□ 尹懷勤

“伽利略”號(hào)探測(cè)器拍攝的木衛(wèi)二

2009年11月，美國(guó)亞利桑那大學(xué)科學(xué)家理查德·格林伯格研究發(fā)現(xiàn)，目前木衛(wèi)二的海洋中至少應(yīng)該存活300萬(wàn)噸似魚復(fù)雜生物。這將13年前美國(guó)科學(xué)家們提出的木衛(wèi)二生命假說(shuō)又向前推進(jìn)了一步。這一研究成果已被美國(guó)《國(guó)家地理》雜志評(píng)為2009年度十大太空發(fā)現(xiàn)之一。木衛(wèi)二是1610年被伽利略用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的木星最大的四顆衛(wèi)星之一，距離木星67萬(wàn)千米，直徑2920千米。木星最大的四顆衛(wèi)星分別稱為木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四，通統(tǒng)稱為伽利略衛(wèi)星。迄今雖然已知木星擁有63顆衛(wèi)星，但按個(gè)兒大小來(lái)說(shuō)，木衛(wèi)二仍然處于第四位。其與木星的距離僅次于木衛(wèi)一的42萬(wàn)千米。航天器對(duì)木衛(wèi)二的探測(cè)表明，它的外殼冰層下可能有海洋，海洋中可能有生命，科學(xué)家們正在設(shè)法揭開其生命之謎。

冰層下可能有海洋

航天器對(duì)個(gè)兒小于月球的木衛(wèi)二的探測(cè)表明，其上可能有海洋。正因如此，在對(duì)木星衛(wèi)星的探測(cè)中，科學(xué)家們最重視的是木衛(wèi)二。

早在1979年“旅行者”1號(hào)和2號(hào)探測(cè)木星時(shí)就發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二像個(gè)冰與奶油巧克力混合的大球體，表面上分布著彎曲條紋。科學(xué)家們分析研究木衛(wèi)二的照片和探測(cè)資料后提出，該衛(wèi)星表面覆蓋著五千米厚的冰層，冰層下面可能有一個(gè)深達(dá)50千米的海洋。

木星的大紅斑和伽利略衛(wèi)星

從1996年“伽利略”號(hào)在距離木衛(wèi)二16萬(wàn)千米處拍攝的照片上看，這顆星球呈現(xiàn)出冰殼狀，表面裂縫交錯(cuò)，像地球兩極的浮冰，說(shuō)明冰層曾受到巨力的作用?？茖W(xué)家們研究后認(rèn)為，這種力是由木衛(wèi)二和木星及其他三顆伽利略衛(wèi)星之間的引力形成的潮汐力，其作用不僅形成木衛(wèi)二的表面特征，還使其內(nèi)部的水以液態(tài)存在。1996年末“伽利略”號(hào)從距離木衛(wèi)二688千米處擦過(guò)時(shí)拍攝的照片顯示，木衛(wèi)二表面有水流存在?？茖W(xué)家們說(shuō)，這種現(xiàn)象表明木衛(wèi)二內(nèi)核很熱，大量熱能從火山口或熱泉眼噴發(fā)出來(lái)，導(dǎo)致表面部分冰層融化。1997年1月，“伽利略”號(hào)用磁強(qiáng)計(jì)對(duì)木衛(wèi)二的磁場(chǎng)進(jìn)行的探測(cè)顯示，木衛(wèi)二只能有一個(gè)內(nèi)磁場(chǎng)才能解釋獲得的結(jié)果。這個(gè)內(nèi)在導(dǎo)電層的導(dǎo)電率必須和含鹽海水一樣強(qiáng)。由此科學(xué)家們?cè)俅蔚贸瞿拘l(wèi)二上可能有海洋的推論。同時(shí)，發(fā)回的新照片表明，木衛(wèi)二表面裂縫位置發(fā)生了變化，說(shuō)明很可能是表層下的海洋流動(dòng)造成的。1997年2月，“伽利略”號(hào)從距離木衛(wèi)二586千米處飛過(guò)時(shí)拍攝的照片顯示，木衛(wèi)二表面最大的冰山寬達(dá)13千米，高為100～200米。美國(guó)科學(xué)家史蒂文等人認(rèn)為，由于木星對(duì)木衛(wèi)二內(nèi)核的引力作用，使其冰幔下面的水保持液體狀態(tài)，成為深達(dá)幾千米的海洋。1998年12月“伽利略”號(hào)拍攝的照片顯示，木衛(wèi)二南部有一條長(zhǎng)達(dá)800米的裂縫。2000年1月，“伽利略”號(hào)從距離木衛(wèi)二351千米處掠過(guò)時(shí)發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二地磁北極點(diǎn)位置頻繁移動(dòng)?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這是木衛(wèi)二含鹽海洋在冰層下流動(dòng)形成電磁場(chǎng)引發(fā)的結(jié)果。

