木卫二快船任务将对木星卫星进行前所未有的详细分析，科学家们对该航天器可能发现的东西感到兴奋。 木卫二快船飞越冰冷卫星目标的示意图。 （图片来源：NASA） 今年 10 月，NASA 将发射一艘迄今为止最先进的航天器。它的目的地是木卫二，即木星的第四大卫星。 欧罗巴快船任务计划于 2030 年抵达木卫二，它搭载了多种仪器，可以帮助科学家了解这颗卫星复杂的地质和成分——最终，研究人员希望利用这些工具更好地了解木卫二的宜居性。换句话说，他们想了解这颗卫星是否具备适合生命存在的条件（至少是我们所知的生命）。 美国宇航局喷气推进实验室的天体生物学家史蒂夫·万斯在 2024 年天体生物学科学大会上表示： “木星的卫星木卫二可能在其全球海洋中为生命创造条件。” 最近，参与该任务不同方面的多位科学家在 2024 年天体生物学科学大会上发表了讲话，该会议将天体生物学界的成员聚集在一起进行合作和交流知识。他们详细解释了航天器将如何到达目的地，该任务可能揭示木卫二的环境，以及为什么探测器的仪器可能为生命的存在提供诱人的线索。 万斯在会议期间表示：“木卫二快船是首个旨在探究海洋世界宜居性的探测任务。” 那么，让我们进入这个距离我们（平均） 4.44 亿英里的冰冷世界。 木卫二可能存在的海洋 这一切始于 1989 年伽利略计划的启动，该计划涉及一艘绕木星运行八年的航天器。 由于伽利略号飞越了木星的主要卫星——木卫一、木卫二、木卫四和木卫三，科学家们意识到木卫二在其冰冷的外表面下可能存在液态海洋。这是一个令人难以置信的激动人心的发现，因为当时科学家们还不知道除了地球以外，太阳系中还有任何地方存在液态水。这一发现扩大了我们对太阳系宜居范围的理解，因为它证明了液态水可以存在于所谓的“宜居带”之外——宜居带是恒星周围可以存在液态水的区域。从那时起，行星科学家就一直渴望重返木卫二。 “我们将尝试利用磁场来描述海洋特征，”万斯在会议上解释道。 “先前的伽利略号航天器曾四次飞过木卫二，距离足够近，可以探测到磁场，”万斯说。“这就像木卫二在机场经过金属探测器一样，只不过木星是金属探测器，它产生了木卫二响应的磁场。” 科学家们设计了木卫二快船任务，以便对木卫二进行多次飞行，以对该卫星的磁场反应的不同方面进行采样。一方面，研究人员将试图找出反应的强度，另一方面，他们将尝试测量相对于木星磁场的反应时间。“通过这种方式，我们希望能够计算出海洋的盐度，”万斯说。 岩石世界的表面。在地平线之外，木星看起来很巨大。在左上方，有一颗朦胧的恒星。 这幅艺术家的概念图展示了木星卫星木卫二表面的模拟视图。前景中可以看到木卫二可能粗糙、冰冷的表面，表面带有淡红色区域，科学家们希望对此进行更多了解。巨大的行星木星隐约出现在地平线上。（图片来源：NASA/JPL-Caltech） 木卫二的化学反应 尽管确认木卫二上存在液态水的可能性本身无疑令人兴奋，但研究人员还希望更好地了解卫星上可能影响其潜在宜居性的其他过程。 例如，木卫二的外部暴露在木星磁层中捕获的带电粒子的高辐射下。在正常情况下，科学家会认为这样的表面可能不适合生命生存。然而，辐射也可能有助于木卫二的宜居性。这是因为卫星表面的辐射暴露会将水分子分解成其成分氧和氢。天体生物学家感兴趣的是，木卫二表面产生的这些氧原子是否能通过近地表盐水通过地表裂缝排出，与下方的咸水混合。然而，要得出这个结论，科学家需要了解卫星冰盖的动态和厚度。 该航天器将配备一套成像仪器，帮助推断月球表面发生的地质过程；其中一种仪器是冰穿透雷达，它可以帮助确定冰壳的厚度。这将使研究人员了解木卫二表面和内部边界的渗透性。 美国宇航局的朱诺号探测器于 9 月 29 日近距离飞掠木卫二时拍摄到的木星卫星木卫二的照片。拍摄照片时，探测器距离月球表面 945 英里（1,500 公里）。（图片来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS。图片处理由 Björn Jónsson CC BY-NC-SA 2.0 完成） “从地质学角度看，木卫二的表面非常有趣，很可能已经活跃了很长一段时间。