寻找外星生命最近出现了一个意想不到的转折，它不再是火星，而是转向了木星的卫星——冰封的欧罗巴。想知道为什么，你只需要看看这三个数字：
零
13.3 亿
30 亿
第一个数字是火星上已知的水的体积（抱歉，永久冻土和数十亿年前的河床不算在内）。第二个数字是以立方千米为单位计算的地球上的水量。第三个数字是推测的，仅存在于欧罗巴冰冻表面之下的水的体积。诚然，火星可能在数十亿年前有过海洋，但欧罗巴现在就有——而且它们的体积是地球所有海洋总和的两倍多。
我们所知的一切生命都表明它需要水。反过来，地球上任何有水存在的地方，生命也存在。那么，传统的想法是，如果你想找到外星生命，首先要寻找的是外星水。欧罗巴是太阳系中最湿润的已知天体。生命还需要食物和能量。欧罗巴在这方面也得分不低：它的海洋可能被有机化学物质的细雨滋养，并通过像大西洋中脊那样的海底火山喷口搅动。如果太阳系中的任何地方能解答“我们是孤独的吗？”这个疑问，那么欧罗巴，而不是这颗红色星球，很有可能是答案所在。
这并不是说获得答案会很容易——绝非如此。为了让你对这项任务有多么艰巨有一个概念，请考虑另外三个数字：6 亿——从地球到欧罗巴的平均飞行距离，以英里为单位，意味着旅程可能需要至少六年；500——欧罗巴表面的平均辐射剂量，以伦琴/天为单位，足以在几天内烧毁未受保护的航天器电子设备；10——欧罗巴冰壳的平均估计厚度，以英里为单位，是覆盖南极洲的冰川厚度的四倍多。克服这些数字将考验人类智慧的极限。但越来越多的科学家呼吁我们必须尝试。
500：欧罗巴表面的平均辐射剂量，以伦琴/天为单位——足以在几天内烧毁未受保护的航天器电子设备
今年五月，美国宇航局终于同意了，并开始研发一艘将在未来十年内访问欧罗巴的探测器。这次任务的许多细节，包括它的名称，都还在讨论中。但美国宇航局已经选定了将搭载在该飞行器上的九种科学仪器来收集数据，国会也已经拨款支持这个可能耗资 20 亿美元的项目。
对于欧罗巴的坚定支持者来说，这个消息引发了庆祝的祝酒，以及一点点难以置信的欣喜。“我们明白欧罗巴有多么特别。它值得投资。它值得冒风险，”约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家路易斯·普罗克特说。普罗克特自己已经做出了投资，她花费了她职业生涯的一半来研究欧罗巴独特而寒冷的区域。“我只希望在我活着的时候能把东西送到那里。”
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有时伟大的发现始于你未见之物。旅行者 2 号在 1979 年飞掠欧罗巴时就是如此。它传回了图像，显示了一个像冰川一样白皙的世界，上面布满了神秘的棕色条纹，而且完全是平坦的。“没有陨石坑。看起来就像一个巨大的冰层。那是一个大惊喜，”旅行者号长期项目科学家埃德·斯通回忆道。缺乏陨石坑表明地表变化迅速，能够快速抹去小行星撞击的痕迹；这反过来又暗示着一定存在某种未知的能源驱动着这种活动。我们现在知道，欧罗巴与木星其他大卫星的引力相互作用会拉伸和挤压其内部，产生摩擦热（类似于搓手），并形成一个巨大的、温暖的海洋。冰层只是表面的覆盖物。
旅行者号飞掠三年后，作家阿瑟·C·克拉克对这一发现着迷不已，将他的小说《2010》设定在欧罗巴。他想象它是一个由原始水生生物居住的世界，并由《2001：太空漫游》中的巨石守护。他们向人类发出警告：“所有这些世界都属于你们——除了欧罗巴。不要试图登陆那里。”在行星科学家中，这些话既成为了内部笑话，也成为了挑战。
1995 年，美国宇航局的伽利略号探测器进入木星轨道，欧罗巴的 焦点变得更清晰——但仅限于一点。一系列新的、更近距离的图像显示，这颗卫星的条纹似乎是冰川裂缝，从下方被洪水淹没。其他区域则像是破裂后又重新冻结的海冰。但伽利略号的故障无线电天线限制了其数据传输，使其变得非常缓慢。在欧罗巴的大部分区域，它无法捕捉到小于约 1 英里宽的细节，而且探测器几乎没有完全绘制某些区域的地图。自 2003 年伽利略号任务结束以来，再也没有其他探测器前往访问。
