欧罗巴星球（木卫二）解析，是否真的会有生命存在？

幸福341

木卫二这颗以希腊神话中腓尼基公主欧罗巴命名的冰封星球，在太阳系形成之初就可能存在与岩石接触的海洋，具备液态水、能量来源和有机化合物这三种地球人所了解的生命基本元素，是我们当前探测能力范围内最有可能发现生命的地方。研究结果将会从事实上证明地外生命是不是真正的存在，从而就不必再举着大喇叭四处喊：“亲，你到底搁哪呢～”，而是需要严肃认真的对这一问题进行审慎思考。

伽利略于1610年1月8日在帕多瓦大学，使用自制的20倍折射望远镜发现了木星的四颗大卫星。而在前一天的观察中由于望远镜的倍数太小，竟然没有将木卫一和木卫二区分开，两者被记录成了一个单点，直到第二天才正式确认了欧罗巴是独立存在的物体。之后的三百多年间比月球略小的欧罗巴一直都平淡无奇，20世纪60年代的地基望远镜观测结果表明，与外太阳系寒冷区域的行星没有什么不同，木卫二也仅是一个被水冰所包裹的、透心凉的“死星”而已；赤道黑暗处的温度最高是-133℃，极地明亮区域温度最低为-223℃。

70年代初，仅重260KG的先锋10号和11号在飞掠木星时由于太过遥远，并没有获得其卫星的清晰图像；直到822KG重的旅行者1号和2号在1979年终于对伽利略卫星进行了首次精确成像，虽然因距离还是很远分辨率只有每像素2公里，但仍然揭开了欧罗巴的神秘面纱。下面来自于旅行者2号的图片中，这些迥异于以往认知的、如同血管筋脉一样错综复杂的地表纹理令科学家们震惊了。


木卫二就像一个线绳缠绕的玻璃球，也像一个破裂的鸡蛋，其表面要比我们所熟知的月球光滑、明亮得多。研究人员发现一些深色的条状地带，有着轮廓边缘彼此吻合的两个对立面，就像由于某种原因被撕裂分开之后、下面的深色物质涌出填补了空隙一样，这说明星球表面一直是比较活跃的。更令人意外的是，旅行者号在木卫二上发现的大撞击坑非常少，按道理来说经过数十亿年的陨石轰炸，其表面应该陨坑密布才对；除非是在相对较近的时期内，被火山活动或地质构造运动重新给抹平了。这些迹象表明，卫星表面是比较年轻的、在地质上是活跃的。

可是，如此之小的天体在地质上怎么可能是活跃的呢？哪里来的能量在支撑持续不断的地质活动？与之大小相近的星球，例如月球等都是地质上不再活跃的岩石星体，在很久以前就失去了大部分内在的放射性热能量来源，木卫二本应也是一颗冰冷的死寂星球才对。

旅行者号的另外一项重大发现带来了启示：人类首次在地球以外的天体上发现了活动火山。直径不过3600公里的木卫一上却有400多座活火山，超级火山和超强地震活动频繁，喷发出的热能是地球的100倍，这说明其内部活动是非常剧烈的，科学家们就需要思考如此巨大的能量究竟从何而来？


起初认为木卫一的能量来源可能是放射性元素的衰变或者是电流的欧姆耗散（磁加热），但这些因素都远不足以解释木卫一所拥有的巨大能量，斯坦·皮尔等人在1979年首先提出潮汐加热是木卫一最可能的能量来源。


木卫一、木卫二和木卫三3颗卫星处于拉普拉斯共振状态，这也是太阳系中唯一的三体共振现象。木卫三每绕母星一圈（7.2个地球日），木卫二就绕行两圈（3.6个地球日），而木卫一则绕行四圈（1.8个地球日）。它们之间的引力相互拉扯，将公转轨道变成了拉长的椭圆形有较大的偏心率，在每一次绕行木星的过程中，先是距离母星越来越近，然后又越来越远。结果就是每颗卫星都被时而拉伸、时而挤压，就像一个被不断搓圆按扁的面团一样，反复屈伸导致的摩擦产生了热量。木卫一在这个过程中地面的起伏幅度高达100米，就像是在不停的颤抖。在地球上潮汐最强的地方，高低潮的落差只有18米，然而这只是水并不是坚实的地壳。



