木衛二歐羅巴擁有類似地球的板塊構造

這項發現可能會鼓舞人們積極開展前往木星衛星的探測任務

如果您對如何研究歐羅巴有想法,那麼美國國家航空航天局(NASA)希望聽到您的聲音。

該機構目前沒有正式的歐羅巴探測任務計劃。這顆木星衛星的冰冷外殼下覆蓋著一片液態海洋,理論上可能存在生命。但在國會強烈興趣和近期幾項發現的推動下,NASA 正在徵集可用於歐羅巴探測任務的儀器方案。方案範圍從掠過衛星的簡化探測器,到精心設計的木星軌道器,後者將在多年內探索歐羅巴。

最新的重大新聞可能會進一步增強這種熱情。9月7日有報道稱,歐羅巴可能存在巨大的冰層在移動,就像地球上的岩石板塊一樣 (S. A. Kattenhorn 和 L. M. Prockter Nature Geosci. 2014)。這種活躍的地質活動表明,歐羅巴的冰面與其埋藏的海洋相連 — 為鹽分、礦物質,甚至可能是微生物從海洋到達地表又返回海洋創造了一條可能的通道。


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西蒙·卡滕霍恩(Simon Kattenhorn)是一位曾任職於莫斯科愛達荷大學的地質學家,路易絲·普羅克特(Louise Prockter)是馬里蘭州勞雷爾市約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家。他們透過梳理 NASA “伽利略”號宇宙飛船拍攝的照片發現了這一發現。“伽利略”號宇宙飛船於 1995 年至 2003 年繞木星執行。它拍攝的大部分歐羅巴照片都相當模糊,但卡滕霍恩和普羅克特仔細研究了衛星上為數不多的幾個區域,這些區域存在高解析度影像。

他們將這些影像視為巨大的地質拼圖碎片,其中山脊、條帶和其他特徵被地殼運動分裂和分離,並試圖追蹤歐羅巴表面隨時間推移的演變過程。“當我們把所有碎片拼合在一起時,重建影像中出現了一個大洞,一片空白區域,”卡滕霍恩說。科學家們推斷,缺失的部分一定是某種程度上被吸入了衛星內部。

卡滕霍恩和普羅克特提出了一個板塊構造系統,該系統涉及幾公里厚的冰殼在較溫暖、更流動的冰層上滑動。兩人推測,當一個板塊撞擊另一個板塊並開始向下俯衝(或稱俯衝)時,它會融化並融入下方的冰層中。

在歐羅巴上已經發現了新冰殼正在形成的地點,但最新的研究首次精確指出了冰殼可能消失的地方。

但是,如果沒有更多區域的高解析度影像,研究人員無法判斷俯衝是否也在其他位置發生。亞利桑那州弗拉格斯塔夫市美國地質調查局的行星科學家邁克爾·布蘭德(Michael Bland)表示,如果事實證明俯衝現象很常見,則可能意味著衛星可以在地表和深層之間迴圈對生命友好的化合物,這將大大增加其海洋適宜居住的可能性。

去年 12 月,科學家報告稱在歐羅巴南極噴射出水蒸氣羽流 (L. Roth et al. Science 343, 171–174; 2014)。此後,這些羽流再也沒有被觀測到,它們可能與歐羅巴新近發現的板塊構造系統有關,也可能無關。NASA 現在需要弄清楚哪種任務最適合探索這些發現。

過去幾年,加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室的工程師們一直在改進一項名為“歐羅巴快船”(Europa Clipper)的任務概念。經過反覆精簡,他們提出了一個耗資 20 億美元的航天器設計方案,該方案可以攜帶一系列儀器前往衛星(參見“關注歐羅巴”)。

但由於擔心成本過高,NASA 呼籲提出預算僅為 10 億美元的方案。據報道,該機構目前正在評估一些建議。

這種戰略上的降級讓一些科學家感到失望。“談論 10 億美元的概念真讓人沮喪”,就好像研究人員沒有考慮過這一點一樣,亞特蘭大佐治亞理工學院的行星科學家布列塔尼·施密特(Britney Schmidt)說,她曾參與“快船”號方案。“如果你想開展社群完全認可的最佳科學研究,這就是你派出的任務。”普羅克特說,由於“快船”號將攜帶一系列儀器,它可以調查俯衝帶、探索羽流,並回應各種其他研究問題。

7 月,NASA 要求行星科學家提交他們希望看到的搭載在“快船”號等航天器上的儀器方案,無論成本如何。提案提交截止日期為 10 月 17 日,該機構計劃在明年 4 月左右選出約 20 個提案進行進一步開發。

儘管 NASA 擔心歐羅巴任務的總體成本,但它在短期內有資金可供支配。在過去幾年中,國會每年都向該機構的行星科學部門提供的資金比其申請的資金多出數千萬美元,並指示其將這筆資金用於歐羅巴任務概念。這項行動由眾議員約翰·卡爾伯森(John Culberson,得克薩斯州共和黨人)領導,他是一位引用《星際迷航》臺詞的太空愛好者,並且是權力很大的支出委員會的成員。

歐羅巴研究人員很高興能利用這一優勢。“我興奮得口水都快流出來了,”卡滕霍恩說。“顯然,關於歐羅巴,我們還有太多需要學習的東西。”

本文經許可轉載,並於 2014 年 9 月 7 日首次發表

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