天文學家使用哈勃太空望遠鏡發現了新的證據，表明木星冰冷的衛星木衛二內部的地下海洋可能正在間歇性地向外太空噴射水蒸氣羽流。科學家們在週一的美國宇航局新聞釋出會上宣佈了這一發現。該發現表明，木衛二的海洋（據信埋藏在約 100 公里厚的冰層之下）可能比之前認為的更適合生命存在，並且更容易被好奇的天體生物學家所接近。這些發現將發表在即將出版的《天體物理學雜誌》上。
“如果木衛二真的有羽流噴發出來，那意義重大，”研究負責人、馬里蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科學研究所的天文學家威廉·斯帕克斯說。“因為這意味著我們有可能在無需鑽穿數英里厚的未知冰層的情況下，探索那個海洋中的有機化學物質，甚至是生命的跡象。” 羽流還暗示了木衛二內部潛藏著強大的能量源，可能被生物利用。
斯帕克斯和他的團隊使用哈勃太空望遠鏡成像光譜儀 (STIS)，在 2013 年末至 2015 年初期間，當木衛二從木星前方經過時，對它進行了 10 次觀測。他們在紫外光下觀察，在紫外光下，木衛二的冰冷表面顯得非常暗淡。他們尋找羽流的陰影，這些陰影在木星明亮、平滑的雲層背景下被照亮。經過三次細緻的分析和影像處理，他們發現了看起來像是紫外線陰影的東西，這些陰影在木衛二輪廓的南緣上方翱翔。如果它們是羽流，估計將包含數百萬公斤的物質，並達到木衛二表面上方約 200 公里的高度。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
這並非科學家首次發現木衛二上的羽流。斯德哥爾摩皇家理工學院的天文學家洛倫茨·羅斯領導的一個研究團隊在 2012 年瞥見了可能是一個大小和位置相似的羽流。這些發現於 2013 年在《科學》雜誌上報道，也使用了哈勃望遠鏡的 STIS 儀器。但與觀測陰影不同，這些發現記錄了木衛二南極附近的紫外線輻射，這可能是氫和氧——這正是水蒸氣羽流在被困在木星強大磁場中的粒子轟擊下分解成其組成原子元素時會產生的物質。
然而，羅斯團隊觀測到的假定羽流隨後消失了，未能出現在檔案資料中，也未能出現在其他望遠鏡的每次新搜尋中——直到現在。有人認為，也許羽流只在木衛二到達其軌道的最遠邊緣時才出現，那時木星及其其他衛星的集體引力拉扯可能會彎曲並“潮汐加熱”木衛二的內部，開啟裂縫並融化冰，將水噴射到太空。或者，這可能是一次性事件，由未被觀測到的小行星或彗星撞擊木衛二表面造成。不太樂觀的懷疑論者則猜測，渴望羽流的科學家只是屈服於空想性錯視，即人類大腦傾向於在混亂中尋找模式，並將意義投射到毫無意義的噪音上。
隨著斯帕克斯團隊報告的新探測結果，“潮汐加熱”假說似乎比以前更弱——他們發現的可能羽流似乎並非發生在木衛二潮汐加熱最強的時候。這意味著，如果羽流確實存在，那麼它們現在缺乏明顯的加熱源，而這種加熱源也可以解釋其觀測到的尺寸和神秘的間歇性。同樣，由於斯帕克斯的團隊已經目睹羽流似乎再次出現，“一次性撞擊”的想法也失去了光彩。雖然這些假說逐漸式微，但關於羽流在某種程度上只是幻覺的更廣泛觀點仍然存在爭議。這兩次探測都處於統計顯著性的邊緣，並且都來自同一臺望遠鏡上的同一儀器，儘管這臺望遠鏡可以說是歷史上使用最多、理解最深入的觀測站。
“這與上次的探測結果的可能性完全相同，”佐治亞理工學院的行星科學家布列塔尼·施密特說，她沒有參與這項研究。“兩個結果都顯示出統計上顯著的訊號，水平大致相同。所以我相當中立。我認為我們應該期待羽流型別的行為。我不知道的是，這些探測是否足夠靈敏，能夠真正徹底排除這種可能性。”
斯帕克斯完全承認，他的團隊的研究結果仍然令人沮喪地模糊不清。“這些觀測結果已達到哈勃望遠鏡的能力極限，”他說。“我們沒有意識到任何可能導致這些特徵的儀器偽影，並且它們在統計上是顯著的，但我們仍然保持謹慎……我們不聲稱已經證明了羽流的存在，而是貢獻了可能存在這種活動的證據。”
