木卫二：被伽利略发现的木星卫星，冰层下或藏生命奥秘？

概述

木卫二，亦称欧罗巴，由伽利略于1610年首次揭示于世，位居木星已知的第六颗卫星，同时也是木星体积排名第四的卫星，且在伽利略所发现的众多卫星中，与木星的距离位居第二近。

木卫二是太阳系中木星众多卫星之一，一颗被冰雪覆盖的星球。它的体积略小于月球，直径达到3100千米。这颗卫星沿着距离木星约67万千米的圆形轨道运行。和月球与地球的潮汐锁定现象类似，木卫二也处于这种状态，始终以同一面朝向木星。与月球不同的是，木卫二拥有一个极其稀薄且含有氧气的氛围。

木卫二，作为木星众多卫星中备受瞩目的一个，其特别之处在于科学家们推测，在这颗卫星厚达数千公里的冰层之下，潜藏着一个广阔的海洋。这个海洋的水量甚至超过了地球，因此，木卫二极有可能成为地球之外，最具生命存在可能性的星球之一。

生命假说

过往的航天探测器传回的数据资料揭示，从遥远视角观察，木卫二表面似乎绘有众多暗淡的线条，但若近距离审视，这些线条实则系冰层上绵延的裂缝，众多裂缝内充盈着棕色的粘稠物质。

除了冰隙之外，该区域地形复杂多变，路面坎坷不平。经过深入的研究与分析，科学家们得出结论，认为木卫二地表岩石之间相互作用，能够生成氧气。他们依据1996年末“伽利略”号探测器拍摄的照片，发现了木卫二存在水流的现象，进而推断，木卫二冰层之下存在水、充足的热能以及有机化合物，这三个条件是生命存在的基本要素，其环境条件可能满足宇宙生物学的要求。

自90年代对木卫二探测概念提出以来，美国、俄罗斯以及欧空局的科研团队持续提出多种探测方案，包括通过导弹轰击进行样本分析，利用航天器进行低空侦察，实施航天器着陆探测，以及派遣机器人潜入海洋深处进行探索。然而，木卫二内部存在一个金属核心，外围是岩石构成的壳层，壳层之外覆盖着液态水构成的海洋，而海洋表面则被冰层所覆盖。

1996年8月，美国科研人员依据“伽利略”号木星探测器的数据，推断木卫二表面可能藏有海洋。随后，他们进一步提出，该星球的底部或许隐藏着火山。这些火山喷发的热量，能够维持某些无需阳光和空气的微生物的生存。这一观点被命名为木卫二生命假说。1997年伊始，研究人员依托“伽利略”号在1996年底拍摄的图像，揭示出木卫二表面存在水流。据此，他们推断木卫二冰层之下蕴藏着水、丰富的热能以及有机物质，这三者均为生命得以存在的关键条件。由此推测，该星体的环境或许与宇宙生物学所设定的生命存在标准相吻合。地球海洋之下的火山周边，即便是在缺乏阳光与氧气的极端恶劣自然条件下，也能见到原始微生物的繁衍生长，这正是因为这些区域具备了前述的三个关键条件。那些提出并支持木卫二存在生命假说的科学家们，基于环境条件的分析，推测那里的生命形态应当是低级的海洋生物。因此，在探索太阳系行星及其卫星的过程中，火星、木卫二和土卫六成为了科学家们关注的焦点。

自20世纪90年代提出探测木卫二的想法后，美、俄及欧空局的科研人员陆续提出了多种探测方案，包括利用导弹进行取样分析、派遣航天器进行低空探测、实现航天器着陆探测、以及派遣机器人潜入海洋进行探测。然而，木卫二内部存在金属核心，外部是石质外壳，外壳之外则是液态水构成的海洋，海洋表面覆盖着冰层。

1996年8月，基于“伽利略”号木星探测器所搜集的数据，科学家们推断木卫二表面可能藏有海洋。随后，他们进一步提出，该星球的海洋底部或许存在火山活动。这些火山喷发所释放的热能，能够支持某些无需阳光和空气的微生物存活。这一观点被命名为木卫二生命假说。

