有海洋又有大氣層,木衛二真的有生命嗎?美國2024年將去探測

太陽系中,除了地球之外,哪顆天體最有可能孕育生命?

你可能想到了離我們最近的月球,或者是有好幾輛漫遊車尋找生命蹤跡的火星,或者去年一度爆出新聞說極有可能有生命存在的金星。其實,在科學家的心裡,這些都不是正確的答案。他們心中最有可能存在地外生命的天體,在距離我們數億公里遠的一顆衛星上——木衛二。

(圖片說明:木衛二被渲染顏色的圖片)

木衛二是木星的四顆伽利略衛星之一,英文名叫做Europa(歐羅巴)。它是木星第四、太陽系第六大的衛星,直徑有3138公里。雖然早在400多年前就被伽利略發現了,但是直到近些年來,科學家們才意識到它有多麼與眾不同。這顆表面斑駁、似乎不太起眼的衛星,可能是太陽系最宜居的天體之一。

在木衛二的表面,溫度最高只有-163℃,最低甚至不足-200℃,冰冷的環境不允許任何生命存在。然而,在它的表面之下,卻極有可能隱藏著巨大的液態海洋。科學家推測,這個海洋的深度可達100公里,是地球最深的馬里亞納海溝的10倍,其水資源儲量也遠遠超過了地球。

(圖片說明:木衛二地下海洋)

水是生命出現的基礎,尤其是液態水,為生命化學提供了反應環境。地球最早的生命就是在海洋中形成的,我們有理由思考木衛二的地下海洋裡是否有生命存在。那麼,木衛二表面如此寒冷,為何能在地下擁有這樣一個巨大的液態海洋呢?

原來,木衛二的公轉模式非常特殊,這是它擁有液態海洋的重要原因。在四顆伽利略衛星中,木衛一,木衛二和木衛三這三顆衛星形成了軌道共振,三者的公轉週期達到了1:2:4的比例。在其他幾顆衛星公轉的過程中,它們以及木星的相對位置不斷發生變化,引力的波動導致木衛二地下的水也反復運動,這種動能轉化為熱能,就讓水一直保持液態了。

(圖片說明:木星及其衛星)

有了液態水,就有了生命形成的基礎,讓科學家們對木衛二上能否孕育生命的話題起了好奇心。雖說這裡沒有陽光提供能量,但科學家已經證明,生命的能量來源不一定是太陽光,也可能是海底熱液以及一些化學元素。也就是說,木衛二是完全具備孕育生命的基礎的。

除了海洋之外,還有一個因素對于生命來說非常重要,那就是大氣層。大氣層可以提供呼吸的氣體,也可以抵禦一些宇宙射線,保證生命的安全。所以,在發現了木衛二地下海洋的同時,科學家們也在尋找著木衛二的大氣層。

對于這個問題,科學家們一直比較樂觀。2013年的時候,科學家們發現了木衛二表面高達100公里的巨大「間歇泉」,地下的液態水衝破地表噴發出來,濺在了衛星的表面,凝結成了寒冰。這形成了木衛二地下海洋存在的證據的同時,也給了科學家一個猜想:有一部分水分子或許有希望以水蒸氣的形式殘留在木衛二上空,形成一個稀薄的大氣層。

(圖片說明:木衛二的巨型間歇泉)

雖然態度比較樂觀,但觀測結果卻令人遺憾。在接下來的17次觀測中,科學家們僅僅有1次真的觀測到了水蒸氣。這個結果告訴我們:木衛二的大氣層只是偶爾在極短暫的時間記憶體在,然後就會消失。

難道木衛二就真的沒有長期存在的大氣層嗎?

最近的一項研究告訴我們:情況並非如此,木衛二的大氣層始終存在,但卻過于特殊,以至于我們一直沒有發現!

瑞典皇家理工學院的Lorenz Roth博士最近在《地球物理研究快報》上發表了自己的最新研究成果,利用哈勃太空望遠鏡的觀測結果,他發現了詭異的木衛二大氣層。說它詭異,是因為這個大氣層並不是全球性的,而是只存在于木衛二的一個半球,或者說只有一側的大氣層足以被哈勃望遠鏡觀測到。

這是怎麼回事呢?

原來,由于距離木星比較近,木衛二已經在木星強大的引力下被潮汐鎖定,這和月球只有一面朝向地球是一樣的原理。也就是說,木衛二永遠都只有一面能夠朝向木星。這意味著,以木衛二的前進方向來判斷,它有一個「前面」和一個「後面」。

而這個由水蒸氣形成的大氣層,始終存在于木衛二的「後面」。

從1999年到2015年期間,哈勃望遠鏡曾經多次觀測木衛二。有了這幾次觀測資料,Roth博士通過遠紫外觀測和光譜資料的結合,發現了這個尾隨著木衛二的大氣層。另外,通過木衛二上發生日食時的觀測,也證明了這一點。

不僅如此,利用相同的方法,他還發現了木星的另一顆衛星——木衛三也具有類似的大氣層。而且,木衛三也有一個地下的液態海洋,水資源儲量同樣非常大。

(圖片說明:木衛三)

相比之下,木衛二上的大氣層存在更令人感到意外,因為它的表面溫度要比木衛三更低。為什麼呢?因為木衛三表面顏色更深一些,所以雖然和太陽的距離幾乎相同,但木衛三能夠吸收更多的熱量,于是表面溫度也就比木衛二高了差不多35℃,更容易存在水蒸氣。

這次發現也證實了此前的一項研究,有科學家曾經發現木衛二大氣中分子氧比原子氧多了30-50倍。不過,木衛二的這個大氣層極其稀薄,因為這整個半球的水蒸氣總量,也只有地球大氣層中水蒸氣的1/10億左右。

至于為什麼木衛二的大氣層只存在于它的「前面」,Roth還沒有確定。或許是因為它的「後面」比「前面」顏色深,溫度高一點。但他本人對這個猜測也有比較大的質疑,他認為這種差別不足以解釋大氣層只存在于一個半球的現象。

(圖片說明:歐羅巴快船號藝術圖)

這個問題,或許在幾年後能夠得到解答。2024年,美國將會發射歐羅巴快船號探測器,專門去研究木衛二,這也可以看出來木衛二在科學家心中的地位。看起來,這顆衛星真的非常有希望孕育生命,至于它能否擔當得起科學家的那份信任,就要看未來的探測結果了。

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