“欧罗巴快船”能否揭开木星卫星宜居之谜？

2024 年 10 月 14 日，美国国家航空航天局（NASA）发射了一艘名为“欧罗巴快船”的机器人航天器，前往木星的卫星。“快船”号将于 2030 年抵达被冰覆盖的木星卫星“欧罗巴”，并花费数年时间收集该卫星潜在宜居性的宝贵数据，然后发送回地球。

“快船”号并非唯一一个凸显研究人员对木星及其卫星兴趣的任务。

2023 年 4 月 13 日，欧洲航天局发射了一枚火箭，上面搭载了一艘前往木星的航天器。木星冰卫星探测器——简称 JUICE——将于 2031 年抵达后在木星的卫星上至少停留三年。

我是一名行星科学家，研究太阳系中固体行星和卫星的结构与演化。

我和我的同事们期待着在 2030 年代收到“欧罗巴快船”号和 JUICE 有望发回地球的数据，原因有很多。但也许最令人兴奋的信息将与水有关。木星的三颗卫星——欧罗巴、木卫三和卡利斯托，都拥有巨大的地下液态水海洋，可能支持生命的存在。

木星拥有数十颗卫星，其中有四颗尤其引起了行星科学家的兴趣。

木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，如同地球的月球一般，是相对较大且呈球形的复杂天体。

这些任务和其他观测表明，四颗卫星中离木星最近的木卫一充满了地质活动，包括熔岩湖、火山喷发和构造形成的山脉。但它并非大量水的存身之所。

相比之下，木卫二、木卫三和木卫四都有冰质地貌。木卫二的表面宛如一个冰冻的仙境，有着年轻却复杂的历史，可能包含类似板块构造和火山的冰质情形。

木卫三是整个太阳系中最大的卫星，比水星还大，而且其自身的磁场由内部的液态金属核心所产生。

和其他卫星相较而言，木卫四似乎略显不活跃，不过它犹如一个珍贵的时间胶囊，留存着在木卫二和木卫一年轻表面上已难以触及的古老往昔。

最令人兴奋的是：木卫二、木卫三和木卫四几乎肯定都拥有液态水的地下海洋。

欧罗巴（木卫二）、加尼美得（木卫三）和卡利斯托（木卫四）的表面寒冷，温度在零下数百度。在这样的温度下，冰的表现就像坚硬的岩石。

但就像地球一样，在这些卫星上，越往地下深处走，温度就越高。向下走足够远，最终会达到冰融化成水的温度。这种转变在每个卫星上究竟发生在多深的位置，是一个存在争议的问题，科学家希望通过“果汁”号和“木卫二快船”号来解决。虽然确切的深度仍不确定，但科学家们确信这些海洋是存在的。

这些海洋存在的最佳证据来自木星的磁场。盐水是导电的。因此，当这些卫星穿过木星的磁场时，它们会产生一个次级的、较小的磁场，向研究人员表明存在地下海洋。利用这种技术，行星科学家已经能够证明这三颗卫星包含地下海洋。而且这些海洋并不小——仅木卫二的海洋所含的水量可能就比地球上所有海洋的水量总和还多两倍以上。

接下来一个明显且诱人的问题是，这些海洋是否能够支持外星生命。液态水是使一个世界适宜居住的重要组成部分，但远非生命存在的唯一要求。除了水，生命的繁荣还需要能量和某些化合物。由于这些海洋隐藏在数英里厚的坚实冰层之下，阳光和光合作用是不存在的。但也有可能有其他来源能够提供所需的成分。

例如，在木卫二上，液态水海洋覆盖在岩石内部之上。那个岩石海底能够通过水下火山提供能量和化学物质，从而使木卫二的海洋适宜居住。但也有可能木卫二的海洋是一个无菌、不宜居住的地方——科学家需要更多的数据来回答这些问题。

“欧罗巴快船”探测器和“果汁”探测器旨在给科学家提供有关木星卫星潜在宜居性的具有变革性的信息。虽然这两项任务都将收集多个卫星的数据，但“果汁”探测器将花时间环绕并专注于木卫三，而“欧罗巴快船”探测器将对木卫二进行数十次近距离飞越。

这两个航天器都将携带一套专门用于探测海洋的科学仪器。航天器搭载的雷达将允许“欧罗巴快船”探测器和“果汁”探测器探测卫星的外层固体冰。雷达可能会揭示冰层中任何小的液态水袋，或者，对于木卫二来说，其外层冰层比木卫三和木卫四薄，有望探测到面积更大的海洋。

磁力计也将用于这两项任务。这些工具将使科学家有机会详细研究由导电海洋与木星磁场相互作用产生的二次磁场，并有望为研究人员提供有关海洋盐度和体积的线索。

科学家还将通过跟踪两个航天器轨道的细微移动来观察卫星引力的微小变化，这可能有助于确定木卫二的海底是否有火山，为海洋提供维持生命所需的能量和化学物质。

最后，这两个航天器都将携带大量的相机和光传感器，将提供前所未有的有关卫星冰面地质和组成的图像。

也许有一天，一艘航天器将能够钻透木卫二、木卫三或木卫四上数英里厚的固体冰层，直接探索海洋。在此之前，来自像“木卫二快艇”和“果汁”这样的航天器的观测是科学家了解这些海洋世界的最佳选择。

1609 年伽利略发现这些卫星时，它们是已知的第一批直接绕另一颗行星运行的天体。它们的发现给认为地球以及人类位于宇宙中心的理论敲响了丧钟。也许这些世界还藏着另一个让人自惭形秽的惊喜。