潮汐加热效应随着与母星距离的增加而显著下降，最近的木卫一温度高到足以使其内部物质融化而存在一个液体核；较远的木卫二受热虽然没有那么强烈，但仍可能驱动海底火山活动。理论计算表明其内部温度有可能使得接近岩石层的冰保持融化状态，从而拥有一个全球性的海洋。


与水直接接触、富含矿物的温暖的热岩石非常重要，因为这可以发生水热化学反应，能够提供氢气和还原性化学物质（电子供体）。而被木星强于地球16~54倍的磁场从太阳风和木卫一火山喷发物中捕获的粒子，会以极高的能量撞击到木卫二冰冷的表面，产生氧化性化合物（电子受体）；紫外线辐射和高能粒子还会将地表水分子分解产生氧气；这些物质都可能会通过地质活动被运送到冰壳下的海洋中，由此就具备了和地球原始生命模式相似的能量循环过程的环境条件。木星拥有太阳系中最大的磁气圈，充满了高能粒子、辐射极强，环境恶劣的如同地狱，其发出的“嚎叫”在地球上都能听得见（用收音机）。


科学家还发现表面上一些最长的线性条带的特征，并不符合由轨道运行引起的潮汐模式预测的结果。但如果欧罗巴的表面可以独立移动，没有与整个星球完全锁定在一起，也就是说地表与内部的自转是不同步的；表层若旋转的略快那么就能更好的符合应力模型，就好象冰壳与内部深层之间存在一层液体或稍微加温的更软的冰在润滑一样。

木卫一与木卫二独特的形态和反常的性状，引起了科学家们的强烈兴趣，对此的研究在80年代初进入了高潮，这些惊人的发现直接促成了伽利略探测计划的实施。主要目标是探测木星和其卫星的化学组成、物理状态和磁场等数据。

2吨多重的伽利略号探测器1989年在亚特兰蒂斯号航天飞机上释放进入太空，历经6年的长途跋涉于1995年12月飞临木星。探测器每一次接近木卫二时，科学家都仔细跟踪其发出的无线电信号，以探测木卫二的重力场。被潮汐力影响的卫星会发生形变，所以其重力场也不是完美的球形，这种不规则的力会使探测器相对于地球地面站的运动速度产生轻微变化，而这种运动速度改变可以通过地面站接收信号频率的变化（多普勒频移）来进行测量。

依据重力场数据，研究人员量化了木卫二的内部质量分布，金属核心的外部是岩石层，再由一层水冰壳体包裹。参照金属核与岩石幔密度值的大概分布范围，计算出水冰层的厚度在80KM～170KM之间，最有可能是在100KM左右。若木卫二上很大一部分水是液态的，那么其体积将是地球所有海洋总和的两倍。但是，重力探测数据并不能确定水冰层是完全固态的还是部分液态的。

接下来伽利略探测任务的磁强计研究小组提供出了更为有力的证据：木卫二存在感应磁场。


伽利略号测量木卫二的磁场时，发现在绕行木星的过程中磁场产生了周期性偏移，这就表明木卫二本身的磁场是一个感应磁场，而不是固有磁场。太阳系中已知的拥有自身固有磁场的卫星只有木卫三，它的直径有5262公里，比水星和冥王星都大。因为处在木星强大的磁场内，若要诱发感应磁场，木卫二需要拥有一个靠近表面的全局导电层；测量分析结果表明，导电物质存在于距地表约30KM下方，那么最可能的原因就是木卫二的冰壳之下存在着导电的含盐海洋层。

在潮汐加热和感应磁场之外的第三方面重要证据来自于地质学上的分析。在木卫二上取得的发现是如此诱人，以至于将伽利略号原计划3次飞掠木卫二的任务增加到了12次，获得了很多高分辨率的清晰图像。下图是木卫二上的四个大陨石坑：Pwyll、Cilix、Mannann'an和Tyre。



Pwyll陨坑的直径约26公里，中心峰约600米高，底部很平。而月球上的陨石坑直径动辄数百公里，虽然不管坑有多大深浅都差不多，但也有几公里深；木卫四上面也密布着满满的撞击坑。根据研究人员建立的太阳系彗星和小行星模型分析，撞击木星卫星的主要是彗星，小行星的数量非常少，所以撞击的强度并不是非常高。


