詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）僅匆匆一瞥木星的小型冰衛星歐羅巴，就增強了地球並非我們太陽系唯一可居住“海洋世界”的論據。
歐羅巴是太陽系中最誘人的地方之一：大量的觀測證據表明，它冰冷的地殼下隱藏著一片海洋，其中可能存在適合生命存在的條件。現在，JWST 的一項間接研究——其設計目的主要是測試儀器的效能——表明歐羅巴的海洋中含有二氧化碳，這是理解該世界孕育生物學潛力的一個關鍵因素。
“我們得到的結果遠遠超出我們的預期，”美國宇航局戈達德太空飛行中心（位於馬里蘭州）的行星科學家 Gerónimo Villanueva 說，他也是兩篇報告 JWST 發現的新論文的合著者之一。
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簡短的觀測使用了 JWST 的近紅外光譜儀 (NIRSpec) 儀器，該儀器旨在捕獲光譜——條形碼狀的測量結果，量化不同波長光線的數量，科學家可以將其轉化為有關光源化學成分、溫度和其他特徵的資訊。科學家們對 CO2 冰特別感興趣，美國宇航局的伽利略號木星探測器在 2003 年航天器墜毀之前飛掠木星衛星歐羅巴期間探測到了這種冰。
由於碳是生命至關重要的六種元素之一——另外五種是氫、氮、氧、磷和硫——瞭解 CO2 在歐羅巴上的存在位置以及它是如何到達那裡的，對於理解這顆衛星是否可能支援生命至關重要。“這是一個大問題，即這是否起源於歐羅巴內部，或者可能來自歐羅巴外部，”康奈爾大學的行星科學家 Samantha Trumbo 說，她也是 關於 JWST 觀測的兩篇新論文的合著者之一。
Trumbo、Villanueva 及其同事特別想了解歐羅巴表面 CO2 沉積物是否來自溶解在地下海洋黑暗水域中的化合物儲層，該海洋夾在覆蓋的冰層和衛星岩石中心之間。這種情況將標誌著歐羅巴的海洋與地球的深海熱液噴口系統之間的又一個相似之處，一些科學家認為我們星球的生命起源於此。
“看看我們自己的海洋——其中溶解了大量的 CO2，”美國宇航局噴氣推進實驗室的行星天文學家 Bonnie Buratti 說。Buratti 是美國宇航局歐羅巴快帆任務的副專案科學家，該任務計劃在 2030 年代探索這顆冰冷的衛星，她沒有參與這兩項新的研究。
兩篇論文（其中獨立的團隊獨立分析了相同的 JWST 資料）都發現在塔拉區（歐羅巴的一個區域，散佈著科學家們稱為“混沌地形”的雜亂拼圖混合景觀特徵）發現了特別強的 CO2 光譜訊號。
“它完全符合它的名字。它很混沌，”國家航空航天博物館的行星地質學家 Emily Martin 說，她沒有參與這兩篇新論文。
“我們認為，當涉及到混沌地形時，發生的情況是，在某個時候，表面變得足夠溫暖，分裂成這些小冰筏——在某些情況下，是大型冰筏——因此整個塔拉區都是這些破碎的拼圖碎片，漂浮在這個現已凝固的冰冷、泥濘基質中，”她說。她指出，混沌地形是“您想要花更多時間觀察的地點的一個非常好的指標”。
混沌地形對於天體生物學家來說尤其引人入勝，因為其推斷的破碎和再凍結的形成過程可能會將歐羅巴內部的水拉到地表，從而更容易接近和研究。塔拉區的混沌地形尤其引人注目：哈勃太空望遠鏡 2017 年的觀測顯示，該區域還含有氯化鈉——普通食鹽中的化合物——據推測，這也來自地下水的湧升。
“[來自 JWST 的資訊] 令人興奮，因為它告訴我們，我們在歐羅巴表面看到的碳（我們可以實際研究的碳）來自內部，”Trumbo 說。“至少有非常強烈的證據表明海洋中存在碳。”
Martin 也認同這種邏輯。“說我們在這裡觀察到的獨特地質現象可能與我們在這裡看到的獨特成分現象有關，這是一個非常有說服力的論點，”她說。
新的發現確實包含一項可能令人失望的內容。近年來的一些觀測表明，與土星的冰衛星土衛二類似，歐羅巴可能會將鹹水羽流噴射到太空，這將使附近的航天器能夠直接對其進行取樣。但是，歐羅巴存在此類噴發的證據遠比土衛二稀少，美國宇航局的卡西尼號探測器在 2008 年直接飛越了土衛二的一個羽流。
但是在 JWST 對歐羅巴的匆匆一瞥中，沒有明顯的證據表明存在任何羽流。這種零結果並不一定意味著不存在羽流——它們很可能是零星的或比預期的更小——但這遠非科學家們可能希望獲得的確鑿的探測結果。“我們不能說在這個物體上存在或不存在羽流，這是肯定的，因為我們現在只進行了一次特定的測量——而且在那個特定時刻，我們沒有看到羽流，”Villanueva 說。
然而，新的發現僅僅是重新關注歐羅巴的開始。Trumbo 及其同事已經贏得了 JWST 的觀測時間，以重新訪問這顆冰冷的衛星，這次他們將讓望遠鏡的目光停留足夠長的時間，以獲得歐羅巴整個表面的景象。
無論 JWST 的觀測結果多麼壯觀，它們都將很快被其他更近距離、更親密的觀測結果所取代。歐洲航天局的木星冰衛星探測器（JUICE）任務於今年春天發射，將於 2031 年抵達木星系統；它將在任務期間兩次近距離飛掠歐羅巴。美國宇航局的歐羅巴快帆（Buratti 在其中工作）計劃於 2024 年 10 月發射；從 2031 年開始，它將對木星神秘的冰衛星進行近 50 次飛掠。Buratti 說，儘管快帆的基本軌跡已經確定，但仍有時間微調其觀測計劃，以儘可能從任何近距離飛掠塔拉區的機會中獲取更多科學成果。
“科學家們正忙於努力最佳化我們的觀測，因此來自 JWST 的資訊是一份禮物，”Buratti 說。“這真是一份禮物。”