木卫二成为新的火星:科幻如何追随科学

随着备受瞩目的科幻电影《欧罗巴报告》即将上映,喷气推进实验室的两位科学家将解释科幻小说如何随着我们对太空认识的加深而演变。
图片鸣谢 Frank R. Paul Estate。

近几十年来,越来越多的证据表明,木星的卫星欧罗巴可能拥有比地球所有海洋加起来都大的、宜居的液态水海洋,因此 NASA 已将这颗“海洋卫星”列为探索重点。对欧罗巴存在生命的真实可能性的兴奋,激发了新的科学研究,并激励科幻小说作家在新的猜想小说中以欧罗巴为主角。在 20 世纪 80 年代之前,欧罗巴就已经出现在科幻小说的星空图谱中,但仅被视为一个异域的停靠站,除了名字和位置外,几乎与完全虚构的星球没有区别(例如 E.E. Smith 的《IPC 太空猎犬》)。要理解欧罗巴新近的重要性,我们必须了解一些行星科学的历史以及上个世纪早期科幻小说作家的思维方式。

《世界大战》、《约翰·卡特》、《火星人》。这些熟悉的词汇都来自 20 世纪科幻小说的黄金时代。自 1877 年乔瓦尼·斯基亚帕雷利首次绘制的显示“运河”的火星地图被证实,并在接下来的几十年里被珀西瓦尔·劳厄尔惊人地宣传为外星智慧的伟大成果以来,火星已经激发了对先进外星文明的想象,历时 130 多年。科学家们在此后的 40 年里认真辩论了火星上存在智慧生命的可能性,直到 1916 年劳厄尔去世。

Meyers Konversations-Lexikon(德国百科全书),1888 年
版权 PD-US1923

火星激发了学者和艺术家的想象,在一个廉价杂志和漫画书行业刚刚兴起的时代,创造了现代太空科幻小说类型。其中最著名的是《惊奇故事》,由雨果·格恩斯巴克(雨果奖,科幻界的最高奖项,以他命名)创办,他声称自己的灵感来自于小时候阅读珀西瓦尔·劳厄尔的作品。

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20 世纪初的讲故事者将冒险家送往太阳系中的行星、卫星和小行星。在广播、电影、书籍以及《惊奇故事》等杂志中,行星跳跃的冒险家们或寻求名声,或逃避恶名。随着太空时代的到来,科幻小说这一类型腾飞。亚瑟·C·克拉克和艾萨克·阿西莫夫等大家,他们在阅读了廉价科幻小说后长大,在《火星沙丘》和《火星之路》等书中探讨了未来技术对人类的影响。雷·布拉德伯里在《火星编年史》中为火星注入了诗意。菲利普·K·迪克的《全面回忆》(被翻拍成电影《全面回忆》)带来了偏执,而罗伯特·海因莱因则在他的《异乡异客》中将火星作为新的宗教灵感来源。金·斯坦利·罗宾逊的《红火星》系列则以美国为类比,构想了第一批火星殖民地,将其视为技术创新的熔炉。

这一历史回顾说明了行星小说这一类型在过去一个世纪里如何随着我们对太空认识的加深而演变,其中火星扮演了重要角色。现在,我们对太阳系的日益深入的了解,正带来更多关于人类在太空中的角色的细致入微的叙述。

斯基亚帕雷利发现火星“运河”一百年后。到 1977 年,NASA 的火星探测任务已经显示火星在地理上很有趣,但缺乏明显的生命迹象。同年,NASA 发射了旅行者 1 号和 2 号探测器,旨在对木星和土星进行首次科学研究。部分是为了准备这些任务,科学家们将注意力集中在仅凭地面望远镜的观测,可以从外行星的卫星上获得哪些信息:它们到太阳及其母行星的距离、大小、质量以及整体表面成分。

NASA/JPL

早在 1952 年,哈罗德·尤里(现在因模拟地球生命起源化学条件的米勒-尤里实验而闻名)就曾指出,它们的密度和内部放射性加热可能在卡利斯托和盖尼米德下方形成海洋。尤里的前学生、行星科学家约翰·刘易斯利用太阳系最古老物质的基本化学和物理知识,在 1971 年预测了盖尼米德和卡利斯托下方存在广阔的海洋。他和他的学生盖伊·孔萨尔马尼奥在 1976 年进一步完善了这些模型,初步提出了欧罗巴上层 100 公里深度内“一个对流的水域”。

在现在已经将它们带到太阳系边缘的宏伟旅程中,旅行者 1 号和 2 号为我们提供了我们最大的行星及其卫星的首批详细视图,并首次证实它们可能是适合生命存在的现存家园。然而,在它们发射的那一年,科学家们怀疑欧罗巴是否足够大,能够保留足够因铀、钍和钾的放射性衰变而产生的热量来形成海洋。他们还没有考虑到潮汐加热。

