木卫二冰层下的海洋可能孕育生命？欧罗巴快船启程一探究竟
木星的卫星欧罗巴被认为是太阳系最有可能存在生命的天体之一，现在一艘探测器刚刚启航，将前往探索这颗星球上潜在的生命宜居环境。北京时间10月15日凌晨0时06分，在因飓风影响推迟发射多日后，美国国家航天局（NASA）的欧罗巴快船（Europa Clipper）号探测器，搭乘SpaceX公司的猎鹰9重型火箭从美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射升空，前往木卫二欧罗巴，去寻找这颗木星卫星可能支持生命存在的环境。
欧罗巴快船号探测器飞临木卫二的想象图
图片说明：欧罗巴快船号探测器发射升空瞬间
作为NASA迄今制造的最大行星探测器，“欧罗巴快船”的重量高达约 6吨，相当于一头非洲大象的重量。当它的太阳帆展开时，最大宽度达到约30.5米，比一个标准篮球场还要宽。而按照计划，它将在大约5年半后抵达木星系统，开始对欧罗巴的探测。
图片说明：“欧罗巴快船”的太阳能帆板
冰壳下的深邃海洋
整个欧罗巴的地壳都是由厚达15至25公里的冰层所构成，其下方咸水海洋深邃无垠，深度可达60至150公里，水量是地球海洋总和的两倍之多。自20世纪90年代末以来，种种迹象不断证实这片海洋的存在，激发着人类对其奥秘的无尽遐想。为此，“欧罗巴快船”号携带了九台精密仪器，用于探测这个海洋世界是否具备适合生命存在的宜居条件。
你可能要问了，怎样的环境才适合生命存在呢？
在目前已知的生命范畴内，一个地方若同时拥有液态水、能量来源以及含碳化合物（即有机物），便有可能成为生命的摇篮。
在地球上，水和有机物无处不在，而阳光则是驱动植物进行光合作用的能量源泉，为整个生物圈注入勃勃生机。然而，在欧罗巴幽暗深邃的咸水海洋中，阳光无法穿透数百米的黑暗深渊，光合作用在此无从施展。这样的环境中还可能适合生命存在吗？
1977年，科学家们在太平洋海底一处火山热点附近、近2500米深的海底世界中，见证了生命的另一种奇迹。他们惊讶地发现，这里的深海热液喷口周围孕育着丰富的生态系统，其中的生命并不依赖光合作用，而是依靠化能合成作用，即通过化学反应获取能量。
这一发现彻底颠覆了科学家对生命宜居条件的传统认知。至此，科学家也意识到阳光并非生命存在的必要条件。
图片说明：木卫二上两种不同地形之间的过渡地带
木星引力带来的热源
那么欧罗巴厚厚的冰壳下方的海水又为何能保持液态呢？
这要得益于木星强大引力的摩擦加热效应。当欧罗巴在其轨道上运行时，其表面会受到木星的引力拉伸和松弛作用，从而产生热量。
然而，要让欧罗巴的海洋成为生命的宜居之地，还需要持续不断的原料供应，以支持某种形式的化能合成作用。这些原料可能源自欧罗巴岩石海底的热液喷口，也可能通过冰壳（即“海底天花板”）向下渗漏的物质提供。
遗憾的是，这些机制的具体运作方式尚不明朗，仍需科学家从不同角度收集更多数据来揭示其奥秘。不过，已经有越来越多的证据表明，欧罗巴表面有物质喷流进入太空。如果这些物质确实来自海洋，那么通过测量其成分，将有助于了解这片海洋的对于生命的宜居性。
欧罗巴快船号探测器发射升空瞬间
曲折的探索之路
回望过去，对欧罗巴的探测任务至少可以追溯到20世纪90年代。NASA的“欧罗巴轨道器”项目曾在2002年被取消，随后雄心勃勃的“木星冰卫星轨道器”（Jimo）计划也在2005年夭折。然而，人类对欧罗巴的探索热情并未因此熄灭。
2008年，NASA和欧洲航天局（ESA）共同提出了“欧罗巴-木星系统任务——拉普拉斯”（EJSM-Laplace），旨在向欧罗巴和盖尼米得发射轨道器。尽管这两个项目在2011年相继被取消，但随后ESA的“木星冰卫星探测器”（Juice）和NASA的“欧罗巴快船”相继诞生，为人类探索欧罗巴的奥秘注入了新的活力。
Juice于2023年4月发射升空，预计将于2031年7月抵达目的地；而“欧罗巴快船”则于10月10日踏上征程。这两艘航天器将在木星系统中并肩作战三年之久，有望最终实现与2008年EJSM-Laplace计划相仿的宏伟蓝图。
迂回的太空之旅
不过，要飞往木星可没那么容易。木星与地球都在各自的轨道上绕太阳运转，两者间的平均距离约为7.7亿公里，而航天器所能携带的燃料量有限。为了节省燃料，任务规划人员计划让“欧罗巴快船”先掠过火星，然后再掠过地球，利用这两颗行星的引力作为“弹弓”，为探测器加速。
图片说明：“欧罗巴快船”前往木星的迂回路线
在经过5年半时间、29亿公里的飞行后，“欧罗巴快船”将启动发动机，于2030年4月进入木星轨道。当抵达木星时，探测器并不会直接绕欧罗巴运行，而是巧妙地环绕木星飞行。这期间，它将飞越欧罗巴近50次，并逐步构建起木卫二的全球扫描图。
在飞越过程中，探测器上搭载的磁场仪器将精准测定海洋的深度和盐度；质谱仪则能够“品尝”喷流物质并分析其成分；地面穿透雷达将穿透冰壳探测水体的存在；红外仪器将扫描表面以搜寻有机物质的蛛丝马迹并进行热成像。
九台科学仪器将为科学家全面揭示欧罗巴的海洋、地质结构以及当前活动状态提供强有力的支持，从而确定木星冰冷卫星欧罗巴的地下是否存在可能支持生命的环境，这也是NASA此次任务的核心目标。
数十年来，行星科学家们一直坚信像欧罗巴的海洋世界可能是生命的潜在栖息地。虽然“欧罗巴快船”无法直接探测到生命的存在，但它标志着人类首次专门对海洋世界进行深入研究并搜寻宜居迹象的壮举。如果未来能在欧罗巴上发现生命存在的任何迹象，那么后续可能会发射着陆器进行更为深入的探测。而“快船”在此次任务中收集的表面观测数据对于规划这一后续任务至关重要。
在这场寻觅外星生命的奇幻征途中，欧罗巴无疑是一个充满神秘与希望的目的地。随着“欧罗巴快船”的扬帆起航，人类距离揭开宇宙生命之谜的真相又迈出了坚实的一步。
参考信息
策划：刘鲲 张超 杨柳
审核：刘勇 中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使