“旅行者”2號(hào)探測(cè)器

在研究了木衛(wèi)二表面裂縫照片之后，2002年9月亞利桑那大學(xué)格林伯格教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組宣稱，木衛(wèi)二冰層較薄，觀測(cè)到的表層裂縫可使氣體、熱量和有機(jī)物質(zhì)接觸到表層下面可能存在的水。這種情況顯示，木衛(wèi)二可能存在的海洋同地球上的北冰洋相似。既然北冰洋能通過(guò)冰層的裂縫接觸空氣和熱量，那么木衛(wèi)二上的海洋也能通過(guò)冰層裂縫與外界接觸。

科學(xué)家們依據(jù)“旅行者”2號(hào)和“伽利略”號(hào)獲取的資料，于2007年繪制出的首張木衛(wèi)二全球地質(zhì)構(gòu)造圖揭示，其表面地質(zhì)構(gòu)造比較年輕且富于變化。2008年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二極地旋轉(zhuǎn)軸偏移了80多度。這樣的極端變化表明木衛(wèi)二表面冰殼厚度不一致，在其下面有廣闊的海洋?？茖W(xué)家們還用多種航天器獲得的照片，繪制了木衛(wèi)二表面直徑達(dá)500千米以上的大型弧狀盆地圖像。經(jīng)綜合分析研究，科學(xué)家們認(rèn)為，木衛(wèi)二內(nèi)部有一個(gè)金屬核，核外是石質(zhì)的殼，殼外是液態(tài)水海洋，海洋表面是冰層。

“旅行者”2號(hào)探測(cè)器拍攝的木衛(wèi)二，圖片顯示木衛(wèi)二有著光滑的表面，只有三個(gè)隕石坑的直徑超過(guò)5千米

海洋中可能存活著生命

由于水是孕育生命的重要條件，故而科學(xué)家們?cè)诎l(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上可能有海洋之后，就推斷其海洋中可能有生命。

1979年“旅行者”號(hào)發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二表面廣泛分布著彎曲的褐色條紋之后，有的科學(xué)家就認(rèn)為，這意味著該星球上存在著有機(jī)分子，因?yàn)槎喾N有機(jī)聚合物是帶有褐色的。同時(shí)對(duì)可能存在的海洋來(lái)說(shuō)，其環(huán)境可以維持有機(jī)體的生存，因而估計(jì)木衛(wèi)二上可能存活細(xì)菌一類的低級(jí)生物。

1996年8月，美國(guó)科學(xué)家們根據(jù)“伽利略”號(hào)提供的資料推測(cè)木衛(wèi)二上可能存在海洋以后提出，它的海底也可能存在火山，其噴發(fā)提供的熱量足以使某些不需要陽(yáng)光和空氣的微生物生存下去，這一論點(diǎn)被稱為木衛(wèi)二生命假說(shuō)。1997年初，科學(xué)家們根據(jù)1996年末“伽利略”號(hào)提供的照片發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二上有水流以后認(rèn)為，木衛(wèi)二冰層下面有水、充足的熱量和有機(jī)化合物這三個(gè)生命存在的基本要素，其環(huán)境很有可能符合宇宙生物學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。地球海洋深處一些火山的周圍，沒有陽(yáng)光和氧氣的極端惡劣的自然環(huán)境中都有原始微生物繁衍生息，就是因?yàn)檫@些地方都具備上述三個(gè)條件。提出和贊同木衛(wèi)二生命假說(shuō)的科學(xué)家們認(rèn)為，從環(huán)境條件推斷，其生命形態(tài)只能是低級(jí)的海洋生物。

