木衛二，從水到生命還有多遠

宋麗麗

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在這幅由“伽利略”號宇宙飛船拍攝的木衛二拼接影像里，可見到數片明亮的水冰、平原、伸展至遠方地平線的裂縫以及可能混雜著冰和塵土的暗斑。在日夜交界線附近的高突結構，因為投射出暗影而變得鮮明易辨。為驗證這個海洋可能孕育有生命的傳說，歐空局已著手進行木星冰質衛星探測器的先期規劃工作，預計在2022年發射探測船進一步探測木星，并以木衛二為探索的重點。

有水的地方就可能有生命存在，如果我們想知道人類在宇宙中是否孤獨，就要去探索宇宙中是否有其他星球像地球一樣有海洋、河流存在。2013年12月，一道羽狀噴泉在木衛二的冰殼表面噴出，美國的哈勃望遠鏡正好觀測到了。這一發現立刻引起了科學家的極大興趣，也讓木衛二再次成為探索地外生命的熱門星球。

歐羅巴的水

水可以完美地維持生命，大多數科學家認為，地球上最早的生命是在水中孕育產生的。當然，也可能有其他承載生命的形式存在，比如硅基，但生物學家大多認為，地外生命可能會以水和碳為基礎形成。很多星球有水存在，但是擁有大量液態水的星球卻不多。木衛二又名歐羅巴，是木星67顆衛星中的一個，體積同月球差不多，曾經被認為同月亮一樣，是個荒涼的星球。20世紀70年代，美國航空航天局的一系列無人太空船逐步揭開了木衛二的神秘面紗。木衛二的表面由一層厚厚的冰殼覆蓋，隕石坑很少。像月球一樣，木衛二也是被潮汐鎖定的星球，它的一面永遠朝向木星。而潮汐力會使木衛二內部產生熱量，可能會使其內部的水保持液態。通過對其地表形貌的分析，科學家推測，這個相對年輕的白色冰凍星球下可能有液態海洋存在。

1995年至2003年的“伽利略探測”計劃進一步驗證了木衛二地下海洋的存在。首先，“伽利略”探測器觀測到木衛二表面很多縱橫交錯的冰層紋理，與漂浮在海洋上的斷裂冰層類似。除了對衛星地貌更加詳細的觀測之外，科學家根據探測器上磁強計的數據，發現木衛二會產生一個弱的擾動磁場。這個擾動磁場是由變化的木星磁場引起的。回想一下中學物理中的楞次定律，我們知道，變化的磁場可以在導體里產生渦旋電流，而渦旋電流則會產生一個反方向的磁場，這個反方向的感應磁場正是“伽利略”號觀測到的擾動。這說明木衛二里面有一個導電材料構成的殼層允許電流流動，從而產生擾動磁場。冰和巖石并不是電的良導體，而類似地球海洋的咸水則是不錯的導體，所以木衛二的冰層下很可能存在咸水海洋。

科學家雖然推測有地下海洋存在，但缺乏直接證據。2013年12月，借助哈勃望遠鏡攝譜儀的紫外波段成像，科學家發現木衛二的南極地區存在間歇性噴發的羽狀噴泉，水蒸氣被噴出，高達200千米。科學家分析，這個“噴泉”主要是氫和氧，而氫和氧通常意味著“水”，所以這次觀測的結果可以被理解為稀薄的水蒸氣。這個大噴泉可被看作木衛二冰殼下存在巨大液態海洋的最有力證據。據推測，由于木星的衛星碎片擊中木衛二的冰層，使其冰殼產生裂縫，在木衛二潮汐力的作用下，這個裂縫被撞開，噴射出下面的水汽。

大量液態水的存在意味著生命的可能。木衛二是繼土衛二后太陽系里第二個發現噴泉的星球。由于重力較大，噴出的水蒸氣沒有逃逸到外太空，而是落回木衛二表面。這意味著我們有可能在木衛二表面采集到樣本，以分析其地下海洋的成分，而不一定非要花費大力氣鉆開厚厚的冰殼。這會為未來的木衛二實地考察大大節省成本。

地表和地下海洋間的物質交換

生命的發展需要能量和物質的交換。人們估計木衛二上的冰層有幾十甚至幾百千米厚，即使冰層下可能有液態海洋，厚厚的冰層會不會阻礙星球表面與冰下海洋的能量物質交換？科學家對比“旅行者”號和“伽利略”號發回的木衛二地貌照片，發現冰層表面的裂紋發生了很大變化。這表明雖然木衛二表面冰層很厚，其活動卻是極其活躍的，它們會相互摩擦碰撞。這可能是鄰近的木衛一上的火山活動，或是木衛二上的潮汐力產生的熱量導致冰層融化造成的。這種冰層的活躍運動同時也預示著能量和物質可以在地表和地下海洋間交換。

