木卫=生命之谜

尹怀勤

木星的四颗大型卫星

美国国家航空航天局（NASA）先后于1977年8月20日和9月5日，相继发射了旅行者2号和旅行者1号探测器，这两枚探测器都对木星进行了飛掠式探测，并向地球发回了宝贵的数据资料。早在1979年，经两枚探测器的探测，科学家发现名为欧罗巴的木卫二就像个冰与奶油、巧克力混合的球体，表面上分布着弯曲的条纹。科学家经分析研究认为，该卫星表面覆盖着5千米厚的冰层，冰层下面可能有一片深达50千米的海洋，而且海洋中有可能存在生命。这一研究结果立刻引起了科学界的关注，自此木卫二成了科学家探索地外生命的重点天体。

木卫=生命假说

1989年10月18日，伽利略号探测器被亚特兰蒂斯号航天飞机送上太空后，1995年12月7日终于进入环绕木星的轨道运行，开展探测工作。

1996年8月，美国科学家根据伽利略号探测器发回的资料推测，木卫二冰层下的海洋底部可能存在火山，其喷发提供的热量足以使某些不需要阳光和空气的微生物生存下去，这一论点被称为“木卫二生命假说”。1997年初，科学家根据伽利略号探测器提供的照片发现木卫二上有水流，推测其冰层下有水、充足的热量和有机化合物这三个生命存在的基本要素，其环境很有可能符合宇宙生物学的标准。在地球的海洋深处，一些火山的周围，即使没有阳光和氧气也会有原始微生物繁衍生息，这是因为这些地方具备了上述三个条件。提出和赞同木卫二生命假说的科学家们认为，从环境条件推断，如果木卫二存在生命，其生命形态也只能是低级的海洋生物。2009年11月，美国亚利桑那大学的科学家理查德·格林伯格研究发现，目前木卫二的海洋中至少存活着300万吨似鱼类一般的复杂生物。这将13年前美国科学家们提出的木卫二生命假说又向前推进了一步。此研究成果已被美国《国家地理》杂志评为2009年度十大太空发现之一。

伽利略号探测器还探测到木卫二地磁北极点的地理位置在变化，并且移动频繁，几乎每5小时30分钟就移动一定距离。这个结果让许多科学家困惑：究竟是什么力量使得木卫二的地磁北极点不断运动呢？空间科学家玛格丽特·基维尔森说：“我认为这些发现告诉我们，在木卫二的地表之下有一个液体水层。”按照科学家的解释，如果在木卫二的地表之下有一个液体传导层，如盐水层，那将成为磁极不断变迁的最完满的解释。基维尔森据此表示：“这些新发现对于木卫二上存在海洋的设想非常具有说服力。”

伽利略号探测器原定约2年的工作寿命先后被3次延长。在1995年飞抵环木星轨道后的7年多时间内，它创造的纪录有：绕木星运行34周，与木星主要卫星相遇35次，发回包括1.4万张照片在内的3万兆比特数据，在木星的三颗卫星上发现了地下液态盐水存在的证据，第一次从轨道上对木星系统进行了完整考察，第一次对木星大气进行了直接测量。

在木星引力的作用下，探测器的运行轨道可能会发生变化，并可能与木卫二相撞。理论上，探测器与木卫二相撞可能导致地球的微生物在木卫二上立足，这种情况有可能会影响未来在这颗卫星上寻找本土生命的工作。NASA由此决定，在伽利略号探测器燃料未完全用尽、还能控制运行轨道之时，让它受控远离木卫二、撞向木卫三。终于，在美国时间2003年9月21日下午，伽利略号探测器结束了8年的木星探测使命。而在科学家为此热烈庆祝的同时，也有一些科学家对木卫二拥有低级生命的论断存有疑问。

木卫=的地质构造

从1996年伽利略号探测器在距离木卫二16万千米处拍摄的照片上看，这颗星球呈现冰壳状，表面裂缝交错，这说明冰层曾受到巨力的作用。科学家们研究后认为，这种力是由木卫二和木星及其他三颗伽利略卫星之间的引力形成的潮汐力，其作用不仅造成了木卫二的表面特征，还使其内部的水以液态存在，所以1996年伽利略号探测器从距离木卫二688千米处掠过时拍摄的照片中发现了水流的存在。科学家认为，这种现象表明木卫二内核很热，大量热能从火山口或热泉眼喷发出来，导致表面部分冰层融化。

1997年1月，伽利略号探测器用磁强计对木卫二的磁场进行了探测，发现木卫二有一个内磁场，而且这个内在导电层的导电率与含盐海水一样强。由此，科学家们再次得出木卫二上可能存在海洋的推论。同时，发回的新照片表明，木卫二表面裂缝位置发生了变化，说明这很可能是表层下的海洋流动造成的。1997年2月，伽利略号探测器从距离木卫二586千米处飞过时拍摄的照片显示，木卫二表面最大的冰山宽达13千米，高为100米～200米。美国科学家史蒂文等人认为，由于木星对木卫二内核的引力作用，木卫二冰幔下面的水才能保持液体状态，成为深达几千米的海洋。1998年12月，伽利略号探测器拍摄的照片显示，木卫二南部有一条长达800米的裂缝。2000年1月，伽利略号探测器从距离木卫二351千米处掠过时发现，木卫二地磁北极点位置频繁移动。科学家认为，这是木卫二含盐海洋在冰层下流动形成电磁场引发的结果。