“伽利略”號(hào)探測(cè)器

“伽利略”號(hào)探測(cè)器拍攝的木衛(wèi)二的表面局部圖，圖中顯示了表層開裂的跡象，這說(shuō)明在表層下存在著液體。圖中的藍(lán)色可能是冰

這些科學(xué)家認(rèn)為，地球生命源于海洋里的火山噴射口，此一原理也適用于木衛(wèi)二。他們猜測(cè)，受木星引力影響，木衛(wèi)二內(nèi)部亦有火山活動(dòng)。當(dāng)木衛(wèi)二從木星一側(cè)飛向另一側(cè)時(shí)，木星會(huì)擠壓木衛(wèi)二，導(dǎo)致后者的核心處于熔融狀態(tài)，從而引起火山活動(dòng)?；鹕诫m未噴發(fā)出表面，但卻加熱了冰層下面的水，使其呈液體狀態(tài)，形成海洋。木衛(wèi)一由于距離木星更近，受到的擠壓更大，故而火山噴出表面，并留下硫磺和其他化學(xué)物質(zhì)。地球海底熱液噴口處也有很多同類化合物，且與地球早期生命有關(guān)。由此科學(xué)家們推斷，木衛(wèi)二海底火山活動(dòng)也會(huì)噴發(fā)類似化合物，并造成溫暖的環(huán)境，從而孕育并存活了生命。“伽利略”號(hào)在距木衛(wèi)二上空400千米掠過(guò)時(shí)，曾收到其冰層下發(fā)出的吱吱叫聲。經(jīng)科學(xué)家們分析研究，這種叫聲與地球海洋中海豚發(fā)出的聲音相似，誤差率僅為0.001%。據(jù)此科學(xué)家們推測(cè)，如果木衛(wèi)二上真的有生命，他們最有可能與地球上的海豚相似。美國(guó)生物學(xué)家還打算發(fā)射下一個(gè)探測(cè)木星航天器時(shí)，讓其帶去地球海豚“談話”的錄音帶，試圖傳輸?shù)侥拘l(wèi)二上以探究竟。

目前科學(xué)界普遍認(rèn)為，木衛(wèi)二表面沒有陸地，寒冷的外殼冰層下面是一片深達(dá)160千米的汪洋大海，水量比地球擁有的水還要大得多，海洋正在吸收大量的氧氣，甚至遠(yuǎn)比預(yù)測(cè)模型顯示的要多，海底部分區(qū)域應(yīng)該與地球深海熱泉周圍環(huán)境極為相似，其構(gòu)成足以支持多種生命形態(tài)存活。格林伯格對(duì)此進(jìn)行深入研究后，才于2009年11月提出了當(dāng)前木衛(wèi)二海洋中至少應(yīng)該存活300萬(wàn)噸似魚復(fù)雜生物的最新結(jié)論。

揭開生命之謎的探測(cè)方案

目前人類尋找地外生命的具體目標(biāo)，排在第一位的是火星，排在第二位的就是木衛(wèi)二。怎樣利用航天技術(shù)揭開木衛(wèi)二生命之謎呢？科學(xué)家們已提出四種可行的方案。

一是用導(dǎo)彈轟擊取樣。按照1996年末美國(guó)科學(xué)家們提出的這種辦法，人類將從地球向木衛(wèi)二發(fā)射一艘宇宙飛船，當(dāng)其飛臨木衛(wèi)二近空時(shí)，適時(shí)發(fā)射一枚重9千克的導(dǎo)彈，猛烈轟擊目標(biāo)的表面，使冰層碎塊崩向50千米以上的高空，隨即飛船穿越炸出的冰塊云團(tuán)，伸出凝膠收集部分碎冰，并運(yùn)回地球，供科學(xué)家們研究，以便確定有無(wú)生命信息。

