有含氧大气层、水,如今又发现盐,这颗星球能否成为人类宜居地?

有含氧大气层、水,如今又发现盐,这颗星球能否成为人类宜居地?

出品:科普中国

制作:鲁暘筱懿 (科技部国家遥感中心 知识就是力量微平台)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

近期科学家借助哈勃太空望远镜收集的数据,首次在木星的卫星——"木卫二"(Europa)上一片名为"塔拉雷吉欧"(Tara Regio)的区域,发现了存在氯化钠(食盐主要成分)的可能。地球上再普通不过的"盐",为何出现在地外天体上?一时间成为众人焦点。

多家媒体报道

木卫二磁场的北极位置竟然会发生变化?

早在1997年美国宇航局的伽利略号探测器就在距木卫二上空351千米的地方飞掠而过,探测器首次发现了木卫二磁场的北极位置呈周期性变化

当时科学家推测,木卫二的地表之下可能有一个液体传导层(诸如具有磁性的盐水层),这将可以解释磁场的极点为何不断变迁。木卫二的盐水层,类似于地球的海洋,它保持着有规律的周期性运动。由于木卫二的冰下海洋远比地球大得多,同时在北极区域占据绝大部分的比例,所以造成了木卫二磁场的北极点随着海洋周期性运动而不断改变。正是这次发现,为后来科学家借助各种空间探测器在木卫二上找"盐"播下了"好奇的种子"。

伽利略号探测器拍摄到的木卫二(图片来源NASA/JPL)

确认木卫二带"盐"

科学家们先后利用伽利略号探测器、凯克天文台及哈勃太空望远镜的光谱数据,对于木卫二表层冰壳黄色区域的化学物质成分进行研究分析。

先是伽利略号探测器捕捉到木卫二图像并进行了区分:白色和蓝色区是水冰,棕红色区是水合盐类物质,黄色区未知。凯克天文台的光谱数据表明,木卫二表面的盐并不是硫酸镁,因为凯克数据中没有表明硫酸镁存在的吸收线。随后科学家用哈勃望远镜观测木卫二,发现在可见光谱中有一条吸收线,与在实验室中对海盐进行辐照后显现得到的光谱特征一致(在实验室里模拟木卫二表面温度环境,对海盐进行辐照,将会发现在辐照后的氯化钠通过改变颜色在可见光中显现出黄色,就像在木卫二表面的黄色区域)。这证实了木卫二上存在辐照过的氯化钠,其来源可能是地下海洋。

木卫二发现"盐"意味着什么

氯化钠是我们常吃的食盐主要成分,它如氧气、氢气、甲烷这些化学物质一样,对地球生命是非常重要的。

大部分的生命活动都离不开"盐"。血液中的钠离子浓度直接关系到体液安全水平的调节。信号转换导致的神经冲动的传导正是由钠离子调节的;生理盐水(含氯化钠0.9%的水)与血浆有相同的渗透压,是主要的体液替代物,被广泛应用于治疗及预防脱水。

正因如此,梦想太空移民的人类在地外星球发现该物质后自然会兴奋异常。想象一下,未来如果人类能够暂栖在木卫二的海洋中,并不时地从中提取我们需要的物质元素作为补给那真是再好不过!

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地球、木卫一(Io)、土卫二(Enceladus)和海卫一(Triton)是太阳系中可以观测到表面有活跃火山活动的四颗固态星球。

土卫二是土星第六大卫星,也是三个外层太阳系天体中观察到有火山喷发的地外天体之一。更重要的是,它的喷发物包含大量的水,许多专家相信这个卫星冰冷的表面下存在着一个液态海洋。而有水的地方,就可能存在生命。由于土卫二受土星系统潮汐力作用,其冰态外壳底部可能会被之一潮汐力拖曳产生大量热,所以这一区域很可能是与岩石固体幔层直接接触的液态海洋。与岩石圈层的直接接触可能引发很多类似于地球早期海底发生的化学反应,也预示着生命的存在可能性。

与土卫二相邻的土卫三(Ganymede)是土星最大卫星,它的表面主要由硅酸盐和水冰组成,但是表面以下200千米被认为存在一个由盐水构成的海洋。土卫三受潮汐热作用,表面以下的某一地层保持足够的热量,从而促使液态水的形成。

海卫一表面旅行者2号观测到了多个冰火山或正在喷发着液氮、灰尘或甲烷混合物的喷泉,这些喷泉可以达到8千米的高度。不像木卫一表面的火山,海卫一表面的火山活动可能不是潮汐作用造成的,而是季节性的太阳照射所造成的。地球内部热能主要来自放射性同位素衰变时所释放的能量。这些热能驱动地函对流,反过来导致板块构造和火山作用。

木卫一内部热源主要来自木星的引力拖曳和散逸而造成的潮汐力作用,属于外部热化机制。外力使得卫星球体被拉伸挤压,这一过程中产生的热量部分被储存在球体内部,部分热能通过火成作用向外释放。

没有太阳的温暖,木卫二也能不被冻成冰球

距离太阳近8亿公里的木星系统接收到的太阳辐射十分微弱。在这样冰冷的环境下,围绕木星公转的"伽利略卫星"(即木星的四颗卫星,木卫一、木卫二、木卫三、木卫四),是如何维持自身不被冻僵甚至孕育出了温暖的海洋?

△ 图像显示的是木卫二表面发现氯化钠的区域分布,最高浓度出现在"塔拉雷吉欧"区域(图像来源:NASA/JPL)

冰态卫星是表面主要由冰体构成的卫星或小行星。由于同样受行星引力场作用,周期性的热能交换使冰态卫星的表面之下可能存在海洋,其中心还可能拥有一颗硅酸盐或金属质的岩石内核。这类卫星中的典型代表是木卫二。这颗比月球略小的固态星球拥有一个含氧的薄薄的大气层。正是因为这片冰层下相对温暖的海洋,使地球生命有可能寄居其中,近年来的多项研究结果表明在太阳逐渐变成红巨星的过程中,木卫二很可能将承揽迎接地球移民的任务。

木卫二喷泉及冰层下海洋的概念图(图像来源:NASA/JPL-Caltech)

正因如此,这颗与木卫一、木卫四、木卫三、 土卫六和海卫一同样具有大气层的卫星受到人类的高度关注。随着人类科技不断进步并将注意力更多的转移到深空探测中,相信不久的将来,人类也会在这些卫星上留下足迹。

本文由中国科学院国家天文台郑永春研究员审核。

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