木衛=生命之謎

尹懷勤

木星的四顆大型衛星

美國國家航空航天局（NASA）先后于1977年8月20日和9月5日，相繼發射了旅行者2號和旅行者1號探測器，這兩枚探測器都對木星進行了飛掠式探測，并向地球發回了寶貴的數據資料。早在1979年，經兩枚探測器的探測，科學家發現名為歐羅巴的木衛二就像個冰與奶油、巧克力混合的球體，表面上分布著彎曲的條紋。科學家經分析研究認為，該衛星表面覆蓋著5千米厚的冰層，冰層下面可能有一片深達50千米的海洋，而且海洋中有可能存在生命。這一研究結果立刻引起了科學界的關注，自此木衛二成了科學家探索地外生命的重點天體。

木衛=生命假說

1989年10月18日，伽利略號探測器被亞特蘭蒂斯號航天飛機送上太空后，1995年12月7日終于進入環繞木星的軌道運行，開展探測工作。

1996年8月，美國科學家根據伽利略號探測器發回的資料推測，木衛二冰層下的海洋底部可能存在火山，其噴發提供的熱量足以使某些不需要陽光和空氣的微生物生存下去，這一論點被稱為“木衛二生命假說”。1997年初，科學家根據伽利略號探測器提供的照片發現木衛二上有水流，推測其冰層下有水、充足的熱量和有機化合物這三個生命存在的基本要素，其環境很有可能符合宇宙生物學的標準。在地球的海洋深處，一些火山的周圍，即使沒有陽光和氧氣也會有原始微生物繁衍生息，這是因為這些地方具備了上述三個條件。提出和贊同木衛二生命假說的科學家們認為，從環境條件推斷，如果木衛二存在生命，其生命形態也只能是低級的海洋生物。2009年11月，美國亞利桑那大學的科學家理查德·格林伯格研究發現，目前木衛二的海洋中至少存活著300萬噸似魚類一般的復雜生物。這將13年前美國科學家們提出的木衛二生命假說又向前推進了一步。此研究成果已被美國《國家地理》雜志評為2009年度十大太空發現之一。

伽利略號探測器還探測到木衛二地磁北極點的地理位置在變化，并且移動頻繁，幾乎每5小時30分鐘就移動一定距離。這個結果讓許多科學家困惑：究竟是什么力量使得木衛二的地磁北極點不斷運動呢？空間科學家瑪格麗特·基維爾森說：“我認為這些發現告訴我們，在木衛二的地表之下有一個液體水層。”按照科學家的解釋，如果在木衛二的地表之下有一個液體傳導層，如鹽水層，那將成為磁極不斷變遷的最完滿的解釋。基維爾森據此表示：“這些新發現對于木衛二上存在海洋的設想非常具有說服力。”

伽利略號探測器原定約2年的工作壽命先后被3次延長。在1995年飛抵環木星軌道后的7年多時間內，它創造的紀錄有：繞木星運行34周，與木星主要衛星相遇35次，發回包括1.4萬張照片在內的3萬兆比特數據，在木星的三顆衛星上發現了地下液態鹽水存在的證據，第一次從軌道上對木星系統進行了完整考察，第一次對木星大氣進行了直接測量。

在木星引力的作用下，探測器的運行軌道可能會發生變化，并可能與木衛二相撞。理論上，探測器與木衛二相撞可能導致地球的微生物在木衛二上立足，這種情況有可能會影響未來在這顆衛星上尋找本土生命的工作。NASA由此決定，在伽利略號探測器燃料未完全用盡、還能控制運行軌道之時，讓它受控遠離木衛二、撞向木衛三。終于，在美國時間2003年9月21日下午，伽利略號探測器結束了8年的木星探測使命。而在科學家為此熱烈慶祝的同時，也有一些科學家對木衛二擁有低級生命的論斷存有疑問。

木衛=的地質構造

從1996年伽利略號探測器在距離木衛二16萬千米處拍攝的照片上看，這顆星球呈現冰殼狀，表面裂縫交錯，這說明冰層曾受到巨力的作用。科學家們研究后認為，這種力是由木衛二和木星及其他三顆伽利略衛星之間的引力形成的潮汐力，其作用不僅造成了木衛二的表面特征，還使其內部的水以液態存在，所以1996年伽利略號探測器從距離木衛二688千米處掠過時拍攝的照片中發現了水流的存在。科學家認為，這種現象表明木衛二內核很熱，大量熱能從火山口或熱泉眼噴發出來，導致表面部分冰層融化。

