木衛二揭示部分秘密

長期以來,人們一直認為木星那謎一般的衛星木衛二冰冷的地殼之下蘊藏著巨大的海洋,但那個海洋裡究竟有什麼?它會到達地表嗎?

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木衛二:人眼可能看到的樣子(顏色已調整,圖片來源:NASA/JPL/Ted Stryk)

木星那謎一般的衛星木衛二長期以來一直被認為在其冰冷的地殼下蘊藏著巨大的海洋,但那個海洋裡究竟有什麼?它會到達地表嗎?

自從“旅行者”號和“伽利略”號探測器探索木星系統以來,其衛星就呈現出一個非凡而引人入勝的謎題。在已知的67顆衛星中,最大的是伽利略·伽利雷在1600年代早期觀察到的那些圍繞木星龐大身軀執行的衛星——木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。這些天體因其尺寸(木衛三的直徑比行星水星大8%,木衛四的尺寸是水星的99%)和多樣性而引人注目。


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木衛一是這四顆伽利略衛星中最靠近木星的衛星,是太陽系中除地球外唯一具有可觀測火山活動的天體(而不是冰火山)。事實上,它表面佈滿了麻點,估計有400個活躍的火山結構。由於木衛一在木星巨大的引力場中呈橢圓形軌道執行,潮汐彎曲使其保持高溫。

伽利略衛星——及其令人難以置信的多樣性 (NASA)

木衛三和木衛四表面覆蓋著汙濁的水冰,據推測,它們各自都蘊藏著位於表面以下一百英里或更深處的液態水海洋。雖然木衛四的分異程度遠低於木衛三,其內部層定義不那麼明確,但這暗示了它經歷過一段更寒冷的歷史,那時的物質仍然沒有在衛星自身的重力井中完全沉澱下來。

但木衛二或許是最大的謎團。航天器影像顯示,其表面相對光滑,縱橫交錯著引人注目的結構——裂縫、板塊以及巨大的冰塊漂浮的跡象,這些冰塊似乎曾經破裂並滾動到新的位置。一些“混沌地形”表明,在更溫暖的液態水體之上存在物質。木衛二表面隕石坑相對較少,這也表明它很年輕,並且經常得到補充。

透過穿越木星自身強大的磁場而感應產生的磁場測量結果指向木衛二冰凍表面下的某個地方存在導電介質。化學成分豐富的水以液態形式存在,是最佳候選者。也許海洋向下延伸約 60 英里,足以填滿地球海洋兩次,並覆蓋著厚厚的冰層。

這種海洋可能由折磨木衛一的同類潮汐彎曲以及溫暖的岩石基底共同維持——這可能與我們在地球上發現的深海熱液系統相似。

木衛二內部結構的一種假設 (NASA)

木衛二上的海洋為推測那裡是否存在生命提供了充足的空間。許多條件似乎都合適;液態水和來自岩石內部的化學物質可能足以維持生物的生存。我們也知道,地球上大部分生命並不需要直接接觸我們星球的表面——至少不是直接接觸。

弄清楚木衛二是否可以維持地下生物圈的最大障礙之一是需要地球化學迴圈,特別是需要氧氣來源來幫助驅動其化學引擎。暴露於木星周圍惡劣輻射環境中的衛星表面可能是一個極好的資源——但前提是它沒有與內部隔離。

現在,一項美麗的地球天文研究似乎揭示了木衛二的表面,甚至可能是地表之下的情況。邁克·布朗和凱文·漢德使用凱克天文臺製作了這顆衛星表面非常精細的光譜圖——他們在解析光頻率方面做得比“伽利略”號航天器近距離觀測時好 40 倍。

他們簡而言之發現的是,以前未見的“鹽”——硫酸鎂,散落在木衛二的某些表面上。但這種鎂化合物只存在於衛星的“後緣”面——即接收來自木星系統磁場和等離子體強大巢穴最嚴重粒子輻射的一側。

有人認為,這種形式的硫酸鎂是在輻射轟擊木衛二後緣面並催化表面預先形成的硫酸鹽(硫磺來自火山衛星木衛一)與某種含鎂物質之間發生反應而產生的。但我們不認為鎂只是漂浮在太空中——所以它一定來自木衛二本身。

作者指出,已知木衛二的地殼上也存在鈉和鉀,因此現在我們可以將鎂新增到混合物中。它不像硫酸鈉和硫酸鉀那樣容易被輻射從衛星的後緣面“濺射”掉,硫酸鈉和硫酸鉀往往會被去除,因此鎂組分得到增強。

但如果鎂並非總是以硫酸鎂的形式存在(似乎僅在衛星的強輻射側產生),那麼它又是什麼形式呢?最好的推測是,它與鈉和鉀結合在一起,與氯結合——並從深海到達地表。

換句話說,這是間接證據,表明木衛二的海洋中充滿了氯化鈉、氯化鉀和二氯化鎂。如果這些聽起來有點熟悉,那應該是的。正如邁克·布朗在他的一系列精彩的解釋性文章中指出的那樣,如果你去舔木衛二,它可能會嚐起來像一口地球海洋。

這也並非完全史無前例。最近對土星衛星土衛二噴出的水柱的測量也表明存在鈉鹽和鉀鹽(儘管是氯鹽還是硫酸鹽尚不清楚)。

接下來的步驟將是尋找氯的存在——當它們以固態存在時,這很棘手,但當它們蒸發到太空時就沒那麼棘手了。從長遠來看,所有這些都增加了一個證據體系,表明木衛二不僅確實擁有內部液態海洋,而且海洋以某種方式到達地表,帶來鹽分以及可能存在的其他物質。

這也將為地表物質返回海洋、攜帶化學能提供機會。因此,我們有可能開始看到一個真正外星世界的內部運作,這個世界可能會在未來幾年帶來更多驚喜。

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