在第一艘旅行者号探测器抵达木星之前,轨道动力学家斯坦·皮尔和他的合著者发表了一篇关于木星最近的大型卫星轨道的先见之明的论文。长期以来,人们就知道木卫一、欧罗巴和盖尼米德以同步的方式绕木星运行。他推断(并经过数学计算)这种相互作用应该会使木星有时远离木卫一,有时靠近木卫一。总体效果将导致卫星的形状发生变化,因为木星的引力在其运行周期中会减弱和增强。他预测,这种效应可能足够强大,会使木卫一的火山活动比地球更频繁。旅行者号在几个月后证实了他的说法。他还将潮汐耗散与一种想法联系起来,即欧罗巴和盖尼米德的内部热量可能足够强烈,可以融化冰并可能形成海洋,但他因为冰应该像地球地幔一样通过对流散失热量而否定了这一想法。

亚瑟·C·克拉克的长篇小说《2001:太空漫游》故事发生在土星(木卫二伊阿珀托斯在其中扮演了重要角色);为了电影改编,斯坦利·库布里克将背景设定在木星,以避免渲染土星的光环。有趣的是,克拉克的续集《2010》遵循了电影版《2001》的情节,而不是原著。在这部续集的电影和小说版本中,俄罗斯宇航员都访问了欧罗巴的表面,并收到了避免接近欧罗巴的警告(这现在经常出现在关于这颗卫星的在线文章的第一个评论中)。

所有这些世界
都属于你,除了
欧罗巴
在那里不要有
任何登陆尝试
联合使用它们
和平地使用它们

这个警告和续集出现在真实的旅行者号探测器揭示欧罗巴是一颗地质活跃的卫星之后。

在 2001 年临近之际,伽利略号任务延续了旅行者号探测器的成功,对木星系统进行了巡视。在此过程中,它揭示了旅行者号所见的复杂地质细节,并提供了基于这颗卫星对木星强大磁场响应的新见解。新的结果表明冰层较薄,厚度在 3 至 30 公里之间,冰层下方存在一个咸的液态水海洋。海床位于地表下方约 100 公里处,液态水与岩石直接接触,这一场景与地球的海洋惊人地相似。

就在这一切发生的时候,海洋学家在探索地球海底时,发现了在数百米深的海底火山喷出的化学能量驱动下蓬勃发展的生态系统。这些地点的生物完全依靠地球内部的能量(来自衰变的铀、钍和钾)而不是太阳能来维持生存。这些发现使科学家们相信,欧罗巴拥有支持生命所需的一切要素。如果存在,欧罗巴的生命将有力地证明生命可以通过化学方式产生,独立于在地球上发生的生命起源。

甚至在伽利略号任务完成并于 2003 年故意坠入木星以避免污染欧罗巴之前,科学家和工程师们就已经在研究一项返回任务,以调查欧罗巴存在生命或曾经存在生命的真实可能性。这些发现和计划为富有创造力的人们提供了丰富的素材,并使得欧罗巴的海洋出现在无数的虚构作品中。

金·斯坦利·罗宾逊的《伽利略之梦》纪念了伽利略·伽利莱发现木星卫星 400 周年,并设想了这位著名科学家访问他发现的那些天体。小说将告诉伽利略望远镜发明消息的荷兰商人描绘成一位来自欧罗巴的访客。罗宾逊利用了大陆名称和卫星名称之间的歧义来营造一种神秘感,商人说他来自“alta Europa”—在拉丁语中意为“高欧罗巴”或“北欧”。

最近,罗宾逊的《2312》设想了蓬勃发展的行星际贸易和文化,来自水星和泰坦的使者访问了位于卡利斯托的殖民地和位于木卫一的研究站。在这个故事中,就像克拉克的《2010》一样,欧罗巴是禁区。在《2312》中,是人类——而不是神秘的更高智能——在发现土著生命后颁布了禁令。

欧罗巴和其他伽利略卫星现在出现在漫画书、电视节目和电子游戏中。直到最近,除了在电影《2010》中的短暂出现外,欧罗巴并未在主要电影中出现。《欧罗巴报告》从近期的私人太空探索活动和科学发现中汲取灵感。它设想了一项人类搜寻外星生命的任务。这部电影在其呈现方式上,借鉴了过去一个世纪的推测性小说和科学发现,描绘了驱动探索和硬科学的人类情感。

《欧罗巴报告》的上映正值 NASA 科学家和工程师们自己编写了多份报告(可在 europa.jpl.nasa.gov 获取),详细说明了探测欧罗巴宜居性的机器人任务设计。作为这些研究成果的“欧罗巴快帆”任务概念,正被 NASA 和美国政府认真考虑,成为下一项访问木星神秘卫星的发现任务,激励下一代科幻小说和事实。

版权 Europa Ventures LLC。

史蒂夫·万斯是加州理工学院喷气推进实验室行星化学与天体生物学小组的科学家,保罗·海恩是喷气推进实验室的研究科学家。

 

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