木衛(wèi)=生命之謎

尹懷勤

木星的四顆大型衛(wèi)星

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）先后于1977年8月20日和9月5日，相繼發(fā)射了旅行者2號(hào)和旅行者1號(hào)探測(cè)器，這兩枚探測(cè)器都對(duì)木星進(jìn)行了飛掠式探測(cè)，并向地球發(fā)回了寶貴的數(shù)據(jù)資料。早在1979年，經(jīng)兩枚探測(cè)器的探測(cè)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)名為歐羅巴的木衛(wèi)二就像個(gè)冰與奶油、巧克力混合的球體，表面上分布著彎曲的條紋?？茖W(xué)家經(jīng)分析研究認(rèn)為，該衛(wèi)星表面覆蓋著5千米厚的冰層，冰層下面可能有一片深達(dá)50千米的海洋，而且海洋中有可能存在生命。這一研究結(jié)果立刻引起了科學(xué)界的關(guān)注，自此木衛(wèi)二成了科學(xué)家探索地外生命的重點(diǎn)天體。

木衛(wèi)=生命假說(shuō)

1989年10月18日，伽利略號(hào)探測(cè)器被亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)送上太空后，1995年12月7日終于進(jìn)入環(huán)繞木星的軌道運(yùn)行，開(kāi)展探測(cè)工作。

1996年8月，美國(guó)科學(xué)家根據(jù)伽利略號(hào)探測(cè)器發(fā)回的資料推測(cè)，木衛(wèi)二冰層下的海洋底部可能存在火山，其噴發(fā)提供的熱量足以使某些不需要陽(yáng)光和空氣的微生物生存下去，這一論點(diǎn)被稱(chēng)為“木衛(wèi)二生命假說(shuō)”。1997年初，科學(xué)家根據(jù)伽利略號(hào)探測(cè)器提供的照片發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上有水流，推測(cè)其冰層下有水、充足的熱量和有機(jī)化合物這三個(gè)生命存在的基本要素，其環(huán)境很有可能符合宇宙生物學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。在地球的海洋深處，一些火山的周?chē)词箾](méi)有陽(yáng)光和氧氣也會(huì)有原始微生物繁衍生息，這是因?yàn)檫@些地方具備了上述三個(gè)條件。提出和贊同木衛(wèi)二生命假說(shuō)的科學(xué)家們認(rèn)為，從環(huán)境條件推斷，如果木衛(wèi)二存在生命，其生命形態(tài)也只能是低級(jí)的海洋生物。2009年11月，美國(guó)亞利桑那大學(xué)的科學(xué)家理查德·格林伯格研究發(fā)現(xiàn)，目前木衛(wèi)二的海洋中至少存活著300萬(wàn)噸似魚(yú)類(lèi)一般的復(fù)雜生物。這將13年前美國(guó)科學(xué)家們提出的木衛(wèi)二生命假說(shuō)又向前推進(jìn)了一步。此研究成果已被美國(guó)《國(guó)家地理》雜志評(píng)為2009年度十大太空發(fā)現(xiàn)之一。

伽利略號(hào)探測(cè)器還探測(cè)到木衛(wèi)二地磁北極點(diǎn)的地理位置在變化，并且移動(dòng)頻繁，幾乎每5小時(shí)30分鐘就移動(dòng)一定距離。這個(gè)結(jié)果讓許多科學(xué)家困惑：究竟是什么力量使得木衛(wèi)二的地磁北極點(diǎn)不斷運(yùn)動(dòng)呢？空間科學(xué)家瑪格麗特·基維爾森說(shuō)：“我認(rèn)為這些發(fā)現(xiàn)告訴我們，在木衛(wèi)二的地表之下有一個(gè)液體水層?！卑凑湛茖W(xué)家的解釋?zhuān)绻谀拘l(wèi)二的地表之下有一個(gè)液體傳導(dǎo)層，如鹽水層，那將成為磁極不斷變遷的最完滿(mǎn)的解釋?；S爾森據(jù)此表示：“這些新發(fā)現(xiàn)對(duì)于木衛(wèi)二上存在海洋的設(shè)想非常具有說(shuō)服力?！?/p>

伽利略號(hào)探測(cè)器原定約2年的工作壽命先后被3次延長(zhǎng)。在1995年飛抵環(huán)木星軌道后的7年多時(shí)間內(nèi)，它創(chuàng)造的紀(jì)錄有：繞木星運(yùn)行34周，與木星主要衛(wèi)星相遇35次，發(fā)回包括1.4萬(wàn)張照片在內(nèi)的3萬(wàn)兆比特?cái)?shù)據(jù)，在木星的三顆衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)了地下液態(tài)鹽水存在的證據(jù)，第一次從軌道上對(duì)木星系統(tǒng)進(jìn)行了完整考察，第一次對(duì)木星大氣進(jìn)行了直接測(cè)量。