科学家们提出并支持木卫二可能存在生命的假设，他们推断，考虑到其环境条件，那里的生命形式很可能是低级的海洋生物。因此，在探索太阳系行星及其卫星的过程中，火星、木卫二和土卫六成为了他们最关注的对象。尽管20世纪提出的问题最终都未能得到证实，但木卫二依然是寻找地外生命最为激动人心的目标之一。

木星的强大引力引起了木卫二的周期性拉伸和膨胀。然而，木卫二表面之所以呈现出复杂多变的景象，关键原因在于其冰层漂浮在由液态水构成的海洋之上。据推测，木卫二的液态水可能延伸至地表以下80至170千米，这表明其液态水的储存量可能是地球上海水总量的两倍之多。除此之外，木卫二的海洋深处可能蕴藏着其他物质，例如微生物的能量来源。而且，这片隐藏在地下的海洋似乎能够通过多种方式与地表沟通，比如从冰层中涌出的、温度较高的少量冰粒。2014年1月，“啥勃”空间望远镜捕捉到的图像揭示了木卫二南极附近存在喷射状水流，其高度竟然达到了200千米。因此，对木卫二地表的探测或许能够助力人类更深入地认识其地下的海水以及相关物质的状态。

探索研究

美国宇航局正在积极策划针对木卫二的两次探测任务，并在三月份的休斯顿第48届月球与行星科学会议上进行了深入探讨，旨在进一步优化执行策略。其中，首个任务被命名为“木卫二快艇”，预计将在2022年正式开启。而第二个任务旨在实现探测器在木卫二表面的着陆，预计将在数年之后实施。美国国家航空航天局的喷气推进实验室“木卫二快艇”项目的研究员罗伯特·帕帕拉多博士指出，他们致力于研究木卫二是否具备生命存在的条件，并试图寻找水和能源等生命活动不可或缺的要素。为此，他们计划对木卫二的地下海洋以及冰层结构进行深入分析，探究其成分和地质特征。“木卫二快艇”探测器配备了9台仪器，这些仪器包括用于捕捉木卫二表面景象的摄像头，用于解析其化学组成的质谱仪，能够穿透冰层探寻地下水并对冰层进行三维扫描的雷达，以及用于研究海洋特性的磁力计。根据“伽利略”号之前收集的磁场数据，可以得知木卫二在木星磁场的作用下，自身形成了一个感应磁场。考虑到木卫二拥有强大的磁场，足以束缚并加速宇宙中的粒子，若“木卫二快艇”的轨道深入其周边区域运行，那么在此过程中产生的强烈辐射带将对探测器的电子部件造成严重损害，从而显著缩短任务执行时间，使得任务持续时间仅限于数月甚至几周。正因为如此，“木卫二快艇”探测器为降低辐射影响，选择不围绕木卫二轨道运行，而是改为环绕木星飞行。在接下来的3年半时间里，它将至少执行45次对木卫二的近距离飞越任务，对目标进行探测，并将收集到的数据和信息传输回地球，以便科学家们进行分析和研究，从而得出相应的结论。在这个过程中，科学家们需要首先克服机械上的挑战，例如确保仪器在木星辐射带内的正常运行问题。探测器设备需用钛等金属进行防护，然而，防护措施不宜过于严实，以免阻碍对木卫二的探测。鉴于此，为确保探测器的安全，美国宇航局不得不调整飞行策略，改用所述的飞行模式。

木卫二的磁场产生了强烈的辐射，这种辐射对地表产生了作用，进而催生了氧化物的生成。在地球环境中，氧化物与还原剂之间的氧化还原反应为生命活动提供了必需的能量。然而，木卫二表面的氧化物要想被微生物利用，必须进入其地下海洋。幸运的是，地下海中的对流现象能够将地表的物质带入地下海中。踏入地下海洋，氧化物便能够与海水及岩床反应所产出的还原物质展开化学反应，从而孕育并维持低等生命的存在。

科学家们认为，这些规划中的使命预示着他们长达二十年的梦想即将成真；他们能够克服环绕木卫二飞行的技术障碍，提升任务的完成概率；而且，通过增加飞越次数，他们同样能够获得预期的探测数据。参与项目的科研人员如此指出。木卫二的周围，光照的强度只有地球上的三成那么低，尽管如此，美国宇航局依然决定使用太阳能电池板来为它供电，而不是选用那些在太阳系外层探测任务中普遍采用的放射性发电机。