普罗克特尽力应对了这种困难的局面，她细致地将二十年前的图像拼接在一起，表明欧罗巴的表面冰层向下循环到更温暖的底层，然后再向上流动——这是地球板块构造的一个寒冷版本。佐治亚理工学院的天体生物学家布里特尼·施密特发现了证据，表明欧罗巴地壳中嵌入了伊利湖大小的水体，这些水体可以充当海洋和地表之间的通道。总而言之，这些发现指向了一个有趣的模型。随着地壳缓慢地搅动，表层冰可以把彗星带来的氧气、矿物质和有机化学物质输送到海洋深处。与此同时，上涌的冰或破裂的湖泊可能会将生命存在的证据带到地表。“如果我们真的能理解冰壳如何运作，那将告诉我们欧罗巴支持生命的能力，以及去哪里寻找，”施密特说。
近期的远程研究进一步增添了欧罗巴的神秘感。近两年前，研究哈勃太空望远镜的科学家们发现了一个巨大的水蒸气云漂浮在欧罗巴南半球上空。显然，液态水能够穿透地壳并喷射到太空中，这意味着地表附近有水，或者冰层中有非常深的裂缝。此外，今年五月，美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的一个团队报告了重现欧罗巴条纹红褐色颜色的实验：这些标记似乎是海洋盐分到达地表并被木星辐射变色的结果。有盐的海洋正是我们预期当水与岩石海底剧烈互动，溶解出盐分时会有的情况。而搅动良好的富含矿物质的水对生命有利。
如果太阳系中的任何地方能解答“我们是孤独的吗？”这个疑问，那么欧罗巴很有可能是答案所在。
这一切都将使欧罗巴成为一个迷人的目的地，即使它是一个怪异的特例，但它不是。在太阳系广阔的外围区域，大致相似的冰冷世界——包括卫星、矮行星和巨型小行星——非常普遍。根据最新的研究，这些天体中至少有九个也拥有内部海洋。即使是冥王星，内部也可能存在液态水，新视野号探测器最近发现的 11,000 英尺高的冰山和其他壮观的地表地质特征也证实了这一猜测。换句话说，太阳系中大部分液态水并不是存在于地球等岩石行星的地表，而是存在于欧罗巴等冰冷天体内部。这提高了美国宇航局即将进行的任务的赌注。如果我们发现了欧罗巴上存在生命的证据，那么这将指向太阳系乃至整个宇宙中一类全新的宜居世界。
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自 20 年前伽利略号抵达木星以来，欧罗巴的支持者们一直在考虑如何返回并详细研究这颗卫星。在此过程中，他们曾研究过三个由美国宇航局启动后又取消的独立任务概念。到目前为止，他们已经对欧罗巴的挑战了如指掌。
距离是最容易解决的问题，因为它有一个直接、简单粗暴的解决方案。使用现成的 Atlas V 火箭，前往欧罗巴的旅程将需要至少六年——这对学术界和政治支持者来说都太漫长了。因此，当前的欧罗巴任务概念是搭乘美国宇航局即将推出的巨型太空发射系统 (SLS) 的顺风车。在其初始配置中，SLS 高 321 英尺，推力为 840 万磅。这足以将前往欧罗巴的旅行时间至少缩短一半。根据美国宇航局目前的计划，首架 SLS 将于 2018 年进行试飞——这对于欧罗巴任务来说绰绰有余，该任务暂定于 2022 年发射。
应对辐射则更棘手。早期的欧罗巴任务概念包括一艘重度屏蔽的轨道器，旨在承受木星附近高能粒子的持续轰击。部分原因在于，该探测器估计成本高达 40 亿美元以上。由 JPL 的罗伯特·帕帕拉尔多等人组成的团队提出了一个更简单、更便宜的解决方案：放弃绕欧罗巴轨道运行的想法，而是进入一个围绕木星整体的直接轨道。当探测器绕着巨大的行星旋转时，它将飞掠欧罗巴大约 45 次，最近时距离地表仅 15 英里。每次飞掠后，它会迅速退回到其轨道中一个更远的区域，那里的辐射水平会大大降低。该团队估计，这种“掠过即撤”的方法将很容易使探测器的电子设备在预期的三年任务期间保持生存。
但辐射除了物理挑战外，还带来了信息学上的挑战。即使欧罗巴存在生命，即使冰层的循环有时会将海洋生物带到地表，木星的磁场也会在它们暴露的瞬间用高能粒子轰击它们。这些粒子会分解有机分子，因此很难检测到地表上未受损的外星微生物的痕迹。（搁浅的欧罗巴鲸？也许吧。但没人指望这个。）