在木星引力的作用下，探測(cè)器的運(yùn)行軌道可能會(huì)發(fā)生變化，并可能與木衛(wèi)二相撞。理論上，探測(cè)器與木衛(wèi)二相撞可能導(dǎo)致地球的微生物在木衛(wèi)二上立足，這種情況有可能會(huì)影響未來(lái)在這顆衛(wèi)星上尋找本土生命的工作。NASA由此決定，在伽利略號(hào)探測(cè)器燃料未完全用盡、還能控制運(yùn)行軌道之時(shí)，讓它受控遠(yuǎn)離木衛(wèi)二、撞向木衛(wèi)三。終于，在美國(guó)時(shí)間2003年9月21日下午，伽利略號(hào)探測(cè)器結(jié)束了8年的木星探測(cè)使命。而在科學(xué)家為此熱烈慶祝的同時(shí)，也有一些科學(xué)家對(duì)木衛(wèi)二擁有低級(jí)生命的論斷存有疑問(wèn)。

木衛(wèi)=的地質(zhì)構(gòu)造

從1996年伽利略號(hào)探測(cè)器在距離木衛(wèi)二16萬(wàn)千米處拍攝的照片上看，這顆星球呈現(xiàn)冰殼狀，表面裂縫交錯(cuò)，這說(shuō)明冰層曾受到巨力的作用?？茖W(xué)家們研究后認(rèn)為，這種力是由木衛(wèi)二和木星及其他三顆伽利略衛(wèi)星之間的引力形成的潮汐力，其作用不僅造成了木衛(wèi)二的表面特征，還使其內(nèi)部的水以液態(tài)存在，所以1996年伽利略號(hào)探測(cè)器從距離木衛(wèi)二688千米處掠過(guò)時(shí)拍攝的照片中發(fā)現(xiàn)了水流的存在?？茖W(xué)家認(rèn)為，這種現(xiàn)象表明木衛(wèi)二內(nèi)核很熱，大量熱能從火山口或熱泉眼噴發(fā)出來(lái)，導(dǎo)致表面部分冰層融化。

1997年1月，伽利略號(hào)探測(cè)器用磁強(qiáng)計(jì)對(duì)木衛(wèi)二的磁場(chǎng)進(jìn)行了探測(cè)，發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二有一個(gè)內(nèi)磁場(chǎng)，而且這個(gè)內(nèi)在導(dǎo)電層的導(dǎo)電率與含鹽海水一樣強(qiáng)。由此，科學(xué)家們?cè)俅蔚贸瞿拘l(wèi)二上可能存在海洋的推論。同時(shí)，發(fā)回的新照片表明，木衛(wèi)二表面裂縫位置發(fā)生了變化，說(shuō)明這很可能是表層下的海洋流動(dòng)造成的。1997年2月，伽利略號(hào)探測(cè)器從距離木衛(wèi)二586千米處飛過(guò)時(shí)拍攝的照片顯示，木衛(wèi)二表面最大的冰山寬達(dá)13千米，高為100米～200米。美國(guó)科學(xué)家史蒂文等人認(rèn)為，由于木星對(duì)木衛(wèi)二內(nèi)核的引力作用，木衛(wèi)二冰幔下面的水才能保持液體狀態(tài)，成為深達(dá)幾千米的海洋。1998年12月，伽利略號(hào)探測(cè)器拍攝的照片顯示，木衛(wèi)二南部有一條長(zhǎng)達(dá)800米的裂縫。2000年1月，伽利略號(hào)探測(cè)器從距離木衛(wèi)二351千米處掠過(guò)時(shí)發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二地磁北極點(diǎn)位置頻繁移動(dòng)?？茖W(xué)家認(rèn)為，這是木衛(wèi)二含鹽海洋在冰層下流動(dòng)形成電磁場(chǎng)引發(fā)的結(jié)果。

在研究了木衛(wèi)二表面裂縫照片之后，2002年9月，亞利桑那大學(xué)的格林伯格教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組宣稱(chēng)，木衛(wèi)二冰層較薄，觀測(cè)到的表層裂縫可使氣體、熱量和有機(jī)物質(zhì)接觸到表層下面可能存在的水。這種情況顯示，木衛(wèi)二可能存在的海洋同地球上的北冰洋相似。既然北冰洋能通過(guò)冰層的裂縫接觸到空氣和熱量，那么木衛(wèi)二上的海洋也能通過(guò)冰層裂縫與外界接觸。

科學(xué)家們依據(jù)旅行者2號(hào)和伽利略號(hào)探測(cè)器獲取的資料，于2007年繪制出首張木衛(wèi)二全球地質(zhì)構(gòu)造圖，該圖揭示出木衛(wèi)二表面地質(zhì)構(gòu)造較為年輕且富于變化。

2008年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二極地旋轉(zhuǎn)軸偏移了80多度。這樣的極端變化表明木衛(wèi)二表面冰殼厚度并不一致?？茖W(xué)家們還用多種航天器獲得的照片，繪制了木衛(wèi)二表面直徑達(dá)500千米以上的大型弧狀盆地圖像。經(jīng)綜合分析研究，他們認(rèn)為，木衛(wèi)二內(nèi)部有一個(gè)金屬核，核外是石質(zhì)的殼，殼外是液態(tài)水海洋，海洋表面是冰層。