1997年1月，伽利略號探測器用磁強計對木衛二的磁場進行了探測，發現木衛二有一個內磁場，而且這個內在導電層的導電率與含鹽海水一樣強。由此，科學家們再次得出木衛二上可能存在海洋的推論。同時，發回的新照片表明，木衛二表面裂縫位置發生了變化，說明這很可能是表層下的海洋流動造成的。1997年2月，伽利略號探測器從距離木衛二586千米處飛過時拍攝的照片顯示，木衛二表面最大的冰山寬達13千米，高為100米～200米。美國科學家史蒂文等人認為，由于木星對木衛二內核的引力作用，木衛二冰幔下面的水才能保持液體狀態，成為深達幾千米的海洋。1998年12月，伽利略號探測器拍攝的照片顯示，木衛二南部有一條長達800米的裂縫。2000年1月，伽利略號探測器從距離木衛二351千米處掠過時發現，木衛二地磁北極點位置頻繁移動。科學家認為，這是木衛二含鹽海洋在冰層下流動形成電磁場引發的結果。

在研究了木衛二表面裂縫照片之后，2002年9月，亞利桑那大學的格林伯格教授領導的研究小組宣稱，木衛二冰層較薄，觀測到的表層裂縫可使氣體、熱量和有機物質接觸到表層下面可能存在的水。這種情況顯示，木衛二可能存在的海洋同地球上的北冰洋相似。既然北冰洋能通過冰層的裂縫接觸到空氣和熱量，那么木衛二上的海洋也能通過冰層裂縫與外界接觸。

科學家們依據旅行者2號和伽利略號探測器獲取的資料，于2007年繪制出首張木衛二全球地質構造圖，該圖揭示出木衛二表面地質構造較為年輕且富于變化。

2008年，科學家們發現，木衛二極地旋轉軸偏移了80多度。這樣的極端變化表明木衛二表面冰殼厚度并不一致。科學家們還用多種航天器獲得的照片，繪制了木衛二表面直徑達500千米以上的大型弧狀盆地圖像。經綜合分析研究，他們認為，木衛二內部有一個金屬核，核外是石質的殼，殼外是液態水海洋，海洋表面是冰層。

木衛=生命假說爭論消失

這張視圖顯示了冰冷的木衛二全球海洋動態性仿真溫度場，紅色的熱羽流從海底產生，藍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，與木衛二表面混亂的地形一致。

2014年1月8日，美國科學家宣稱在木衛二的海洋中或許存在能夠解釋木衛二赤道混亂的裂縫和山脊。這項發現暗示著木衛二可能比之前預想的更適合生命存在。2017年4月，NASA宣布卡西尼號探測器的巔峰發現——土衛二的海洋中可能有生命存在，同時宣布了木衛二也具備同樣的潛力。由此，關于木衛二具有低級生命的爭論也消失了。此次，密歇根大學安娜堡分校的研究人員賈先哲及其同事，詳細考察了伽利略號探測器在1997年飛掠木衛二期間獲得的局部采樣數據，終于發現了迄今為止最強的羽流證據。羽流使圍繞木衛二運行的探測器可以直接對其內部海洋物質進行取樣。賈先哲的團隊報告稱，木衛二周圍的磁場和等離子體變化，可以利用羽流輕松地予以解釋。在重建伽利略號探測器的路徑后，研究團隊還確定了木衛二的海洋宜居性。2018年5月14日，科學家通過繼續分析伽利略號探測器撞毀前所獲得的數據資料發現，木衛二存在羽流，即一種流體在另一種流體中移動。這些羽流能將其內部海洋物質輸送至天體表面和太空中。這一發現再次確定了木衛二的海洋具有適宜微生物生存的環境。

未來，人類規劃的木衛二探測計劃——包括美國的木衛二飛剪探測器和歐洲航天局的木星冰月探測器，將于21世紀20年代末到30年代初抵達木星，這些探測器將采取更有針對性的如研究羽流的先進探測措施。

揭開木衛=生命之謎的重要意義

迄今為止，對于木衛二生命之謎的研究，科學家已經提出多種可行方案。揭開木衛二的生命之謎，除了可以弄清真相外，還可驗證或修正宇宙生物學標準。如果發現木衛二上有生命，那就證明了宇宙生物學標準至少適用于太陽系天體。如果推斷條件屬實而未發現生命，則須修正這一標準。無論獲得何種結論，都能深化人類對木衛二乃至太陽系天體的認識，促進空間科學的發展。

不僅如此，開發木星及其四大衛星至少還有兩大作用。一是開發木星上的氫資源。木星上的氫含量極高，它可謂一座能源寶庫。由于氫的同位素氘（dao）和氚（chuan）都是熱核反應的重要原料，而這些元素在地球上含量又很少，所以開發木星上的氫資源既可解決人類能源問題，有助于可持續發展，又能將其用作核火箭的燃料，以便實現星際航行。二是大型天然衛星具有開發價值。科學家之所以對四顆伽利略衛星十分感興趣，就是因為探明它們的真實情況后，經過比較，就可以選擇一個條件最合適、環境最適宜的星球進行開發，將其建成未來的航天良港，作為人類乘坐宇宙飛船奔向更遠天體甚或太陽系外天體的遠航中轉站。

了解了木衛二，大家是不是對地外生命的探索也充滿了好奇？！再過十幾年，木衛二飛剪探測器和木星冰月探測器就會為我們帶來更多關于地外生命的信息，那時同學們也已經長大，不知道你們會不會也成為探索地外生命的一員呢？