任何海洋或生物的碎片都会以子弹速度的六倍撞击探测器。
幸运的是，欧罗巴本身提供了一个解决方案。冰冷的羽流可能会将水样喷射到地表以上 125 英里处——这在探测器的飞行路径之内。一个科学家小组最近召开了题为“欧罗巴羽流中发现生命的潜力”的研讨会，以研究如何利用这一发现。他们得出结论，别指望能找到完整的微生物。即使欧罗巴的海洋像地球一样富含生命，也几乎不可能捞到一个活细胞。哦，而且航天器相对于羽流的移动速度约为每小时 10,000 英里；任何海洋碎片，以及其中的任何生物，都将以 AK-47 子弹速度的六倍撞击。
尽管如此，研究人员仍然持乐观态度，原因有二。首先，寻找生命的化学特征比寻找完整的地外微生物要容易得多。考虑到这一点，探测器上的一对微型实验室将在飞掠过程中测量羽流的成分。其次，在冰冷的欧罗巴表面，在被辐射破坏之前，有可能发现被闪电冻结的、携带生命的（或至少是生命友好型化学物质的）海水。探测器将携带一个雷达来寻找冰层较薄的区域，这些区域可能在不久的将来发生过喷发，以及一个称为成像光谱仪的设备来详细扫描地表成分。
然而，最终，欧罗巴的羽流可能只能提供间接证据。获得答案的更好方法——那种让研究人员眼中闪烁着光芒的方法——是忽略阿瑟·C·克拉克的巨石，发射一个着陆器。
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我们一旦登陆欧罗巴表面会发现什么，任何人也无法猜测。人类从未登陆过冰的世界。最接近的类比是地球的南北极地区，但在很多方面，相似性仅仅是表面的。帕帕拉尔多指出，欧罗巴的温度要低得多，最高温度从不超过零下 210 华氏度。在这样的温度下，水像混凝土一样坚硬，并产生新颖的冰地质形态。辐射以不可预测的方式侵蚀地表。总之，我们几乎不知道我们将登陆什么样的表面，或者一旦到达那里会看到什么。
JPL 的工程师亚当·斯泰尔茨纳，他所在的团队为火星好奇号火星车设计了非凡的“空中起重机”着陆系统，他表示准备为欧罗巴设计一个着陆器。他指出，工程师在 1976 年海盗号着陆器下降时并不知道火星的地表景观，但他们做得很好。着陆，顾名思义，纯粹是火箭科学。“这取决于你能携带多少重量，”他说，“多少能量，多大的反向火箭。”如果你希望着陆器能持续几天以上，你还需要大量的辐射防护。着陆器越重，你需要越大的推进器才能从轨道上的每小时 12,000 英里降到每小时 0 英里。并且你需要主轨道器来侦察好的着陆点，然后再释放着陆器。这些都是艰巨的任务，但从工程角度来看，没有无法克服的障碍。
斯泰尔茨纳已经有一些关于着陆器如何进行科学工作的巧妙想法。他指出，从欧罗巴冰冻的地表提取样本不需要昂贵的钻孔机；着陆器可以通过使用其车载电源为其中一个支腿运行加热器来更优雅地完成这项工作。一点点温暖就足以融化和汽化下方的冰。然后，着陆器可以通过支腿吸入烟雾，通过一个微型化学实验室进行分析，寻找生命迹象。随着着陆器的稳定，它会进行一次微型挖掘，穿过被辐射的表面，进入下方更完整的冰层。
如果我们发现欧罗巴上存在生命的证据，那将指向太阳系乃至整个宇宙中一类全新的宜居世界。
美国宇航局还邀请欧洲空间局提交一份关于欧罗巴着陆器或高速冰层穿透器——基本上是投掷到冰层中的标枪——的提案。这些想法中的任何一个都必须经过审查程序，而且可能要到 2016 年或 2017 年才能获得正式批准。还有资金问题：美国宇航局没有为欧罗巴着陆器提供资金，尽管国会几位议员支持这一概念。
欧罗巴的信徒们最大的恐惧不是访问这颗冰卫星的挑战太艰巨，而是迎接挑战的过程将过于昂贵。火星更近，更容易到达，也更熟悉；如果你只看预算数字，那才是该去的地方。但欧罗巴是科学数字更具说服力的世界。如果我们投入时间和金钱，一次前往木星海洋卫星的任务可能会带来最令人兴奋的数字：2，即我们在宇宙中已知生命存在的两个地方。
本文最初发表于2015年9月的《大众科学》（Popular Science）杂志。
我们的水邻居
哪里有水，哪里就有生命的可能性。而太阳系中蕴藏着惊人的水量。科学家们现在已经确定，除了地球之外，至少还有九个世界很可能孕育着温暖的内部海洋。
