欧罗巴快艇可以帮助发现木星的卫星是否适合居住

自1979年航海者号探测器飞越木星及其卫星系统以来，科学家们一直在猜测木卫二内存在生命的可能性。根据行星模型，木卫二被认为具有岩石和金属核心、冰冷的地壳和地幔，以及深达100至200公里(62至124英里)的液态水海洋。科学家推测，这片海洋是通过潮汐弯曲维持的，与木星强大的引力场的相互作用导致了木卫二核心和核心-地幔边界热液喷口的地质活动。

调查木卫二潜在的宜居性是NASA木卫二快艇任务的主要目的，该任务将于2024年10月10日发射，并于2030年4月抵达木星周围。然而，这对天体生物学家来说是一个挑战，因为木卫二的宜居性取决于许多因素。需要协作研究的相互关联的参数。在最近的一篇论文中，美国宇航局领导的一组研究人员回顾了欧罗巴快艇任务的目标，并预测了它可以揭示有关月球内部、成分和地质的信息。

该团队由来自约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(JHUAPL)、亚利桑那州立大学BeyondCenter、伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)、HoneybeeRobotics、西南研究所(SwRI)、行星科学研究所(SwRI)的研究人员组成。PSI)、月球与行星实验室(LPL)、美国宇航局戈达德太空飞行中心(GSFC)和喷气推进实验室(JPL)以及多所大学。他们的论文“用木卫二快艇调查木卫二的宜居性”最近发表在《空间科学评论》上。

什么是“宜居性”?

当谈到寻找地球以外的生命(又名天体生物学)时，人类目前所有的努力都集中在火星上。随着前往外太阳系的任务对“海洋世界”(具有内部海洋的冰体)进行详细研究，这种情况将在未来几年发生变化。这包括木卫二、木卫三、土卫六、土卫二、海卫一，可能还包括冥王星和卡戎。欧罗巴快船将是这些任务中第一个抵达的，紧随其后的是2031年欧洲航天局的木星冰卫星探索者号(JUICE)。它将在接下来的四年里绕木星运行并近距离飞越欧罗巴，研究其表面内部。先进的仪器套件。正如Europa研究团队在2012年报告中总结的那样：

“木星的卫星欧罗巴是当今太阳系海洋世界中最有希望孕育生命的候选者之一。在对欧罗巴宜居性的调查中，欧罗巴快艇任务旨在了解水、基本化学元素和化合物以及能源的来源，以及它们如何结合起来使月球的环境适合生命生存。”

正如美国宇航局领导的团队在他们的研究中指出的那样，木卫二快艇任务的目的不是探测生命本身，而是评估木卫二维持我们所知的生命的能力。这将包括确认(或反驳)木卫二内部海洋的存在，并确定它是否拥有生命繁衍所需的化学和能源。然而，研究月球宜居性的主要挑战之一是这个概念本身的性质。然而，相关参数包括适宜的温度、压力、pH、盐度和溶剂(例如水)的存在。

史蒂文·D·万斯(StevenD.Vance)是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)行星内部和地球物理小组的副经理，也是该论文的主要作者。正如他通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样：

“宜居性是指支持生命的潜力，但不一定是生命的存在。有些环境比其他环境更适宜居住。例如，茂密的雨林为生命提供了充足的水、温和的条件和营养。相比之下，在阿塔卡马沙漠有生命的基本成分——水、材料(成分)和能量——但几乎没有任何生命能够维持，因为那里的条件寒冷、干燥，以及其他不适宜居住的地方。了解环境的宜居性对于解释任何可能的情况是必要的。生命探测。”

设定限制

例如，科学家们长期以来推测木卫二内部的生命可能类似于在地球海洋热液喷口周围观察到的生命类型。这包括极端微生物，即可以在极端环境中繁衍生息且不依赖阳光获取能量的生物体。例子包括可以在极压下生存的嗜压生物和生活在极热条件下的嗜热生物。这些生物体设定了生命生存条件的上限，并限制了木卫二上是否存在生命。万斯说：

“木卫二快艇任务将综合对木卫二的地质、成分和内部的研究，以了解其海洋的详细特性。它要做的主要事情之一是弄清楚海洋的厚度以及潮汐热集中在哪里。冰、海洋和岩石内部。为了实现了解木卫二宜居性的目标，我们需要综合整套10台仪器的测量结果。”