Tyre陨坑的形态很能说明问题，这像同心环一样的结构就如同往池塘里扔进了一块石头，只不过是冰冻的。科学家根据裂痕估算出了撞击的大小，推测从表面到较软下层的厚度约为6～15公里，这与潮汐加热和透镜结构模型的数值大致相符。一些科学家认为，木卫二冰壳的某些区域可能大大薄于其它地方，只有几公里的厚度，但对于这一点仍存争议。


陨石坑的形态学特征表明，木卫二的外部圈层是有弹性的或粘度较低，能够在陨击后恢复均衡的松弛状态。木卫二表面一些区域有大量圆形或椭圆形的坑、穹窿和深色斑点状结构，被称为“微透镜”（雀斑、斑点的拉丁语lenticulae转译）。


它们的大小相似（直径7～15公里）、间距均匀（5～20公里），显然具有相似的形成过程。这可能是一些温暖的冰团因密度较小而上升的底辟作用，拱起或刺穿了较冷的冰壳并挤入、褶曲以及表面冷冰块下沉形成的构造。研究模型显示，这一对流搅动过程需要木卫二的冰壳厚度大于约15公里才行。




下图是伊朗卡维尔盐漠的卫星照片，但其构造过程要比木卫二简单的冰壳复杂得多。


木卫二名为Conamara区域的地形，就像很多个大冰块漂浮在海洋上。


Conamara区域的高分辨率图像，错落的冰峭壁有100多米高。


冰壳上的巨大折线裂缝和山脊，与地球北冰洋上的海冰裂缝非常相似，只是要宽出10多倍，更像是板块构造运动的结果。


双山脊的三维视图，之间的山谷宽1.5公里。


下图中最大的红色条带宽度超过了15公里，木卫二上这种细条带、粗条带、超宽条带形成的地质构造实在是太复杂了，尤其是可能含有盐类的红褐色区域为什么会呈现出这样的分布形式，其冰壳下的结构和活动过程也许比我们现在认为的要复杂得多。


而这两块深红色的混乱区域，有可能是整块冰壳融化塌陷之后，下部的软冰或海水涌入形成的；也有理论认为是存在于冰壳之中的湖泊塌陷造成的。但木卫二的海水是否有些过于浑浊了？还是其底部火山活动非常剧烈？左边的Thera区域约70×85公里大小，右边的Thrace更长，似乎都略低于周围的冰原。



宽窄不一的条带和表面上有所变形的区域都带有颜色，这种微红色的物质与许多材料有关，光谱分析表明可能主要成份是硫酸镁。虽然盐类通常是无色或白色的，但其中可能混杂有硫或铁化合物，这些物质都应该来源于冰壳之下。这些杂质既可能因暴露于辐射而变红，也会随着时间的推移因辐射损伤或霜冻沉积而褪色变亮。至今为止，仍无法确定它们究竟是什么成份。

通过伽利略号的观察测量结果和理论分析表明，木卫二的冰壳厚度约为15～25公里，液态海洋深度约为60～150公里。表面的地质年龄可能在2000万～1.8亿年之间，最有可能是6500万年，这与星球形成的几十亿年相比是非常年轻的，部分地表区域至今仍然可能是活跃的。


但是一个关键之处在于，所有的理论分析都无法最终确定木卫二的水冰层，究竟是存在液态海洋还是仅为更温暖、更软一些、能够像地球上的冰川一样流动的冰？或者是曾经拥有过一个液态海洋，但是现在已冻结了？

这主要是因为所能获得的数据仍然太少，尚未发现木卫二当前正在进行地质活动的直接证据。若想找到明确的答案，就只有发射环绕木卫二轨道运行的探测器。这样就可以精确的获得其重力场数据，在随着木卫二绕行木星的过程中测量它的潮起潮落。如果存在理论分析中的液态海洋，那么在每个公转周期内，木卫二表面上升和下降的幅度将会达到30米，否则只有1米。并且可以携带透冰雷达，进行更精确的冰壳厚度测量。甚至可以再带一枚导弹，让探测器从炸起的水汽冰羽中穿过，直接捕获少许的冰壳物质分析木卫二的成份。


