【木衛二】太陽系最大海洋不在地球!外星生命或在木星衛星冰層下

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讓我們前往一個讓天文學家浮想聯翩的夢幻之地,那就是木衛二,也叫歐羅巴。1979年7月9日,旅行者2號空間探測器從木衛二的上空飛掠而過,從而首次拍下了木衛二的高清照片。這些照片表明,木衛二是一個典型的冰封世界;換句話說,整個木衛二都被厚厚的冰層所覆蓋。

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但讓木衛二一夜成名的,是NASA於1989年發射的伽利略號木星探測器。1995年,伽利略號掠過木衛二,並做出了一個非常驚人的發現:在木衛二厚厚的冰層之下,其實隱藏着整個太陽系最大的液態海洋。

可能你要問了:「伽利略號根本無法穿越木衛二厚厚的冰層,那它如何發現冰層下有液態海洋?」答案是通過電磁感應現象。英國大物理學家馬克士威寫下了著名的馬克士威方程組,從而精闢地描述了電與磁的轉化關係:「變化的電場才會產生磁場,變化的磁場才會產生電場。」明白了電與磁的轉化規律,下面我們就可以來解釋伽利略號到底如何發現木衛二的內部海洋了。

1995年,伽利略號在掠過木衛二的時候,發現木衛二存在微弱的磁場。進一步研究表明,這個磁場並不是木衛二自己產生的,而是由木星的磁場誘導出來的。

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下面我們就分析一下,木星的磁場為甚麼會誘導出木衛二的磁場。事實上,這個過程需要分兩個步驟來完成:①變化的木星磁場產生木衛二的電場;②變化的木衛二電場產生木衛二的磁場。

先說第一步。很明顯,木衛二在以橢圓軌道環繞木星旋轉。而在這個軌道上,木星的磁場強度不盡相同。這樣一來,變化的木星磁場就會誘導出木衛二的電場。

關鍵在於第二步:木衛二的電場如何誘導出木衛二的磁場?要想做到這一點,必須讓電流從木衛二的內部流過。前面說過,木衛二的外殼是厚厚的冰。如果木衛二的內部也是固態的冰,由於冰本身的導電性能不佳,木衛二的內部就不會產生電流,也就不可能產生磁場。這顯然與伽利略號的實際觀測不符。換句話說,要想產生磁場,木衛二的冰層下面就必須有一個導電性能良好的液態鹽水海洋。

木衛二(Kelvinsong/CC BY-SA 3.0)

通過分析伽利略號收集到的數據,天文學家估算出,木衛二內部海洋的總體積應該在地球海洋總體積的兩倍以上。這也讓它成為全太陽系中最大的海洋。

其實仔細想想,木衛二內部有液態海洋並不是甚麼奇怪的事情。木星和其他幾顆伽利略衛星的潮汐力會把木衛一拉來扯去,從而通過摩擦生熱的方式,把木衛一變成太陽系中火山活動最頻繁的天體。同樣的道理,木星和其他幾顆伽利略衛星的潮汐力也會把木衛二拉來扯去,從而在木衛二的內部產生巨大的熱量;這些熱量融化掉木衛二內部的冰,就形成了太陽系最大的海洋。

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最後一個,也是最激動人心的問題是,在木衛二內部的巨大海洋裡,會不會有生命的存在?

目前,人們還沒有在木衛二上找到任何生命存在的證據。不過,科學家們已經在地球上找到了一些與木衛二內部頗為相似的地方,並在這些地方發現了生命的存在。而這些地方,就是所謂的深海熱泉。

眾所周知,海底火山爆發後會留下海底裂縫。冷海水沿海底裂縫向下滲流,會受到更下層的岩漿加熱,然後被反噴回海底而形成深海熱泉。這些噴泉非常熾熱,水溫最高能達到400°C。此外,噴泉中還包含着大量的硫化氫,這讓它們都變成了強酸。按理說,一般的生物根本就不可能在這種高溫強酸的深海熱泉中生存。但在1977年,一些科學家潛入海底,然後在深海熱泉中發現了一些不一般的生物。

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這些生物就是所謂的化能合成細菌。它們能夠以硫化氫為原料來合成各種有機物質,同時獲得維生所需要的能量;而它們合成的各種有機物質,又為其他生物提供了食物來源。換句話說,化能合成細菌就是海底的「綠色植物」,是深海熱泉生態系統的生產者。由於它們的存在,地球上的那些深海熱泉附近才會變得充滿生機。

事實上,木衛二的內部海洋擁有與地球深海熱泉極為相似的環境。這讓人不禁浮想聯翩:那裡是否也是一個生機盎然的世界?

我們來做個總結。1995年,伽利略號掠過木衛二,並且發現木星的磁場誘導出了木衛二的磁場。根據法拉第發現的電磁感應規律,變化的電場才會產生磁場,變化的磁場才會產生電場。這意味着,木衛二要想產生磁場,其內部就必須有一個導電性能良好的液態鹽水海洋。更深入的研究表明,在木衛二厚厚的冰層之下,其實隱藏着太陽系中最大的液態海洋。目前人們已經在與木衛二環境極為相似的地球深海熱泉附近發現了生命。這讓人不禁浮想聯翩:木衛二的內部海洋是否也是一個生機盎然的世界?

(《宇宙奧德賽:漫步太陽系》封面)

書名:宇宙奧德賽:漫步太陽系

作者:王爽

出版社:中和出版

【本文獲「中和出版」授權轉載。】



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