這種謹慎是合理的——木衛二羽流的存在（或不存在）可能會深刻地改變行星際探索的未來，將數十億美元的資金重新定向到新的探索任務上。木衛二的大小與地球的衛星大致相同，毫無疑問擁有海洋，這是基於數十年來多個航天器和望遠鏡收集的大量證據得出的結論。一些模型估計，它的深度可能是地球海洋的 10 倍，體積是地球海洋的 3 倍，並且可能以液態形式存在了數十億年。
這些特徵使其與外星海洋的另一個羽流噴發代表——土星的衛星土衛二截然不同。卡西尼號軌道飛行器於 2004 年首次觀測到土衛二從南極噴射水蒸氣。卡西尼號對這些羽流的研究產生了驚人的結果，包括間接探測到土衛二隱藏的海底熱液噴口。但事實仍然是，土衛二比木衛二小六倍，離地球的距離是木衛二的兩倍，其地下水庫也小得多，可能只是土星潮汐加熱產生的短期融水袋。總的來說，大多數天體生物學家可能更喜歡研究木衛二——前提是他們不必首先突破厚厚的冰層天花板。
即便如此，也不能保證木衛二的羽流（如果得到證實）甚至會與地下海洋相連。它們可能與地殼中上方較遠的熔融區域有關，可能形成於木衛二佈滿山脊、裂縫的表面上的“混沌地形”區域。那裡的冰層已經破裂成雜亂無章、翻滾的塊狀物，較軟、較溫暖的物質從下方湧出。施密特認為，與土衛二相比，木衛二複雜多變的活躍表面最終可能不利於研究其羽流，因為土衛二的地殼相對惰性，除了南極的羽流噴發裂縫外。“在土衛二上，地質構造清楚地表明瞭活動的發生地，”施密特說。“在木衛二上，到處都有活動，這可能導致羽流的產生，也可能使解釋變得混亂。”
儘管如此，羅斯團隊早先報告的羽流已經幫助改變了美國宇航局長期醞釀的更大力度探索木衛二的計劃。在過去的幾年裡，一項前往木衛二的任務迅速從夢想變為國會批准的當務之急，現在計劃在 2020 年代發射。美國宇航局目前為該航天器設計的方案包括一套九種儀器，所有這些儀器都旨在尋找和研究任何羽流，此外還要執行其他例行的科學目標。歐洲航天局也在建造一個名為木星冰衛星探測器 (Jupiter Icy Moons Explorer) 的探測器來探測木衛二，計劃於 2022 年發射。
為了最大限度地減少航天器暴露在木衛二附近威脅生命的輻射中，美國宇航局計劃的任務不會繞木衛二軌道執行，而是透過一系列飛掠來反覆飛越它，這些飛掠旨在使其從幾乎所有可能的角度掠過表面。如果羽流存在，航天器可以精確定位其來源，甚至可以直接對其進行取樣以確定其成分，從而有可能嗅探出在表面深處蓬勃發展或勉強生存的生命跡象。
美國宇航局已經在木星上部署了一艘名為朱諾號的航天器，它攜帶著一臺強大的紫外線光譜儀，可能有助於確認木衛二的羽流。但朱諾號位於木星周圍的極地軌道上，不適合研究這顆行星的衛星，而且即使適合，其消毒程度也不足以滿足美國宇航局認為適合近距離接觸可能存在生命的世界的要求。“我們費盡心思確保該航天器不會靠近木衛二，因為我們想保護木衛二免受汙染，”美國宇航局外行星任務專案科學家科特·尼布林說。
在沒有行星際探測器的近距離確認和研究的情況下，羽流是真實存在的進一步證據可能來自持續的哈勃監測，或者來自計劃於 2018 年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的後續觀測。斯帕克斯的團隊又觀測到木衛二的兩次凌星，儘管他們對收集資料的分析仍未完成。或者，他說，“如果有人使用完全獨立的觀測技術並獲得一致的結果，那麼另一件事可能會最終確定。”
自今年 2 月以來，美國天主教大學的美國宇航局附屬天文學家盧卡斯·帕加尼尼一直在這樣做——使用位於夏威夷莫納克亞山上的凱克天文臺的雙 10 米望遠鏡之一，在近紅外光中尋找木衛二的陰影羽流。
“有很多羽流否認者，但沒有真正的理由，”他說。“說羽流存在，甚至在冰衛星中很常見，這沒什麼奇怪的。這不像有人想透過聲稱探測到羽流來出名。” 在 10 月舉行的美國天文學會會議上將要展示的結果預覽中，帕加尼尼說，他在凱克資料中看到了許多“有趣的東西”，但沒有什麼可以明確排除最新的羽流報告——也沒有什麼可以證實它們。