自从伽利略号于2003年结束了为期14年的探测任务，主动坠毁于木星之后，虽然科学家们对于木卫二的兴趣极为浓厚，NASA也一直在试图对其展开更进一步的研究，并且做了发射单独探测器的规划，但终未成行。

直到2016年NASA憋出了一个大招，神秘兮兮的提前造势说要发布一个重大新闻，搞得大家还以为要正式透露外星人消息了呢。没错，就是木卫二喷发出了200公里高的水汽冰羽。


就是上图7点钟位置的那个小小的尖尖角，这是哈勃望远镜的成像光谱仪在2014年拍摄的，图中的木卫二是为了清晰直观而叠加上去的。说实话，对于不了解的大众来说，这只不过是一颗平淡无奇的星球上一个微不足道的天文现象而已，真的没什么可关注的。以至于评价NASA也开始标题党了，要是现在的话都可以入选UC震惊部了。

但实际上，对于科学家和爱好者们而言，这的确是一个激动人心的发现，因为这将意味着不必打穿冰壳也可能会探测到生命的信息。只要将探测器精确的降落在喷发的位置，就可以获得来自木卫二冰壳之下海洋中的物质进行分析。否则，以目前的技术水平而言，数十人的专业队伍携带着重装备在南极，想要打穿3000多米厚的冰盖在冰下湖泊中取出水样，都是一件异常困难的事情；而要在外星球上打穿十几公里厚的冰层进行取样，就得指望下一代人了。

除非核电池技术有重大突破，无人探测器登陆之后释放出一个机器人，依靠自身源源不断产生的热能一直融化到冰壳之内。不过这样一来通讯就成了大问题，在水下无论发现什么传不回地球也没用，还得开发出每下降几百米就留下一个楔入冰层的通讯中继器的技术才行。

而水汽冰羽的喷发，第一是直接确认了木卫二有极大的可能性存在液态海洋，第二是使得无人着陆器采集来自冰壳下海洋物质的可行性变为了现实。这给所有关注木卫二的科学家打了一剂强心针，促使NASA高层严肃认真的对待这一问题，将有限的经费向欧罗巴探测任务大幅倾斜。所以，当时这条消息还是非常令小部分人振奋的。

NASA在2017年3月初宣称，木卫二探测任务“欧罗巴快船（Europa Clipper）”正在设计之中，预计在2020年发射，之后几年可能会发射着陆探测器。无论最终的研究结果如何，都可能会改变我们对于宇宙和生命的认识。

1. 没有发现任何生命存在的迹象。

A. 产生生命确实是异常困难、概率极小的、随机性的偶然事件，地球生命在一定程度上来说的确是独一无二的，人类真的很孤独；
B. 生命形式可能差异极大、甚至完全不同，我们使用地球生命的检测方法难以探测出来；相似的物质和能量环境，形成的生命却截然不同，表明生命在本质上确实没有内在的规则体系，完全是顺应各自的环境随机、巧合而成；

2. 发现了单细胞生命体。

既然是使用地球科技探测出来的，那么将表明木卫二生命体的DNA、蛋白质、代谢产物等分子结构与地球生命的相似程度很高。

A. 两者的生命可能拥有一个共同的来源，是属于一个种系的；至于起源于何处、还是相互传播的则需要进一步探寻；
B. 两者的生命体系是完全相互隔离、各自独立产生的，那么将表明生命的产生不完全是随机、机缘巧合的，而是具有一种或多种特定的起源与进化的自然规律，在合适的环境中就能生根发芽；截然不同的环境可能会匹配不同的规律；至于这个尚且一无所知的生命法则，可能会使我们对于生命的认知进入一个全新的领域；

3. 发现了多细胞甚至更高等级生物的存在迹象。

这个么，大家可能会问木卫二上的鱼到底好不好吃啊。。。


40～50亿年后，太阳将膨胀成红巨星，或许会一直膨胀到火星轨道，地球可能早已被完全吞没消失了；而木卫二的冰壳则可能会彻底融化，形成自给自足的全球性海洋。在太阳逐渐死去的过程中，木卫二或许会成为最后的生命存在之处，孤独的守望着太阳系的谢幕。




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作者：一点资讯