紫臺(tái)專家解剖“木衛(wèi)二”
166公里厚冰水層中可能有生命
未來國(guó)外探測(cè)器將穿過冰層裂縫，到“備用地球”的海洋里一探究竟
十多年來，科學(xué)家們對(duì)木衛(wèi)二興趣有增無減，原因是他們懷疑木衛(wèi)二很可能有生命存在。作為地球的“備用”星球之一，木衛(wèi)二也有蔚藍(lán)的大海，只是它的“陸地”被厚厚的冰層代替。
木衛(wèi)二的內(nèi)部結(jié)構(gòu)怎么樣？它有著什么樣的神秘面紗？經(jīng)過半年多的研究，中科院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽與其博士生晉升，重建了木衛(wèi)二的結(jié)構(gòu)模型，提出木衛(wèi)二具有核、幔、殼層圈結(jié)構(gòu)，內(nèi)核可能由鐵（Fe）和硫化亞鐵（FeS）的混合體組成，并測(cè)算出木衛(wèi)二外部的冰水層可能厚達(dá)166公里。
□快報(bào)記者 胡玉梅
■研究成果
整個(gè)行星是如何組成的？
外部冰水層達(dá)166公里
木衛(wèi)二和地球一樣是層圈結(jié)構(gòu)，最中間是固體核，而后是幔，最外面是殼。
季江徽說，依據(jù)伽利略探測(cè)器對(duì)木衛(wèi)二引力場(chǎng)的測(cè)量，相關(guān)研究者給出了木衛(wèi)二的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型——由內(nèi)核、硅酸鹽幔和外部的冰水殼層組成。
有科學(xué)家認(rèn)為，木衛(wèi)二的內(nèi)核可能由鐵核組成，還有科學(xué)家認(rèn)為由硫化亞鐵組成。
“我們提出了一種新想法，或許木衛(wèi)二的內(nèi)核是由鐵和硫化亞鐵混合體共同組成的?！奔窘照f。
季江徽的團(tuán)隊(duì)對(duì)木衛(wèi)二的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新建模研究?！澳拘l(wèi)二的質(zhì)量、體積、大小都是已知的，那么就可以推算出木衛(wèi)二的平均密度，從而建立模型。而后，通過質(zhì)量方程、靜力學(xué)方程物態(tài)方程等，對(duì)壓力、密度等基本物理參數(shù)進(jìn)行演算，可以計(jì)算出，模型的半徑和實(shí)際上木衛(wèi)二的半徑是否吻合。”
通過半年多的精密計(jì)算，季江徽的團(tuán)隊(duì)得出在這個(gè)混合內(nèi)核模型中，內(nèi)核半徑為571公里，硅酸鹽幔厚達(dá)832公里，外部液態(tài)冰水層厚達(dá)166公里 （與木衛(wèi)二半徑1569公里基本吻合）。
據(jù)了解，核、幔和冰水層所占的質(zhì)量比分別為12%、78%和10%。與完全鐵質(zhì)內(nèi)核的模型相比，液態(tài)冰水層所占的質(zhì)量的比例高了2%左右。
■神奇行星
觀測(cè)不到隕石坑
還有“冰火山”噴發(fā)
“木衛(wèi)二是木星的第四大衛(wèi)星，比月球稍小一些。是伽利略于1610年發(fā)現(xiàn)的四顆衛(wèi)星之一，離木星第二近，兩者相距約67萬(wàn)公里。”哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)認(rèn)為 ，木衛(wèi)二有一個(gè)含氧的稀薄大氣層。要知道，太陽(yáng)系中擁有大氣的衛(wèi)星并不多，比如土衛(wèi)六、木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和海衛(wèi)一等。而木衛(wèi)二的秘密，可遠(yuǎn)不止這些。
據(jù)美國(guó)國(guó)家宇航局“伽利略”號(hào)探測(cè)器觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二表面有很多彎曲的褐色條紋，就像茶葉蛋表面的裂縫一樣。讓科學(xué)家們感到好奇的是，除了一串串條紋外，木衛(wèi)二表面光滑得很，看不出什么被隕石撞擊過的痕跡。
“你看月球有很多隕石坑，地球上也有很多隕石坑，木衛(wèi)二作為太陽(yáng)系的成員之一，肯定被飛來的小行星砸過，但這些傷痕，為何探測(cè)器觀測(cè)不到？很有可能是因?yàn)槟拘l(wèi)二有液態(tài)水?！奔窘照f，撞擊之后，木衛(wèi)二內(nèi)的水能很快補(bǔ)充上來，覆蓋隕石坑?！八?，過了一段時(shí)間，這些隕石坑跡就被自動(dòng)'修復(fù)’了，然后又變成冰，被覆蓋了?！?div style="height:15px;">
那么，是什么力量，讓木衛(wèi)二的冰變成了水？