为了调查木卫二的宜居性，木卫二快艇任务有三个主要科学目标。其中包括描述冰壳和任何地下水、它们的成分、海洋的特性以及表面冰之间交换的性质和海洋识别地表和大气中任何非冰物质的成分，包括任何含碳化合物;并描述地质表面特征和高科学兴趣的地点。由于宜居性取决于许多相互依赖的物理和化学参数及过程，因此以下仪器将综合多种测量结果。

在相机方面，快艇将依赖欧罗巴成像系统(EIS)，该系统由广角相机和窄角相机组成，每个相机都有一个八兆像素的传感器，它将产生欧罗巴的高分辨率图像，研究地质活动、测量地表高程并为其他仪器提供背景信息。还有欧罗巴热发射成像系统(E-THEMIS)，它将识别欧罗巴表面可能有温暖液态水(或可能已经喷发)的区域，并测量表面纹理以了解表面的小尺度特性。

对于光谱研究，快船将携带木卫二紫外线光谱仪(Europa-UVS)：帮助确定木卫二大气气体和表面物质的成分，并在木卫二附近搜索羽流活动的迹象。行星探索质谱仪(MASPEX)将分析木卫二微弱大气中的气体和可能的羽流，并研究月球疑似地下海洋的化学成分、海洋和表面如何交换物质，以及辐射如何改变月球表面的化合物。

为了表征木卫二周围的等离子体和磁环境，快艇将使用木卫二快艇磁力计(ECM)来确认木卫二海洋的存在，测量其深度和盐度，测量木卫二的冰壳厚度，并研究木卫二的电离大气如何与木星的电离大气相互作用。气氛。等离子磁探仪(PIMS)将测量木卫二的电离层和木星磁场中捕获的等离子体。它还将尝试区分木星的磁场和木卫二的感应磁场，后者携带有关木卫二海洋的信息。

重力和无线电科学(G/RS)仪器将测量木卫二不同点的重力，以显示木卫二如何弯曲并帮助揭示其内部结构。与此同时，木卫二评估和探测雷达：海洋到近地表(REASON)将探测木卫二的冰壳，寻找木卫二可疑的海洋，并研究冰的结构和厚度。它还将研究月球表面的高度、成分和粗糙度，并在其大气层中寻找羽流。

最后，木卫二绘图成像光谱仪(MISE)将进行化学分析，绘制木卫二上冰、盐、有机物和最热热点的分布图。表面灰尘分析仪(SUDA)将搜索因撞击和羽流证据而从木卫二表面发射的喷射物碎片。它将进一步确定该材料的化学成分和起源区域，并为木卫二的海洋盐度提供线索。

悠久的探索历史

如前所述，自从航行者号探测器于1979年穿过木卫二系统以来，科学家们就开始对木卫二着迷。这些任务表明，木卫二具有地质活跃性，正如地球上冰流相交的线性特征所表明的那样。木卫一上火山的发现(潮汐弯曲的结果)导致人们猜测木卫二的内部也可能经历火山活动。这与两年前地球上热液喷口的发现相吻合，这表明生命可以通过内部能量(而不是阳光)来维持。

伽利略号探测器于1989年抵达，是第一个专门研究木星及其卫星的任务。该任务在绕木星运行七年多的时间里获得的数据为木卫二潜在的宜居性提供了额外的证据。其中包括表明冰冷表面下方存在液态盐水层的磁数据，以及在表面检测到的粘土状矿物(通常与有机材料相关)。根据这些任务，科学家们为木卫二开发了一个“最适合”的模型，其中数十至数百公里深的海洋位于3至50公里(1.8至31英里)的冰层之下。

在过去的十年中，哈勃太空望远镜获得了多张图像，显示了木卫二表面发出的水蒸气和羽流活动的证据。最近，詹姆斯·韦伯太空望远镜在表面检测到二氧化碳，这些二氧化碳可能是通过表面重修从内部转移而来的。如果得到证实，这将意味着地下海洋含有碳，碳是生命的重要成分，也是有机物的组成部分。一旦到达木星，欧罗巴快艇任务将建立在这个令人印象深刻的基础上，并帮助解开这个“海洋世界”的谜团。

这次任务的结果将有助于为未来前往外太阳系的任务提供信息。其中包括拟议中的欧罗巴着陆器，它将在月球表面着陆，以更仔细地研究月球的冰面和羽流。正如万斯总结的那样：

“我们从木卫二快艇了解到的关于木卫二的一切信息都将为未来的任务提供最佳设计。例如，表面的高分辨率测绘将使我们能够确定最有科学意义和最安全的着陆地点。了解冰的厚度和成分将有助于使得设计专门用于穿透冰层的钻头成为可能，甚至可能一直到达下面的海洋。”