利略”號負責對此特殊現象的研究。

負責該研究的亞利桑納大學博士格雷戈里·H.霍帕認為，由于木衛二軌道受到比它大的另兩顆衛星——木衛一和木衛三的影響而變得有點古怪，使得它與木星之間的距離忽近忽遠。這就導致那個假設的地下海洋產生潮汐，忽漲忽落。經過計算，這種潮汐的漲落可達30米之多，從而可導致木衛二冰殼的“彎曲”現象。

當這種潮汐應力超過冰殼的抗拉強度時，裂隙就產生了。這種裂隙沿著波狀曲線在木衛二表面延伸，直到潮汐應力逐漸減弱到小于冰殼的抗拉強度。“彎曲構造”上的每一段弧長約200千米，要形成它只需3.5天，正好等于木衛二沿木星的軌道周期。格雷戈里·H.霍帕很風趣地說：“你大概可以跟得上它們的裂開速度，它們延伸到哪兒，你可以開車跟到哪兒。此外，由于那兒沒有足夠的空氣來傳播聲音，所以你只能依靠感覺到的振動來觀察它的裂開。”木衛二在其冰殼下到底有沒有液態海洋，最終的答案可能要再等些時間。美國航空航天局曾計劃在2003年再做一次木衛二的軌道探測，包括使用穿透冰殼的雷達、使用機器人探測器來探測冰殼下到底有沒有海洋。但可惜的是，我們并沒有看到下文。

值得指出的是，木衛二的大氣層中還有分子氧。這一結論是由巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學和太空探測科學院的研究聯隊共同得出的，已發表在《自然》雜志上。

工程所在地區基準路面結構溫度調整系數為0.92，計算得到溫度調整系數kT2為0.94。對于無機結合料穩定粒料，疲勞開裂模型參數a＝13.24，b＝12.52。彎拉強度為1.8MPa。

在已得到研究的太陽系61顆衛星中，除木衛二外，還有3顆衛星存在大氣層：木星的木衛一、土星最大的衛星土衛六以及海王星最大的衛星海衛一。

約翰斯·霍普金斯大學的首席研究員多伊爾·霍爾指出：“木衛二的氧氣是那樣稀薄，以至于其表面壓力只相當于地球的1/107。假如將木衛二所有的氧氣放在地球大氣壓力下壓縮的話，最多只能灌注12個休斯敦航天艙。哈勃太空望遠鏡在如此遠的距離竟能逮住如此稀薄的氣體痕跡，實在是令人驚嘆！”

與地球上21%含量的氧氣不一樣，木衛二氧氣的成因主要是非生物的。木衛二冰殼暴露于太陽光下，并受到帶電粒子和帶電塵埃的撞擊，所有這一切使得冰殼表面產生水蒸氣和水分子的氣體狀碎片。一旦這些氣體狀水分子形成，一系列化學反應也就隨之產生，并最終形成氫、氧分子。相對輕的氫逃逸至太空，較重的氧留了下來，形成了200千米厚的大氣層。

有了水體，有了分子氧，那么生命呢？有人警告說，不要把木衛二上發現的稀薄氧氣曲解為生命的證據。木衛二距離太陽太遙遠了（7.8億千米），以至于其表面溫度竟然冷到－145℃，因此，不可能支持生命系統。

但仍然有人認為：“地球生命的三大必備條件，木衛二好像都具備。木衛二存在水冰是明顯的，太陽系普遍存在有機物也是一種常識，最大問題是如何評價產生于木衛二內部的熱。圖像表明，木衛二冰板塊的運動已證明木衛二有足夠的熱能。”美國模擬實驗亦得出結論，當太空隕石撞擊木衛二時，有可能產生放電現象，所產生的電流及火花能夠為復雜有機物的產生創造條件。

人類遠征路上的補水基地

地球人類要開始遠征，絕不會向著太陽進發，總不能“飛蛾撲火”吧？人類的遠征路途只能背著太陽，沿著火星→木星→土星→天王星→海王星→冥王星這樣的路線，因此，木衛二是必經之地。

木衛二與地球的直線距離大約為6.84億千米。我們到達木衛二需要多長時間呢？

太空飛船的速度問題一直是個十分嚴肅的問題。首先，要把一艘飛船加速到接近光速需要消耗極大的能量；其次，飛船以這樣高的速度飛行，不管碰到什么東西，都會造成巨大損害。就拿以1/10光速飛行的飛船為例，如果碰上一粒沙子，其效果就相當于引爆1噸T N T炸藥！于是，美國科羅拉多州鮑爾航空航天技術公司的基爾斯頓教授提出了他的方案：以光速的1/500，也即每小時80.78萬千米的速度進行航天為最佳。

假如他的觀點是正確的，而且能夠實施的話，那么，要到達6.84億千米之外的木衛二，路上大約只需要846小時，即35.25天！

然而，人類的飛船目前還遠遠達不到這種速度。火星比木衛二要近得多，從地球飛到火星目前就需半年時間。我們不妨據此來推算一下人類飛船目前的實際速度：

地球與火星的距離是有變化的，其范圍為5570萬～12000萬千米。為了推算方便，取其平均距離8785萬千米。這段距離既然需要半年的時間，那么，人類飛船目前的實際速度約為20000千米/時。顯然，這20000千米/時的實際速度根本就不能與基爾斯頓提出的80.78萬千米/時的最佳速度相比，還差得遠呢！

現實一點，如以20000千米/時的實際速度來測算，那么，我們從地球飛到木衛二的時間約為3.9年。看來，一路上一點補給的水都沒有，卻要飛行將近4年，這無論如何是一種災難。雖然用于航天器運轉的燃料電池工作的副產品之一就是水，但航天器上的氫與氧能夠維持更長時間的宇航需要嗎？我們為什么不充分利用木衛二表面如此豐富的水冰來制造更多的氫、氧，以補給星際遠征的需要呢？