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太陽系内,尋找外星生命的理想場所之一,也是未來探索的熱門星球

歐羅巴——木衛二,它是木星的第四大衛星,直徑3 1 2 2千米,顔色近乎白色,表面極其光滑。這個謎一樣的星球在許多方面都與地球完全相反。同時,這裡是尋找外星生命的理想場所之一。以上這兩句聽起來互相沖突的描述很可能會讓你覺得不可思議,可事實就是如此。木衛二有可能成為太陽系最重要的世界的原因,就暗藏于此。

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木衛二的神秘之處,字面了解起來就是“非地球的”:這是一個由冰雪雕刻的世界,不像地球是由岩石雕刻而成。在這裡,冰質地殼取代了漂移的大陸,鹹水海洋取代了地球地幔,蒸汽噴泉取代了火山。表面的條紋有可能是海洋物質溢出斷裂冰層所緻,與地球上的海脊有着相似的效果。

以地球視角來看,木衛二的構造錯得離譜:堅硬的外殼在上,流動的水源在下。但從是否存在外星生命的角度來說,這樣的安排也許是極好的。在它堅硬的外殼下,木衛二的液态水含量是地球上所有海洋總水量的2倍。天體生物學家通常将水視為生命的第一要素,而木衛二上的水源足夠多了。冰線以下的環境可能與南極冰蓋底部類似,而且,在木衛二深埋于冰層下的海洋底部,可能有一個活躍的熱液噴口。在地球上,這些地方都是生命繁衍生息的活躍場所。

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這些冰冷的物質無須借助風雨的作用就可以形成千奇百怪的侵蝕地貌, 重塑星球表面的形态。

玄之又玄的是,木衛二的水有時候會從堅硬的冰層中逃逸而出。2 0 1 3年年底, 哈勃空間望遠鏡記錄下了木衛二南極附近一次巨大的霧汽噴發現象。這次探測證明并發展了早期關于木衛二之是以如此生機勃勃的觀點。木衛二繞木星的運轉軌道略呈橢圓形,在木星強大的重力作用下,木衛二時而被擠壓,時而被拉伸。這種屈伸會在木衛二内部産生強大的摩擦,進而産生足夠的熱量,在木衛二冰冷而堅硬的外殼下形成一片溫暖的海洋。噴泉的存在也表明,處處受擠壓的木衛二的裂縫會定期打開和閉合,進而使深藏在底部的海水形成間歇性噴泉。

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如果間歇性噴泉是從地殼一路噴薄而出的話,裡面應該能找到海洋生命的蹤迹。而且,如果噴泉噴射的高度足夠高的話,将來的飛船就能正好從中穿過,一探裡面是否含有生物或者化學物質。

在美國航空航天局艾姆斯研究中心2 0 17年2月召開的外行星評審小組會議上,參會人員感到眼花缭亂的原因了。該活動是一個讨論冰凍世界的定期論壇,全稱為外行星評審小組,簡稱OPAG。這裡卧虎藏龍,高手雲集,有的是外行星生命的笃信者,有的是電腦高手,他們分享最新的科技成果,讨論各種奇思妙想,探讨宇宙開發的戰略部署。每獲得一點新資料,他們的信心就增加一點,更加堅定地認為木衛二才是尋找外星生命的最佳星球,而不是火星。在木衛二上發現噴泉讓他們着實興奮了一把。當瑞典皇家理工學院的勞倫茲· 羅斯在電話那頭報告關于這類噴泉噴發的最新研究時,人們都屏氣凝神,熱切地仔細聆聽着。

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外行星評審小組會議上另一條同樣具有轟動效應的消息, 是5個月前釋出的一項最新發現:木衛二上有闆塊構造。這點與地球類似,而我們已知的其他任何星球都不具備這一點。闆塊構造描述的是地殼的移動,以及地表構成物進出地核的循環過程。約翰霍普金斯大學應用實體實驗室的路易斯· 普羅特克是木衛二上此類活動的發現者之一,他們是通過精心修複“伽利略”号在1 9 9 5年至2 0 0 3年繞木星飛行過程中拍攝的木衛二的老照片發現這個現象的。

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正如普羅特克在會議上向我解釋的那樣,移動的地殼可以成就兩項非常重要的事情:它裹挾着地表冰層,連同在陽光下形成的所有化合物,一路下潛到黑暗的海洋深處,這些化學物質可以為海洋生物提供重要的營養物質;此外,地殼運動還可以将海底物質帶上地表,這樣探測器就能在地表看到木衛二海洋的蹤迹,而無須進行鑽探。