它可能没有那么厚，表面之下可能存在生命物质，”万斯说。 例如，氧气是一种活性元素。这意味着从木卫二表面输送到其内部的氧气可能用于产生能量的地下化学反应。这些反应如果发生，将是由于生活在海洋中的微生物生命，因为这些微生物无法利用阳光来获取能量。 木卫二深处的水和岩石的相互作用也可能将氢和其他化学物质释放到海洋中。而且，由于木卫二在绕木星运行时会因巨大的潮汐力而不断弯曲，因此卫星内部可能很温暖。这意味着热液喷口可能为海底提供化学营养，类似于地球海底的喷口系统的工作方式。 木卫二快船穹顶板朝外的一侧雕刻有艺术图案，以 103 种语言直观地展现“水”字所形成的声波，这将有助于保护航天器的电子设备免受辐射。（图片来源：NASA/JPL-Caltech） 寻找生物特征 由于研究人员和工程师目前还没有足够的关于木卫二表面特征的信息，因此登陆木星卫星（至少对于这次任务而言）是不可能的。 这意味着，当航天器到达木卫二时，研究人员在轨道上所能看到和收集到的信息将受到限制。由于木卫二上可能存在的生命可能都存在于其内部，因此研究人员将转而寻找木卫二表面和大气层中可见的推断迹象。 木卫二快船拥有一系列仪器，可以收集月球冰喷泉喷出的物质，这些物质可以为天体生物学家提供可靠的证据，证明月球表面之下确实存在着生命过程。 天体生物学家通常将此类证据称为“生物特征”。生物特征是生命过程的化学副产品。例如，地球大气中的高氧含量可被视为植物产生的生物特征。然而，在一种情况下可能被视为生物特征的东西在另一种情况下可能不是。最近的一个例子是在金星大气中检测到痕量的磷化氢，这可能是一种生物特征。在地球上，磷化氢是厌氧生态系统的副产品，这导致一些人怀疑金星大气中存在厌氧生物。然而，研究人员后来透露，金星大气中的磷化氢可能是由火山活动产生的。 非生命过程也能够产生我们通常与生命过程联系在一起的化学物质，使我们可能认为的生命迹象变得模糊。这意味着任何可能的生物特征都必须在其所在系统的背景下有意义。 在地球的环境中，藻类、蓝藻和植物不断补充大气中的氧气。对于任何从远处观察地球大气层的人来说，我们的高氧气水平都表明正在发生一些有趣的化学反应，因为如果不补充氧气（由于其高反应性），大气中的氧气将不会持续很长时间。然而，如果有人在24 亿年前大氧化事件开始之前寻找氧气作为地球大气中生命的迹象，他们就没那么幸运了。尽管地球是生命的家园，但它看起来却很普通。 约翰霍普金斯应用物理实验室的伊丽莎白·“齐比”·特托尔在会议上表示：“我们做了很多工作来了解存在什么样的化学生物特征以及如何检测它们……我们认为生命是二元的，但检测生命不一定是二元的，也根本不容易。”特托尔负责木卫二快船的木卫二成像系统(EIS)。 美国宇航局的木卫二快船航天器将在加利福尼亚州喷气推进实验室组装，该航天器将在木星冰封的卫星木卫二上寻找生命痕迹。（图片来源：NASA） 欧罗巴快船在前往木星系统的途中携带的最令人兴奋的技术之一是行星探测质谱仪（MASPEX）。MASPEX 将在飞船近距离飞行期间收集木卫二大气层中的气体和分子。 它是如何工作的？该仪器用高能电子（带负电的粒子）轰击它将从木卫二大气层中捞起的物质，从而剥夺收集到的物质本身的电子。这会使捕获的分子变成带正电的离子。当原子或分子变成更带正电或更带负电的自身版本时，它就会被电离，如果它获得或失去电子或质子，后者是带正电的粒子，就会发生这种情况。 然后，MASPEX 产生的离子可以在仪器上的“漂移管”周围加速，较轻的离子在漂移管中移动得更快。因此，离子在漂移管中的移动速度将使科学家了解它们的质量，进而了解它们的身份。 万斯在 AbSciCon2024 上表示：“虽然目标是了解引导木卫二的化学反应，包括木卫二海洋中可能发生的新陈代谢，但质谱仪和灰尘分析仪也有可能拾取包括氨基酸在内的大型有机分子和可能成为生命存在线索的东西——尽管不是生命本身的确凿证据。” 如果 MASPEX 能够识别有机分子甚至氨基酸，并能证明卫星表面的物质有一条清晰的路径通往下方的海洋，那么研究人员就有理由对木卫二上存在生命的可能性抱有乐观的态度。