在过去的二十年里，众多科学家们纷纷提出了关于木卫二登陆器的创新设计方案。其中，马拉德太空科学实验室的格林特-琼斯博士对一种名为“穿透器”的方案进行了深入研究。

“木卫二快艇”探测器能够预先在空中选定适宜的着陆点，为登陆器提前做好选址的准备工作。它能搜寻地表附近可能存在地下水的区域，这些区域可能温度较高，且可能含有有机物质。登陆探测器将装备高灵敏度仪器，并配备一台反旋钻，用于钻取木卫二地表冰层之下的样本，以便进行深入分析，获取其真实成分的详细数据。

登陆器的任务在于采集全新的研究样本，此目标可通过以下两种途径达成：一是深入挖掘至地底，二是探寻地表存在喷射活动的区域，因为此类地质活动会将新鲜的地下物质携带至地表。近期，“哈勃”空间望远镜在木卫二表面多次观测到冰粒自地下喷涌而出的景象，采集这些样本，有助于进行分析研究，进而获取其真实组成情况的相关数据资料。登陆器的任务在于搜集全新的研究样本，此目标可通过以下两种途径达成：一是深入挖掘至地底深处，二是探索地表上存在喷射活动的区域，因为此类地质活动会将新近的地下物质带到地表。近年来，"哈勃"空间望远镜在木卫二表面已多次观测到冰粒从地底喷涌而出的景象，因此，登陆器将被派遣至近期发生喷发的地点进行考察。所以，研究者必须查明这些周期性的火山活动具体受哪些因素所主导。“木卫二快艇”探测器将探究这些喷发是否与木卫二表面温度偏高的热点地带存在关联。

此次任务旨在发现外星生命迹象，并且要让公众确信航天技术已实现这一目标。为此，项目组投入了两天时间，详细阐述了这一观点。他们得出的结论是，所有探测数据都必须建立在直接测量所获得的大量独立证据之上。科学家们期盼着相关研究能尽快启动，以便在登陆器抵达木卫二表面后，他们能集中精力进行数据分析。显而易见，此过程非一日之功，不能仅凭一次测量便断言发现了外星生物，唯有综合所有数据，结论方才成立。同时，科学家们还提出了对观测数据的分析模型。该模型涵盖了所有可能的结果。最终，得出的结论只能是确认了外星生命的存在，或者确认了其不存在。

探究木卫二是否存在生命的重要性不仅在于揭示事实真相，而且有助于检验宇宙生物学的基本准则。一旦在木卫二上确认生命的存在，这便表明宇宙生物学的基本准则在太阳系的天体中至少是适用的。倘若根据推断条件未能找到生命迹象，那么就必须对这一标准进行相应的调整。而若推断条件本身就不成立，那么情况就另有说法了。任何真实信息的获取，都能进一步丰富人类对木卫二乃至整个太阳系天体的了解，推动空间科学的进步。显然，一旦确认木卫二具备适宜居住的条件，未来人类不仅有可能迁往那里，甚至可以将其视为通往更遥远天体的中途停靠点。这是因为木卫二表面的水可以分解为氢气和氧气，经过冷冻处理后，这些气体能够转化为火箭所需的液氢和液氧推进剂。

美国国会对于木卫二项目的领导方式与NASA的常规操作呈现出显著差异。按照NASA的传统流程，首先会派遣一个探测器飞越尚未被探索的天体，并传回相关影像资料。数年之后，将再发射另一探测器对天体表面进行考察，并探究其地质特性。只有当上述所有任务圆满完成后，科学家们才会敢于发射一个携带众多科学设备的无人着陆器。卡伯森下定决心要缩短这一流程。美国国会明确指示NASA发射“一枚携带着陆器的轨道飞行器”，这让人联想到用一枚火箭同时发射两个航天器。然而，关于这种做法是否为最佳选择，社会上存在广泛的争议。