推測(cè)中的木衛(wèi)二的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：它有一個(gè)金屬核，核外是石質(zhì)的殼，殼外面是一層液態(tài)水的海洋，海洋表面是厚厚的冰殼

二是用航天器進(jìn)行近空探測(cè)。美國(guó)航宇局和歐空局正在研制名為“木衛(wèi)二·木星系任務(wù)”的探測(cè)器，計(jì)劃將于2020年發(fā)射升空，2026年到達(dá)探測(cè)區(qū)域，預(yù)定工作期限為三年。探測(cè)器由兩個(gè)軌道器組成。美國(guó)負(fù)責(zé)攜有相機(jī)、光譜儀和強(qiáng)大雷達(dá)系統(tǒng)的木衛(wèi)二軌道器。當(dāng)其進(jìn)入環(huán)繞木衛(wèi)二軌道開展探測(cè)工作時(shí)，雷達(dá)系統(tǒng)可以穿透木衛(wèi)二冰層，計(jì)算出冰層厚度，其他儀器將研究海洋生物跡象。它將幫助科學(xué)家縮小可能存在生命區(qū)域的范圍，為以后的探測(cè)提供依據(jù)。歐空局負(fù)責(zé)攜有相機(jī)、光譜儀、塵埃分析器、質(zhì)譜儀或者磁力計(jì)的木衛(wèi)三軌道器，屆時(shí)主要是對(duì)木衛(wèi)三進(jìn)行探測(cè)。

三是用航天器著陸探測(cè)。俄羅斯將參與歐空局2015年至2025年的一項(xiàng)空間研究計(jì)劃，以便登陸研究木衛(wèi)二，尋找簡(jiǎn)單的生命形式。這一項(xiàng)目的航天器以法國(guó)天文學(xué)家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯命名。俄羅斯將研制一個(gè)登陸探測(cè)器，搭載在該航天器上。屆時(shí)登陸探測(cè)器將降落在木衛(wèi)二表面冰層的一個(gè)裂縫處，并熔化一些冰，開始尋找生命蹤跡，隨即將探測(cè)結(jié)果通過(guò)“拉普拉斯”航天器傳回地面?？茖W(xué)家估計(jì)，如果那里有海洋，生命將會(huì)出現(xiàn)。

“旅行者”2號(hào)探測(cè)器拍攝的木衛(wèi)二，顯示其表面布滿網(wǎng)狀的明、暗線（明線是山脈，暗線是淺谷）

四是用機(jī)器人鉆入海洋探測(cè)。這也是美國(guó)科學(xué)家們提出的一種探測(cè)辦法。其方案是向木衛(wèi)二發(fā)射兩個(gè)著陸機(jī)器人，一個(gè)能鉆穿冰層開辟一條通往海洋的孔道，一個(gè)能沿著孔道進(jìn)入海洋開展探測(cè)工作。水下機(jī)器人攜帶的科學(xué)儀器能夠考察環(huán)繞并找出微生物，包括不同于地球上的生命形態(tài)。其探測(cè)結(jié)果將適時(shí)發(fā)回地球。為保證探測(cè)效果不受木衛(wèi)二以外的任何因素影響，兩個(gè)高度自動(dòng)化的機(jī)器人必須完全滅菌。

探測(cè)木衛(wèi)二有無(wú)生命的意義在于，除弄清真相外，還可驗(yàn)證或修正宇宙生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。如果發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)二上有生命，那就證明了宇宙生物學(xué)標(biāo)準(zhǔn)至少適用于太陽(yáng)系天體。如果推斷條件屬實(shí)而未發(fā)現(xiàn)生命，則需修正這一標(biāo)準(zhǔn)。如果推斷條件不存在，則另當(dāng)別論。無(wú)論獲得何種真實(shí)情況，都能深化人類對(duì)木衛(wèi)二乃至太陽(yáng)系天體的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)空間科學(xué)的發(fā)展。

美國(guó)用于研究木衛(wèi)二的新型探測(cè)器