木衛二就是傳說中的《歐羅巴計劃》目的地,男神吳彥祖在此劇中有一段精彩演繹!也是此次NASA宣布2020年正式實施的“歐羅巴快艇”計劃的目標天體!科幻大片和新的歐羅巴探測計劃不約而同的選擇了這顆直徑和月球差不多,含水量卻是地球數倍的木星的第四大衛星,我們不妨來了解下。
上圖是偽紀錄片《歐羅巴報告》中恐怖的冰下海洋生物,那么現實中的木衛二有這個可能嗎?
木衛二位于木星衛星軌道中第六近,表面平均溫度?171.15℃,為什么是不叫木衛六而被稱為木衛二?因為這是伽利略衛星,按發現前后順序命名!在太陽系中木衛二的關注程度僅次于土衛六,因為它是太陽系內可能存在生命的其中一個天體!當然迄今為止,太陽系仍然只有一個地球適合人類生存,但在宜居帶的火星,以及充滿了甲烷氣體與湖泊的泰坦,再有就是擁有超過地球水量的木星冰衛星歐羅巴(木衛二),都是人類下一個熱門探索目的地!
1、木衛二水體超過地球
這是大家津津樂道的話題,一顆非行星的天體水量還超過地球,很多朋友的第一眼光就是被它這個特性所吸引。
但含水量最高的并非木衛二的專利,太陽系中含水量最高的是木衛三,那么同為木星的衛星,含水量還比木衛二高很多,為什么木衛三沒有成為關注的焦點?
關于這個有趣的問題,下文會有詳細交代!
2、木衛二上發現氯化鈉
通過哈勃望遠鏡取得的光譜數據,2019年6月NASA在木衛二上發現了氯化鈉存在的蹤跡,氯化鈉就是我們俗稱的食鹽,地球海洋中大量存在!這表明木衛二上的海洋可能和地球一樣,是一個咸水海洋!
也許這和生命并沒啥大關系,但給了科學家無窮的想象!
與土衛六有歐空局發射的惠更斯登陸過不一樣,木衛二從來就沒有探測器造訪過它的表面,但這并不影響我們通過飛掠的探測器撩起它神秘的面紗!
1、旅行者一號二號先后飛掠木星系統
與各位想象的有點不一樣,旅行者二號在1977年8月20日,比旅行者一號1977年9月5日發射早了半個月!但旅行者一號在小行星帶趕上了二號并超過了它,從此最快最遠的桂冠就是旅行者一號莫屬!
旅行者一號超過二號示意圖,旅行者一號在1979年3月5日飛掠木星,旅行者二號在1979年7月9日飛掠木星,人類第一次如此近距離看到了木衛二的影像。
旅行者一號的運氣不太好,距離有點遠,不如二號留下的照片清晰哈!
2、伽利略和朱諾號探測器
伽利略號木星探測器是1998年發射升空,1995年12月8日進入木星軌道的探測器,到2003年9月21日為比避免污染木衛二,以50千米/秒的速度墜入木星大氣層,在軌15年去得了大量的資料,當然伽利略號探測器的高增益天線無法打開,被當成了探測器天線設計的反面教材,因為根據推測可能是金屬之間的冷焊造成天線無法開啟的主要原因!
伽利略號探測器拍攝的經典木衛二“定妝照”!
伽利略號探測器奔向木星之路2011年8月5日發射,2016年7月5日進入木星極軌(星下點經過木星南北兩極),預計觀測20個月,但當前仍然在軌,預計2021年至2022年以受控墜入木星的方式結束觀測,它主要觀測木星的重力場、磁場、磁層和磁極!
朱諾號探測器飛越木星復雜的風暴氣流上方,除了這些探測器以外還有卡西尼探測器于2000年12月30日飛掠木星,新視野號于2007年2月28日飛掠木星,都順帶對附近的木衛二進行了觀測,留下了大量的觀測資料!
各位有沒有發現一個規律,幾乎所有前往木星以外的深空探測器都會經過木星附近,難道它是一個必經之地,無論其哪都能路過?其實并不是這樣,主要是利用木星巨大的引力和公轉速度加速,也就是俗稱的引力彈弓技術!
探測器利用行星引力與公轉速度的三種方式,分別是加速,變軌和減速!但未來動力技術提升之后也許將不再使用這種節省燃料但浪費時間的助力方式!
