本文最初发表于 The Conversation。
2024年10月14日， 美国宇航局发射 了一艘名为 欧罗巴快帆号 的机器人探测器，前往木星的卫星。快帆号将于2030年抵达被冰覆盖的木卫二，并花费数年时间收集并向地球发送关于该卫星潜在宜居性的宝贵数据。
快帆号不是唯一一项凸显研究人员对木星及其卫星兴趣的任务。
2023年4月13日，欧洲航天局发射了一枚携带飞往木星的探测器的火箭。 木星冰卫星探测器 ——或称JUICE——将于2031年抵达木星卫星后，在那里度过至少三年时间。
我是一名行星科学家，研究 太阳系内岩石行星和卫星的结构与演化。
我和我的同事们期待着在2030年代收到欧罗巴快帆号和JUICE探测器发回地球的数据，原因有很多。但也许最令人兴奋的信息将与水有关。木星的三颗卫星——木卫二、木卫三和木卫四——拥有巨大的地下液态水海洋，这些海洋可能支持生命。
认识木卫一、木卫二、木卫三和木卫四
木星有几十颗卫星。其中有四颗特别引起行星科学家的兴趣。
木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，与地球的月球一样，是相对较大的、球形的复杂天体。此前有两项NASA任务向木星系统发送了探测器并收集了这些卫星的数据。 伽利略号任务 在1995年至2003年间绕木星运行，并发现了这四颗大卫星上的地质特征。 朱诺号任务 至今仍在绕木星运行，并为科学家提供了前所未有的木星组成、结构和空间环境的视角。
这些任务和其他观测表明，距离其母星最近的木卫一 充满了 地质活动，包括熔岩湖、火山喷发和构造形成的 núi lửa。但它没有大量的水。
相比之下，木卫二、木卫三和木卫四拥有冰封的景观。木卫二的表面是一个冰封的仙境，拥有年轻但复杂的历史， 可能包括板块构造和火山的冰类似物。木卫三是整个太阳系中最大的卫星，比水星还要大，并且拥有自己 由内部液态金属核心产生的磁场。与其它卫星相比，木卫四显得有些惰性，但它是一个宝贵的史前时代的时间胶囊，这个时代在年轻的木卫二和木卫一表面已无法获得。
最令人兴奋的是：木卫二、木卫三和木卫四几乎可以肯定拥有 地下液态水海洋。
海洋世界
木卫二、木卫三和木卫四的表面寒冷， 温度低于零下数百摄氏度。在这些温度下，冰的性质就像固体岩石。
但 就像地球一样，在这些卫星上，你向下挖得越深，温度就越高。向下挖得足够深，最终会达到冰融化成水的温度。究竟是多深，这个转变在每颗卫星上发生的时间仍然是 一个争论点，科学家们希望通过JUICE和欧罗巴快帆号来解决。虽然确切的深度仍不确定，但科学家们有信心这些海洋确实存在。
这些海洋的最佳证据来自木星的磁场。盐水是导电的。因此，当这些卫星穿过木星的磁场时，它们会 产生一个次级、较小的磁场，向研究人员发出地下海洋存在的信号。利用这种技术，行星科学家们已经能够证明这三颗 卫星含有地下海洋。而且这些海洋并不小——仅木卫二的海洋就可能拥有比地球所有海洋加起来 两倍还多的水。
一个显而易见且诱人的后续问题是，这些海洋是否能够支持外星生命。液态水是宜居世界的重要组成部分，但远非生命的唯一要求。生命还需要 能量和某些化学化合物 以及水才能繁衍。由于这些海洋隐藏在数英里厚的固体冰层下， 阳光和光合作用是不可能的。但其他来源可能提供所需的成分。
例如，在木卫二上，液态水海洋 覆盖着岩石内核。那个岩石海底可能通过水下火山提供能量和化学物质，使木卫二的海洋变得宜居。但也有可能木卫二的海洋是一个贫瘠、不适宜居住的地方——科学家需要更多数据来回答这些问题。
欧洲航天局和NASA的即将进行的任务
欧罗巴快帆号和JUICE将为科学家提供关于木星卫星潜在宜居性的革命性信息。虽然两项任务都将收集关于多颗卫星的数据，但JUICE将花时间绕木卫三运行并对其进行重点研究，而欧罗巴快帆号将对木卫二进行数十次近距离飞掠。
两艘探测器都将携带一套专门为探测海洋而设计的科学仪器。机载雷达将使欧罗巴快帆号和JUICE 能够探测卫星的 外层固体冰。雷达可以探测冰层中任何小的液态水区域，或者对于木卫二来说，它的外层冰层比木卫三和木卫四要薄， 希望能够探测到更大的海洋。
磁力计也将 安装在两项任务中。这些工具将使科学家有机会详细研究导电海洋与木星场相互作用产生的次级磁场，并有望为研究人员提供关于海洋盐度和体积的线索。
科学家们还将通过追踪两艘探测器轨道上的微小运动来观测卫星引力的微小变化，这可能有助于确定木卫二的海底是否存在 提供海洋支持生命所需能量和化学物质的火山。
最后，两艘探测器都将携带一系列相机和光传感器，它们将提供关于卫星冰层地质和组成的空前图像。
也许有一天，一艘探测器能够钻透木卫二、木卫三或木卫四数英里厚的固体冰层，并直接探索海洋。在那之前，来自欧罗巴快帆号和JUICE等探测器的观测是科学家们了解这些海洋世界的最佳途径。
当伽利略在1609年发现这些卫星时，它们是已知第一个直接绕另一颗行星运行的天体。它们的发现是“地球——以及人类——位于宇宙中心”这一理论的致命一击。也许这些世界还隐藏着另一个令人谦卑的惊喜。
本文最初发布于2023年4月10日，现已更新了欧罗巴快帆号发射的细节。
披露：Michael Sori 获得 NASA 的资助。