木衛(wèi)=生命假說(shuō)爭(zhēng)論消失

這張視圖顯示了冰冷的木衛(wèi)二全球海洋動(dòng)態(tài)性仿真溫度場(chǎng)，紅色的熱羽流從海底產(chǎn)生，藍(lán)色的冷卻體從冰與海洋的邊界向下沉。更多的熱傳遞到了赤道附近的冰殼，與木衛(wèi)二表面混亂的地形一致。

2014年1月8日，美國(guó)科學(xué)家宣稱(chēng)在木衛(wèi)二的海洋中或許存在能夠解釋木衛(wèi)二赤道混亂的裂縫和山脊。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)暗示著木衛(wèi)二可能比之前預(yù)想的更適合生命存在。2017年4月，NASA宣布卡西尼號(hào)探測(cè)器的巔峰發(fā)現(xiàn)——土衛(wèi)二的海洋中可能有生命存在，同時(shí)宣布了木衛(wèi)二也具備同樣的潛力。由此，關(guān)于木衛(wèi)二具有低級(jí)生命的爭(zhēng)論也消失了。此次，密歇根大學(xué)安娜堡分校的研究人員賈先哲及其同事，詳細(xì)考察了伽利略號(hào)探測(cè)器在1997年飛掠木衛(wèi)二期間獲得的局部采樣數(shù)據(jù)，終于發(fā)現(xiàn)了迄今為止最強(qiáng)的羽流證據(jù)。羽流使圍繞木衛(wèi)二運(yùn)行的探測(cè)器可以直接對(duì)其內(nèi)部海洋物質(zhì)進(jìn)行取樣。賈先哲的團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱(chēng)，木衛(wèi)二周?chē)拇艌?chǎng)和等離子體變化，可以利用羽流輕松地予以解釋。在重建伽利略號(hào)探測(cè)器的路徑后，研究團(tuán)隊(duì)還確定了木衛(wèi)二的海洋宜居性。2018年5月14日，科學(xué)家通過(guò)繼續(xù)分析伽利略號(hào)探測(cè)器撞毀前所獲得的數(shù)據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二存在羽流，即一種流體在另一種流體中移動(dòng)。這些羽流能將其內(nèi)部海洋物質(zhì)輸送至天體表面和太空中。這一發(fā)現(xiàn)再次確定了木衛(wèi)二的海洋具有適宜微生物生存的環(huán)境。

未來(lái)，人類(lèi)規(guī)劃的木衛(wèi)二探測(cè)計(jì)劃——包括美國(guó)的木衛(wèi)二飛剪探測(cè)器和歐洲航天局的木星冰月探測(cè)器，將于21世紀(jì)20年代末到30年代初抵達(dá)木星，這些探測(cè)器將采取更有針對(duì)性的如研究羽流的先進(jìn)探測(cè)措施。

揭開(kāi)木衛(wèi)=生命之謎的重要意義

迄今為止，對(duì)于木衛(wèi)二生命之謎的研究，科學(xué)家已經(jīng)提出多種可行方案。揭開(kāi)木衛(wèi)二的生命之謎，除了可以弄清真相外，還可驗(yàn)證或修正宇宙生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上有生命，那就證明了宇宙生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)至少適用于太陽(yáng)系天體。如果推斷條件屬實(shí)而未發(fā)現(xiàn)生命，則須修正這一標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論獲得何種結(jié)論，都能深化人類(lèi)對(duì)木衛(wèi)二乃至太陽(yáng)系天體的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)空間科學(xué)的發(fā)展。

不僅如此，開(kāi)發(fā)木星及其四大衛(wèi)星至少還有兩大作用。一是開(kāi)發(fā)木星上的氫資源。木星上的氫含量極高，它可謂一座能源寶庫(kù)。由于氫的同位素氘（dao）和氚（chuan）都是熱核反應(yīng)的重要原料，而這些元素在地球上含量又很少，所以開(kāi)發(fā)木星上的氫資源既可解決人類(lèi)能源問(wèn)題，有助于可持續(xù)發(fā)展，又能將其用作核火箭的燃料，以便實(shí)現(xiàn)星際航行。二是大型天然衛(wèi)星具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。科學(xué)家之所以對(duì)四顆伽利略衛(wèi)星十分感興趣，就是因?yàn)樘矫魉鼈兊恼鎸?shí)情況后，經(jīng)過(guò)比較，就可以選擇一個(gè)條件最合適、環(huán)境最適宜的星球進(jìn)行開(kāi)發(fā)，將其建成未來(lái)的航天良港，作為人類(lèi)乘坐宇宙飛船奔向更遠(yuǎn)天體甚或太陽(yáng)系外天體的遠(yuǎn)航中轉(zhuǎn)站。

了解了木衛(wèi)二，大家是不是對(duì)地外生命的探索也充滿(mǎn)了好奇？！再過(guò)十幾年，木衛(wèi)二飛剪探測(cè)器和木星冰月探測(cè)器就會(huì)為我們帶來(lái)更多關(guān)于地外生命的信息，那時(shí)同學(xué)們也已經(jīng)長(zhǎng)大，不知道你們會(huì)不會(huì)也成為探索地外生命的一員呢？