木星的衛(wèi)星歐羅巴（又稱木衛(wèi)二）是太陽系中少數(shù)幾個(gè)可能擁有適合生命生存條件的行星之一。先前的研究表明，在其水冰殼下面是一個(gè)液態(tài)水咸海，海底是巖石質(zhì)的。然而，行星科學(xué)家尚未證實(shí)該海洋是否含有生命所需的化學(xué)物質(zhì)，特別是碳。
天文學(xué)家利用美國宇航局（以下稱NASA）詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，在歐羅巴冰冷表面的特定區(qū)域發(fā)現(xiàn)了二氧化碳。分析表明，這種碳可能起源于地下海洋，并不是由隕石或其他外部來源提供的。此外，它是在地質(zhì)上最近的時(shí)間尺度上沉積的。這一發(fā)現(xiàn)對于木衛(wèi)二海洋的潛在宜居性具有重要意義。
“在地球上，生命喜歡化學(xué)多樣性——多樣性越多越好。我們是碳基生命。了解木衛(wèi)二海洋的化學(xué)成分將幫助我們確定它是否適合生命生存，” NASA 位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心的杰羅尼莫·維拉紐瓦（Geronimo Villanueva）說，他是一篇論文的主要作者。描述研究結(jié)果的兩篇獨(dú)立論文。
“我們現(xiàn)在認(rèn)為我們有觀測證據(jù)表明我們在木衛(wèi)二表面看到的碳來自海洋。這不是一件小事。碳是一種生物必需元素，”紐約州伊薩卡康奈爾大學(xué)的 Samantha Trumbo 補(bǔ)充道，她是分析這些數(shù)據(jù)的第二篇論文的主要作者。
NASA 計(jì)劃于 2024 年 10 月發(fā)射歐羅巴快艇 (Europa Clipper) 航天器，該航天器將對歐羅巴進(jìn)行數(shù)十次近距離飛越，以進(jìn)一步調(diào)查它是否具備適合生命存在的條件。
表層海洋連接
韋伯發(fā)現(xiàn)，在歐羅巴表面，二氧化碳最豐富的地區(qū)是塔拉地區(qū)——這是一個(gè)地質(zhì)年輕的地區(qū)，其地形通常被重新覆蓋，被稱為“混沌地形”。表層冰已被破壞，地下海洋和冰面之間可能發(fā)生了物質(zhì)交換。
特朗博解釋說：“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡之前的觀測顯示了塔拉地區(qū)存在來自海洋的鹽的證據(jù)?！?“現(xiàn)在我們看到二氧化碳也高度集中在那里。我們認(rèn)為這意味著碳的最終起源可能是內(nèi)海?！?/p>
“科學(xué)家們正在爭論木衛(wèi)二的海洋與其表面的連接程度。我認(rèn)為這個(gè)問題一直是木衛(wèi)二探索的一大推動力，”維拉紐瓦說?！斑@表明，即使在鉆透冰層以了解全貌之前，我們也可能能夠了解有關(guān)海洋組成的一些基本知識?！?/p>
兩個(gè)團(tuán)隊(duì)都使用韋伯近紅外光譜儀 ( NIRSpec )整體現(xiàn)場單元的數(shù)據(jù)識別了二氧化碳。該儀器模式可在直徑為 1,944 英里的木衛(wèi)二表面提供分辨率為 200 x 200 英里（320 x 320 公里）的光譜，使天文學(xué)家能夠確定特定化學(xué)物質(zhì)的位置。
二氧化碳在木衛(wèi)二表面并不穩(wěn)定。因此，科學(xué)家們表示，它很可能是在地質(zhì)上最近的時(shí)間尺度上提供的——這一結(jié)論得到了它集中在年輕地形區(qū)域的支持。
“這些觀測只花費(fèi)了天文臺幾分鐘的時(shí)間，”天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會的海蒂·哈梅爾（Heidi Hammel）說，她是韋伯跨學(xué)科科學(xué)家，領(lǐng)導(dǎo)韋伯太陽系第一周期保證時(shí)間觀測?！凹词箷r(shí)間很短，我們也能夠做真正的大科學(xué)研究。這項(xiàng)工作首次揭示了我們將能夠利用韋伯進(jìn)行的所有令人驚嘆的太陽系科學(xué)?！?/p>
尋找羽毛
維拉紐瓦的團(tuán)隊(duì)還尋找木衛(wèi)二表面噴出水蒸氣的證據(jù)。研究人員使用美國宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在2013 年、2016 年和2017 年報(bào)告了對羽流的初步探測。然而，找到確鑿的證據(jù)卻很困難。
新的韋伯?dāng)?shù)據(jù)顯示沒有羽流活動的證據(jù)，這使得維拉紐瓦的團(tuán)隊(duì)能夠?qū)赡車娚涞奈镔|(zhì)的速率設(shè)定嚴(yán)格的上限。然而，研究小組強(qiáng)調(diào)，他們的未檢測到并不排除存在羽流。
“這些羽流總是有可能是變化的，你只能在特定的時(shí)間看到它們。我們只能百分百確信地說，當(dāng)我們與韋伯一起進(jìn)行這些觀測時(shí)，我們沒有在木衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)羽流。”哈梅爾說。
這些發(fā)現(xiàn)可能有助于為 NASA 的 Europa Clipper 任務(wù)以及 ESA（歐洲航天局）即將推出的木星冰衛(wèi)星探測器 ( JUICE ) 提供信息。
這兩篇論文將于9月21日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
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