NASA 下一个木星任务将在欧罗巴冰冷的壳下寻找生命的成分

欧罗巴快帆任务定于2024年发射,携带一系列科学仪器。
An artist's interpretation of the Europa Clipper spacecraft as it orbits Jupiter's frozen moon Europa.
这张艺术家概念图展示了欧罗巴快帆探测器,该探测器应能在2024年为执行任务做好准备。NASA/JPL-Caltech

美国宇航局(NASA)的欧罗巴快帆任务正准备于2024年发射,飞往木星冰冷的、排名第四大的卫星——欧罗巴。其主要目标是什么?确定木卫二是否存在适合地外生命存在的条件。科学家们认为,在这颗卫星冰冷、布满裂痕的表面之下,可能存在一个巨大的液态海洋,其体积可能是地球海洋的两倍。欧罗巴的年龄与地球相当,但其表面看起来却年轻得多,这表明它随着时间发生了变化——甚至可能仍在变化。

液态水是寻找宜居环境的绝佳首要迹象,但快帆探测器将努力确定该海洋是否含有支持生命所需的其他化学物质,例如氢、碳或氧。快帆还将为科学家们提供更近距离的观测视角。

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约翰霍普金斯应用物理实验室的地质物理学家、负责欧罗巴快帆不同团队的凯特·克拉夫特(Kate Craft)说:“目前我们对欧罗巴表面的成像,只有大约14%的分辨率优于每像素500米,这算不上非常高分辨率。”她表示,这项任务的分辨率将达到每像素100米以下,覆盖至少30%的月球表面,甚至可能超过80%。

密歇根大学的空间物理学家、快帆任务磁力计仪器团队副负责人、Xianzhe Jia表示,欧罗巴快帆还将获取关于欧罗巴感应磁场及其隐藏海洋更详细的数据,例如其深度和盐度。

克拉夫特说,科学家们几乎确信欧罗巴下方存在海洋,但欧罗巴快帆可以“真正正式地确认这一点”。

目前科学家们还无法钻透冰层。贾(Jia)说,就厚度而言,它可能“介于几公里到可能几十公里之间”。但欧罗巴快帆可以让他们有机会从上方研究海洋的成分。

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根据哈勃望远镜的观测,似乎有喷泉周期性地喷发穿过欧罗巴的冰层,形成伸入太空的水柱。快帆探测器的热成像仪和紫外线相机将能够寻找可能从冰层破裂处渗出的海洋水沉淀区域,并研究水的成分,以确定它是否含有任何生命必需的化学物质。克拉夫特说,它甚至可能在飞越一个喷泉羽流时捕捉到其中的粒子。该探测器的雷达将能够确定冰层中是否存在地下水团,这有助于确定这些羽流是否来自这些水团还是来自下方的海洋。

探测器上还有其他仪器,包括两个相机,它们将以几英尺的分辨率拍摄月球表面的彩色图像。光谱仪——一种分析光线频率以确定物质成分的工具——将试图确定欧罗巴表面上漂浮尘埃的成分。

由于木星附近强烈的辐射,探测器将绕气态巨行星进入一个更高、更椭圆的轨道,然后近距离飞掠探测该卫星,最近时距离欧罗巴表面仅16英里。

贾曾通过研究伽利略号任务在90年代测量的月球磁场数据,帮助确定欧罗巴可能存在一个地下海洋。研究人员惊讶地发现,木星强大的磁场可以“感应”欧罗巴产生一个响应磁场。感应的原理与你口袋里装着钥匙穿过金属探测器时它会发出警报的原因相同。变化的磁场会导致导电物体产生自身的反磁场。

当时,他们认为欧罗巴从上到下都是冰。但贾说,“纯冰的导电性非常差。”然而,只要水中含有一些盐或其他电解质,水的导电性就会好得多。

克拉夫特说,探测器将需要五年半的时间才能到达木星,一旦到达,计划对欧罗巴进行大约50次飞掠,以便从几乎所有角度都能清晰地观察这颗卫星。她还说,欧罗巴快帆的相机可以“立体”工作,从略微不同的角度拍摄图像,从而创建一个欧罗巴表面的3D模型。这样的地图将有助于未来的地表任务前往这颗冰冷的世界。

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克拉夫特说,如果我们发现了火星上的生命,它很可能与地球生命同源,因为这两颗行星距离近,交换了大量的碎片。因此,她对未来任务在欧罗巴发现生命的前景尤其感到兴奋,因为与火星不同,欧罗巴足够遥远,所以“几乎可以肯定,那里的生命与地球上的生命起源是不同的。我认为这仅仅是为我们在宇宙中无处不在的生命开启了多么巨大的可能性。”

 

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Leto Sapunar

特约撰稿人,科学

Leto Sapunar是一名自由撰稿的科学记者,自2020年起报道物理学、太空、气候和科学问责。他自2021年初以来一直在为《流行科学》撰稿,他的作品还刊登在《科学美国人》、《内幕气候新闻》和Retraction Watch等出版物上。工作之余,他会写科幻小说或进行攀登运动。


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