2木衛二噴泉示意圖

2013年3月，加利福尼亞州理工大學的天文學家麥克·布朗和美國航空航天局噴氣推進實驗室的科學家凱文，使用夏威夷毛納基山的凱克Ⅱ望遠鏡對木衛二進行了光譜分析，發現木衛二上存在硫酸鎂鹽。布朗認為，鎂不應該存在于木衛二的表面環境，而可能來自海洋，這意味著其表面冰層與下方的咸水海洋存在物質交換。布朗在背向木星的半球發現了硫酸鎂的光譜，可能由硫離子和氯化鎂組成，而這一半球也是獲得木衛一物質最多的區域。因為潮汐鎖定的緣故，木衛二永遠是同一面朝向木星，而另一面會受到木衛一上硫黃雨的影響。因此，布朗推測，這些硫離子可能來自木衛一，但氯離子和鎂離子只可能來自咸水海洋。木衛二表面冰殼下方不斷有化學物質滲透流出，說明這個咸水海洋不是一個孤立系統。同時，這也意味著能量可以進入咸水海洋系統，這對產生生命意義非常重大。

得克薩斯州大學奧斯分校的研究人員分析“伽利略”探測器發回的圖片，發現木衛二表面有一些大致呈圓形的、崎嶇不平的區域。他們將其稱為“混沌地形”，進行了一系列理論模擬來解釋這種地形的成因，最后認為，這些特別地形下面的冰層可能很薄，冰層下面可能有巨大的湖泊。較薄的冰層有利于地表和地下海洋間的物質交換。2013年，科學家又借鑒地球上兩極的冰層地貌和洋流活動，建立了木衛二冰層下的洋流模型。用電腦模擬后，發現上升暖洋流的存在可能使木衛二地表的冰層融化，而后又重新凍結，從而形成崎嶇的“混沌地形”。洋流可以把海底營養物質傳送到冰殼附近。這些發現告訴我們，木衛二的冰層和冰下海洋可能存在著頻繁的能量和物質交換，這為生命的存在提供了有利條件。

有機物從何而來

除了水以外，有機物也是生命形成至關重要的因素。這些有機物通常可以在彗星或小行星上發現。2013年12月，美國航空航天局宣布，在木衛二上首次發現了黏土物質。他們根據1989年“伽利略”探測器拍攝的近紅外圖像，用新技術進行分析，發現了層狀硅酸鹽的層狀黏土類礦物。這些礦物很可能是彗星或者小行星撞擊木衛二留下來的。這些礦物分布在一個直徑30千米的隕石坑中。研究人員推斷，一顆直徑1100米的小行星或一顆直徑1700米的彗星撞擊木衛二后，在木衛二表面形成一個直徑40千米的環形坑。這為之前科學家推測的可能有小行星或彗星撞擊木衛二并為其帶來有機物，提供了直接的證據。黏土是生命起源過程中復雜生化分子誕生的溫床，這一發現揭開了在木衛二上找尋生命的新篇章。

最初，科學家推測，木衛二的地下海洋中可能存在微生物。現在，液態水、黏土物質、礦物質和潮汐熱能等的發現帶給人們新的希望。科學家猜測，木衛二上可能存在結構相對復雜的生命體，如魚類或其他食肉動物。人類的無人探測器登陸木衛二估計還要很多年，等不及的讀者可以先看看2013年的電影《木衛二報告》來過把癮。這部吳彥祖主演的科幻電影，運用紀錄片的手法描述了人類首次登陸木衛二的驚險故事。

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鏈接：有水的不光是木衛二

木衛三

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木衛三又稱蓋尼米德，可能由木星次星云的吸積作用而產生。由于木衛三是緊接木星之后形成的，這時的次星云還比較濃密，所以其吸積作用所耗時間較短。相對較短的形成時間使得吸積過程中產生的熱量逃逸較少，這些未逃逸的熱量導致了冰體的融化和木衛三內部結構的分化：巖石和冰體相互分開，巖石沉入星體中心形成內核。現在，木衛三的冷卻過程仍十分緩慢。從內核和硅酸鹽地幔釋放出的熱量使木衛三上的地下海洋得以存在，同時緩慢冷卻的、流動的鐵——硫化亞鐵內核仍在推動星體內的熱對流，并維持磁圈的存在。

木衛四

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木衛四又稱為卡里斯托，表面的反照率為20%。天文學家推測，其表面物質構成與整體物質構成大致相同。科學家利用近紅外分光儀在1.04微米、1.25微米、1.5微米、2.0微米和3.0微米波長發現了強烈的水冰吸收帶。冰普遍存在于木衛四表面，比重在25%至50%。天文學家對“伽利略”號和地基觀測站拍攝的高分辨率近紅外光譜及紫外線光譜照片進行分析后，發現了多種物質，例如含鎂與鐵的水合硅酸鹽、二氧化碳、二氧化硫，可能還包括氨和多種有機化合物。光譜分析的數據顯示，即使在很小的區域內，該天體表面的物質構成也極其復雜。冰構成的小面積明亮斑塊與巖石、冰混合物構成的斑塊互相混雜，而廣大的黑暗區域則由非冰物質構成。