和更多水體的木衛三相比,木衛二為什么更引人矚目?
木衛一是人類在地球以外第一次發現了活火山,僅僅比月球稍大的木衛一有高達400多座活火山,還有木衛二,水汽噴流也時常發生!
根據旅行者飛掠探測,科學家相信木衛二厚厚的冰層下有一個海洋!為何木星的衛星群會如此活躍,我們必須得來理解一下木衛一、木衛二和木衛三這三顆伽利略衛星的特殊軌道周期:
木衛一四個公轉周期:1.8個地球日 半長軸距離:421700千米
木衛二兩個公轉周期:3.6個地球日 半長軸距離:671034千米
木衛三一個公轉周期:7.2個地球日 半長軸距離:1070412千米
三顆衛星處在拉普拉斯共振態,這種引力相互牽扯,公轉軌道的近木點和遠木點差距比較大,因此在每一次圍繞木星公轉的時,衛星都會被木星的引力撕扯一次,衛星內部猶如一顆橡皮泥被來回揉搓,而這種機制將會產生大量的摩擦熱效應,而木衛一在軌道一周繞行的過程中,地表起伏超過100米,但這種潮汐引力的加熱效應會隨距離增大急劇下降。
上圖木衛一表面遍布火山,看上去甚至有種數十億年前原始地球的錯覺!而到了木衛二表明僅僅是覆蓋大量的冰層,表面活動限于大量冰層裂縫與水汽噴流等比較溫和的活動!
到更遠距離的木衛三,潮汐引力加熱效果明顯下降,據估計,木衛三的地下海洋深度距離冰層可能遠超木衛二的數十千米,達到了200多千米!
NASA的伽利略木星探測器觀測表明,木衛二的海洋中富含硫酸鎂,它是農業常見肥料之一,并且可以參與部分細菌的生命活動。另墨西哥自治大學的天體生物學家桑德拉-拉米雷斯通過實驗室環境模擬發現,在不同硫酸鈉和硫酸鎂以及氯化鈉、氯化鎂濃度環境下都可以滿足短小芽孢桿菌的生存需求。簡單的說木衛二的水下環境已經可以滿足部分細菌生存了!
那么木衛二還有哪些有利于生命誕生的機制呢?也許還不少:
1、木星磁場與太陽風綜合作用
木星的磁場從太陽風和木衛一火山噴出物中捕獲粒子,撞擊到木衛二的表面冰層,有可能產生氧化物。
2、紫外線剝離水汽中的氫氣留下氧氣
陽光中的紫外線和高能粒子分解水汽成氫和氧,氫氣逃離后氧氣成為木衛二稀薄大氣的主要組成部分。
3、加熱機制形成的巖石與大海化學反應
高溫且含有礦物質巖石層與水接觸,可能發生水熱化學反應,產生還原性化學物質。
當然還有木衛二表面的巨大裂隙產生的表面與內部物質交換也非常關鍵,總之一句話,木衛二上具備生命誕生的理論條件,當然更樂觀的猜測是木衛二厚厚的冰層下也許正有“外星大蝦”正在快樂的生活著!但事實上這一切到現在為止仍然停留于紙上談兵。因為我們尚未取得直接證據!木衛二的探測計劃中曾經有雄心勃勃的“冰月軌道器”,也有類似“深度撞擊”的計劃,還有極度激進的“融探”(Melt Probe)巨型核動力探測器計劃,但這一切都沒有發生!而“歐羅巴快艇”計劃也從早先的水下探測機器人刪減為從木衛二間歇泉尾流處飛掠,希望能從木衛二的水汽噴出物中發現細菌或者有機物,比如氨基酸等與生命誕生近在咫尺的物質。
當然我們更期待未來的木衛二登陸任務,這個在規劃的任務中有一個木衛二表面鉆探的計劃,當然這并不新鮮,因為這是“歐羅巴快艇”的補充計劃,最早在2013年由Science Decadal Survey建議提出,NASA在2015年4月向歐洲航天器提交了一份額外的探測器概念設計,準備搭載在歐羅巴快艇上。2015年5月,美國宇航局選擇了9種可以在探測器裝載的設備。2017年7月18日,眾議院空間小組委員會舉行了關于Europa Clipper(歐羅巴快艇)的預定聽證會,可能將這個選項作為Europa Clipper后續任務執行。