由于木星的引力很強(qiáng)大，木衛(wèi)二繞著木星運(yùn)行的軌道幾乎成圓形，而且自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的時(shí)間都差不多。不僅如此，木星對(duì)木衛(wèi)二的潮汐摩擦力，足夠可以使得木衛(wèi)二內(nèi)部變熱，從而讓冰變成水，甚至變成“冰火山”?！氨鸵簯B(tài)水從木衛(wèi)二表面噴發(fā)，場(chǎng)面就像地球上的火山那樣。”不過在引力作用下，這個(gè)冰火山并不會(huì)被甩出去。除了木星的潮汐摩擦力外，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，木衛(wèi)二深海中就有大量的熱能，足夠可以使得冰層融化。
■相關(guān)鏈接
木衛(wèi)一有真火山噴發(fā)
木衛(wèi)二噴的是冰火山，而木衛(wèi)一噴發(fā)的是真火山。據(jù)美國(guó)宇航局伽利略號(hào)探測(cè)器拍攝，木衛(wèi)一是整個(gè)太陽(yáng)系中已知火山活動(dòng)最為劇烈的天體，它的直徑還不到地球直徑的1/4，但是它所噴發(fā)的火山巖漿相當(dāng)于地球上所有火山巖漿噴發(fā)總量的100倍以上。在木衛(wèi)一的地表之下約30~50公里深處存在一個(gè)厚度約為50公里的熔巖海洋。在木星的潮汐摩擦力下，木衛(wèi)一不斷地有火山噴發(fā)。
■專家解密
液態(tài)水里會(huì)不會(huì)有生物？
探測(cè)器曾聽到冰下有聲音
美國(guó)宇航局發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二的地表冰層下方大約3公里處，有巨大的咸水湖泊。這個(gè)被冰覆蓋的“藍(lán)色海洋”，是科學(xué)家們的興奮點(diǎn)，被認(rèn)為可能具有潛在的生命孕育所，同時(shí)也被認(rèn)為是除了地球之外太陽(yáng)系中最適合生命生存的環(huán)境之一。前不久，潛水科學(xué)家在巴哈馬群島的三個(gè)藍(lán)洞海洋深淵中，發(fā)現(xiàn)了微生物熱區(qū)，其中多數(shù)微生物都是新物種，它們能夠以硫化合物為食。
據(jù)介紹，巴哈馬群島最深的藍(lán)洞“迪安洞”深202米，最早期的排水口形成于冰河時(shí)期，當(dāng)時(shí)海水都以冰水形式存在，從而導(dǎo)致海平面比現(xiàn)今下降大約122米。該時(shí)期的淡水雨侵蝕著沿海石灰?guī)r形成洞穴，當(dāng)?shù)厍驓鉁卦俣壬咭约昂Ｆ矫嫔仙?，多?shù)石灰?guī)r洞穴倒塌并填充滿海水。在現(xiàn)今的藍(lán)洞最深處缺少氧氣，陽(yáng)光僅能抵達(dá)海面。少量的高密度淡水經(jīng)常覆蓋藍(lán)洞的鹽水，兩種形式的水在這個(gè)相對(duì)隔離的環(huán)境出現(xiàn)混合。這種環(huán)境狀況意味著藍(lán)洞脫離了生物和食物多樣性。然而在不適宜生物存活的海底也具有復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，其中包括：蝦、水棲螨蟲、橈腳類動(dòng)物和其他甲殼類動(dòng)物，以及很多奇特的生物。
木衛(wèi)二上的情形也差不多，專家們推測(cè)，或許木衛(wèi)二的海洋中也有某些奇特生物。而且，探測(cè)器伽利略號(hào)在距木衛(wèi)二上空400千米掠過時(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%。科學(xué)家們推測(cè)，如果木衛(wèi)二上真的有生命，它們最有可能與地球上的海豚相似。
未來將如何展開科學(xué)探測(cè)？
小機(jī)器人將穿冰層“下?！?div style="height:15px;">
未來，中國(guó)有沒有計(jì)劃對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行探測(cè)？季江徽一直笑而不語(yǔ)。他說，火星距離地球是1.52個(gè)天文單位，探測(cè)器從地球抵達(dá)火星需要9-10個(gè)月，按此推算探測(cè)器從地球抵達(dá)木星至少需要五六年的時(shí)間。而且，需要借助其他行星的力量才能飛抵木星。
據(jù)介紹，美國(guó)宇航局和歐空局正在研制名為木衛(wèi)二木星系統(tǒng)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。
俄羅斯也有木星探測(cè)計(jì)劃，俄羅斯參與歐空局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。
專家說，“到時(shí)候，將有小機(jī)器人鉆穿冰層，沿著縫隙進(jìn)入海洋的孔道，對(duì)木衛(wèi)二的海洋生物進(jìn)行尋找。”當(dāng)然，到木衛(wèi)二上的小機(jī)器人要求非常高，它不能把地球的污染帶入木衛(wèi)二中。