在研究了木卫二表面裂缝照片之后，2002年9月，亚利桑那大学的格林伯格教授领导的研究小组宣称，木卫二冰层较薄，观测到的表层裂缝可使气体、热量和有机物质接触到表层下面可能存在的水。这种情况显示，木卫二可能存在的海洋同地球上的北冰洋相似。既然北冰洋能通过冰层的裂缝接触到空气和热量，那么木卫二上的海洋也能通过冰层裂缝与外界接触。

科学家们依据旅行者2号和伽利略号探测器获取的资料，于2007年绘制出首张木卫二全球地质构造图，该图揭示出木卫二表面地质构造较为年轻且富于变化。

2008年，科学家们发现，木卫二极地旋转轴偏移了80多度。这样的极端变化表明木卫二表面冰壳厚度并不一致。科学家们还用多种航天器获得的照片，绘制了木卫二表面直径达500千米以上的大型弧状盆地图像。经综合分析研究，他们认为，木卫二内部有一个金属核，核外是石质的壳，壳外是液态水海洋，海洋表面是冰层。

木卫=生命假说争论消失

这张视图显示了冰冷的木卫二全球海洋动态性仿真温度场，红色的热羽流从海底产生，蓝色的冷却体从冰与海洋的边界向下沉。更多的热传递到了赤道附近的冰壳，与木卫二表面混乱的地形一致。

2014年1月8日，美国科学家宣称在木卫二的海洋中或许存在能够解释木卫二赤道混乱的裂缝和山脊。这项发现暗示着木卫二可能比之前预想的更适合生命存在。2017年4月，NASA宣布卡西尼号探测器的巅峰发现——土卫二的海洋中可能有生命存在，同时宣布了木卫二也具备同样的潜力。由此，关于木卫二具有低级生命的争论也消失了。此次，密歇根大学安娜堡分校的研究人员贾先哲及其同事，详细考察了伽利略号探测器在1997年飞掠木卫二期间获得的局部采样数据，终于发现了迄今为止最强的羽流证据。羽流使围绕木卫二运行的探测器可以直接对其内部海洋物质进行取样。贾先哲的团队报告称，木卫二周围的磁场和等离子体变化，可以利用羽流轻松地予以解释。在重建伽利略号探测器的路径后，研究团队还确定了木卫二的海洋宜居性。2018年5月14日，科学家通过继续分析伽利略号探测器撞毁前所获得的数据资料发现，木卫二存在羽流，即一种流体在另一种流体中移动。这些羽流能将其内部海洋物质输送至天体表面和太空中。这一发现再次确定了木卫二的海洋具有适宜微生物生存的环境。

未来，人类规划的木卫二探测计划——包括美国的木卫二飞剪探测器和欧洲航天局的木星冰月探测器，将于21世纪20年代末到30年代初抵达木星，这些探测器将采取更有针对性的如研究羽流的先进探测措施。

揭开木卫=生命之谜的重要意义

迄今为止，对于木卫二生命之谜的研究，科学家已经提出多种可行方案。揭开木卫二的生命之谜，除了可以弄清真相外，还可驗证或修正宇宙生物学标准。如果发现木卫二上有生命，那就证明了宇宙生物学标准至少适用于太阳系天体。如果推断条件属实而未发现生命，则须修正这一标准。无论获得何种结论，都能深化人类对木卫二乃至太阳系天体的认识，促进空间科学的发展。

不仅如此，开发木星及其四大卫星至少还有两大作用。一是开发木星上的氢资源。木星上的氢含量极高，它可谓一座能源宝库。由于氢的同位素氘（dao）和氚（chuan）都是热核反应的重要原料，而这些元素在地球上含量又很少，所以开发木星上的氢资源既可解决人类能源问题，有助于可持续发展，又能将其用作核火箭的燃料，以便实现星际航行。二是大型天然卫星具有开发价值。科学家之所以对四颗伽利略卫星十分感兴趣，就是因为探明它们的真实情况后，经过比较，就可以选择一个条件最合适、环境最适宜的星球进行开发，将其建成未来的航天良港，作为人类乘坐宇宙飞船奔向更远天体甚或太阳系外天体的远航中转站。

了解了木卫二，大家是不是对地外生命的探索也充满了好奇？！再过十几年，木卫二飞剪探测器和木星冰月探测器就会为我们带来更多关于地外生命的信息，那时同学们也已经长大，不知道你们会不会也成为探索地外生命的一员呢？