2012年，哈勃空间望远镜成功观测到了木卫二表面喷发的水蒸气形成的羽状物。这些羽状物将成为轨道飞行器的穿越路径。飞行器上搭载的质谱仪将致力于探测这些羽状物中的有机分子。若未能发现羽状物，着陆器将尝试在木卫二表面冰层裂缝处附着，以期找到来自下方水中可能的新鲜沉积物。科研团队将在木卫二表面寻找周围存在新鲜沉积物的裂缝，将其作为潜在的着陆点。秘密着陆器潜藏于冰层深处，携带着一台地震监测设备，用以探测冰层的实际厚度；探究木卫二冰层之下究竟隐藏何物，最有效的手段便是进行钻探作业。美国国家航空航天局目前尚不清楚如何实施这一任务，然而卡伯期望工程师们能够创造出一种技术，该技术能在木卫二的冰层中钻出一个洞，借助高温源熔化冰层进而抵达木卫二的海洋内部，并利用传感器探测其热液喷口，然后将探测到的信息通过壳体下方的天线发送回地球。

水的虹吸

虹吸管功能独特，仅凭一根管道和地球引力，便能够将水从低处抽至高处，并轻松跨越各种障碍。借助它，你甚至可以排空游泳池中的所有水。同样，它也能用来装满各式各样的不规则容器。此外，它还能有效地解决众多类似的问题。

初看或许不易察觉，然而实际上虹吸现象的发生是由于大气压力的作用。在解答关于木卫二的问题之前，了解这一点对我们理解虹吸的机制大有裨益。

若将灌满水的管道两端朝下倾斜，重力便会促使水流向下方，水便会从管道的两端溢出。水流一旦开始流出，管道中央将产生真空状态，因为空气无法进入填补由此产生的空隙。管道两端向下倾斜，形成两排水柱，每排水柱的一端为真空，另一端则充满空气，这表明水最终会反向流回管道中。

实际上，这样的情况根本不会发生。大气压从一开始便能够阻止真空状态的出现。整个过程中，水始终保持在管内。至少，它处于一种完全的平衡状态。一旦管中一端的水位略低于另一端，较低端的水柱便会更猛烈地向下施加压力于空气。这种不平衡现象会导致水发生倾斜，并从较重的一端流出。若要虹吸液体，可以持续向水位较高的那一端加入更多的水。只要水的表面比水流出来的地方高，虹吸就会一直作用。

若水柱的高度突破十米之限（相当于两只长颈鹿的身高），由此产生的重力所造成的压力将远超地球大气压的承受范围。因此，水将自管子两端溢出，并在中间区域形成真空状态。换句话说，在地球表面，采用虹吸法无法使水流越过超过十米的高位障碍。以美国丹佛为例，因当地大气压较低，虹吸法的最高有效高度仅为5.5米。从理论上来说，在真空中，虹吸根本不可能发生。

木卫二缺乏大气层，因此无法产生显著的虹吸作用。此外，将水从行星大气中移出同样是不可能的。即使存在一个高达几千米的空气柱，它也只能推动不超过10米高的水柱。鉴于水的密度大于空气，其体积相对较小。只要上方的物质密度低于下方液体的密度，就无法通过虹吸作用将液体从下方吸至上方。

即便气压相当高，从木卫二表面抽取水仍需付出努力。木卫二的重力较地球小，因此，在木卫二上举起相同重量的物体，相比地球上来说，要轻松许多。然而，这个过程并不轻松。“摆脱木卫二引力”所需的能量，相当于在地球引力作用下，达到209千米的高度。相较于挣脱地球引力所需的约6379千米距离，一旦水被带出木卫二的引力区域，还需进一步将其从木星引力影响范围内移出，而这一距离则更为遥远。随后，必须付出努力将这股水流送至能够截获地球轨道的位置。从能量消耗的角度来看，完成这一任务所需的总能量，相当于在地球引力作用下将水提升至2500米的高空。

以每秒7千米的速度，可将水从木卫二地表射向地球。幸运的是，木卫二地表并无大气层存在。因此，无需依赖火箭等复杂设备，即可将水送入太空。采用线圈炮等简易工具即可实现直接发射。水滴抵达地球后，借助大气层减速，已装瓶的水便可以逐个精准投递至指定地点。配送时间往往让人感到困扰，然而，若能准时送达，无疑会给人留下深刻的印象。此外，你还有机会参与到亚马逊无人机配送物资的项目中来。