在這些新發現的鼓舞下,人們對木衛二的狂熱已超過了外行星評審小組會議。例如,早在2 0 1 4年6月,美國航空航天局就宣布已開始研發造訪木衛二的探測器,并将于2 0 2 0年後發射升空,對木衛二做進一步研究。此項探索計劃如果成功,就可以将木衛二不可思議的冰與海洋的世界展現給世人。同時,還能幫助科學家進一步了解此類冰凍世界的總體情況。冰封的衛星、矮行星、巨大的小行星,這些都是廣袤的太陽系外層空間的标配,如果它們能複制木衛二的模式,就可能擁有更多宜居要素。同樣,人們有理由相信,其他恒星周圍也有大量類似的冰封星球存在。綜上所述,銀河系或許有幾百億個宜居的冰封世界!

這些令人驚奇的推斷似乎表明,科學家已經開始了解木衛二的運作方式了。如果有人這樣想,那就大錯特錯了。容我唱個反調:從很大程度來說,木衛二仍然是個神秘莫測的巨大冰球。

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我們關于木衛二的所有知識幾乎都來自美國航空航天局的“伽利略”号木星探測器,它于1 9 9 5年抵達木星。在長達8年的任務中,它攜帶的望遠鏡拍攝到了木衛二的大部分,但是這些照片的每個像素涵蓋大約1.6千米,實在是太模糊了。今天,最好的火星照片的像素能達到近1米,清晰度相對高多了。霍普金斯應用實體實驗室的伊麗莎白·塔特爾承諾說,美國航空航天局即将推出的木衛二探測器的像素也能提高到這個水準。在此之前,想象一下憑借一幅1. 6千米以下什麼都看不到的航海圖去探索木衛二的情形,你就能了解在探索木衛二的道路上,科學家仍然任重而道遠。

此外,行星科學家還不了解地質學(或許應該叫“冰川學”)在冰凍星球上的基本運作方式。因為,冰亦冰,非常冰。美國航空航天局噴氣推進實驗室的羅伯特· 帕帕拉多負責木衛二探測器的研發,他向我道出了其中的複雜程度。白天,木衛二的表面溫度為-1 3 4℃,夜間的最低溫度能降到- 2 2 3℃以下,是名副其實的冰雪王國。在這樣的環境下,水被視為一種礦物質,而冰的硬度與混凝土大緻相當。是以,這些冰的斷裂、斷層以及粉碎方式都與岩石非常相似。但是,與岩石不同的是,即使凍得非常結實,這些表層冰也可以由固态直接升華為氣态。冰冷的物質在黑暗而溫暖的區域沸騰,在明亮而寒冷的區域凝固,進而無須借助風雨的作用就能形成千奇百怪的地貌,重塑星球表面的形态。

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另外,木衛二上還會發生其他一些稀奇古怪的事情。木星有一個巨大的、強有力的磁場,能對其衛星産生強大的輻射:日均輻射量為5 0 0雷姆。暴露在這個劑量的輻射下,1小時後人就會感到不舒服,2 4小時後就會因輻射緻死。這種強度的輻射可以将任何有機化合物瞬間分解,進而加大了我們尋找生命的難度。同時輻射也會産生各種複雜的化學物質。噴氣推進實驗室近期進行的一項實驗表明,木衛二上條紋的顔色是海鹽反射太陽光造成的。這些化合物與其他各種分子以及由彗星撞擊帶來的有機礦物質,能随着循環作用傳回至海洋底部。在那裡,任何生命形式都可以得到很好的保護,充當生命的能量來源。

如果有外星生命遊弋于木衛二的海洋中, 但是沒有人能看得到它。那麼,它究竟算不算是存在的?

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木衛二的冰殼是另一個廣袤的神秘之地。帕帕拉多指出,在冰凍的世界裡,水在表層之下的深處充當岩漿和熱岩的角色,但冰與岩石畢竟不同。高壓下的冰溫暖而柔軟,呈雪泥狀,緩慢地流動着。冰殼厚度為1 6千米至2 4千米(實際厚度可能比這個數字大,也可能小,這也是下一步木衛二任務需要探明的神秘内容之一),整個冰殼範圍内可能存在一個異常複雜的循環模式。冰殼中存在着由液态水形成的湖泊,湖泊與下層海洋被冰殼隔斷開來。是以,表面的噴泉很可能并不直接源于冰下海洋,而是來自這些中轉站——湖泊,與南極洲未被開發的沃斯托克湖非常類似。

在這次外行星評審小組會議上,冰的循環這個看似狹窄的話題使人們對木衛二上存在生命,以及大量此類冰凍世界上存在生命的可能性進行了各種有意思的讨論。喬治亞理工學院的布蘭妮· 施密特對此感到迷惑不解,即地質(冰川)活動是否存在于木衛二的整個冰殼範圍内。如果物質無法在表面和海洋之間循環流動,那麼木衛二将是一個被密封死的世界,生命将無法從表層獲得任何新鮮的化學物質作為食物來源。

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即使生命可以在這種條件下繼續存活,我們也永遠不可能看見它們,除非從冰上鑿一個巨大的洞。在外行星評審小組會議上,多名研究人員認為,這種情況需要一個着陸器,還有人強烈建議發射撞擊球,利用撞擊力使木衛二表面變得松散,進而收集可能存在的微生物。

至于木衛二的海洋,其深度可能超出你的想象。正如實驗所證明的,如果木衛二表層的條紋果真是由鹽形成的,就表明在富含礦物質的海洋内部,海水之間的互相作用非常強烈。這種互動的能量源于因木衛二内部熱量作用而形成的熱液口,這些熱液口能為木衛二上生命的延續提供能量,就如地球上一樣。但是,總的熱液量是多少?酸度與鹽度是否有利于生命的存活?那裡有多少有機物?科學家用這些富有挑釁意味的問題刁難彼此,卻都給不出答案。

我們什麼時候(或者說能否)找出這些問題的答案,很大程度上取決于我們能從木衛二外部看到多少内部世界。外行星評審小組會議上的談話與大學課堂上關于存在的争論有些相像:如果有外星生命遊弋于木衛二的海洋中,但是沒有人能看得到它,那麼,它究竟算不算是存在的?

木衛二的忠實信徒久久等待着,希望有朝一日新的探索任務能将這些謎團和争論一掃而光,或者,至少可以用實實在在的資料給争論畫上句号。然而,這個等待更像是樂觀者與悲觀者之間的一場拉鋸戰。美國航空航天局在1 9 9 9年就通過了木衛二軌道飛行器計劃,但該項計劃2 0 0 2年即被終止。此後,美國航空航天局又籌備了一項更加雄心勃勃的計劃,即發射核動力推進的“木星冰月軌道器”。這項不可思議的計劃先是被推遲,最終于2 0 0 6年被終止。盡管歐洲人在自己負責的項目領域中走在了前列,但與歐空局合作的一家合資公司并沒有跟上,他們原本計劃在2 0 3 0年向木星的另一顆冰凍衛星——木衛三——發射探測器。

外行星評審小組成立于2 0 0 4年,是一個支援冰凍衛星的辯護組織,旨在給予那些冰凍衛星應有的重視。目前看來,事情的進展還是比較順利的,國會通過了木衛二探測器項目的資金計劃,美國航空航天局已定制了一批裝置,并已指定相關科研人員負責。

木衛二探測器可能包括一個着陸器。國會議員和歐空局總幹事都對此表示支援。亞當·施特爾茨——負責“好奇”号登陸車的首席工程師——向我保證說,從技術層面來說,設計一款配備有火箭的小型探測器在木衛二實作軟着陸并不是件難事。而且,該探測器甚至能在木衛二表面進行鑽探,以尋找冰層下未被輻射傷害的任何可能的有機化合物。

外行星評審小組的科研人員遺憾地聲稱,人們沒法看到帥爆的木衛二潛艇,美國航空航天局曾在其網頁“未來使命概念”上展示過這一項目。将探測器下潛到地球上的沃斯托克湖已是困難重重,何況通過遠端遙控在木衛二厚達1 6千米(甚至更厚)的冰層上鑽洞去尋找一片未知的海洋。其中的困難我們無法想象,而且美國航空航天局對此項計劃的預算也不容樂觀。

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沒關系。如果美國航空航天局目前的木衛二計劃将來釋出大量關于冰凍世界的運作原理,以及它們在支援生命方面的相似性的資訊,并且結果能如多數科學家所期望的——亦如我所強烈期盼的,這将會激發人們對土衛六、土衛二,以及木星其他衛星的研究熱情。這也将改變人們在其他恒星周圍尋找宜居星球的計劃。目前,宇航員的精力大都集中在尋找其他類地行星上,但是,這些行動或許一開始就跑偏了。因為宇宙中的大多數生命可能都被安全地鎖到了冰層下面,而且大部分無法為外界探測到。

無論木衛二上是否有外星有機物,它都将告訴我們生命可能的形式,以及它們可能存在的世界的樣子。

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