木卫二冰层下的浅层水可能使生命接近其表面

　　在木星冰冷的卫星木卫二的表面下，有一个深达100公里（62英里）的海洋，其体积是地球上所有海洋之和的两到三倍。更令人兴奋的是，这片海洋还受到了热液活动的影响，这意味着它可能拥有生命所需的所有必要成分。正因为如此，木卫二被认为是最有可能存在外星生命的地方之一（除了火星）。因此，天文学家和天体生物学家都渴望发射一项任务，以便更近距离地研究它。
　　不幸的是，木卫二冰冷的表面使得在其海洋中取样变得非常困难。根据两个主要的木卫二结构模型，其冰原可能有几百米到几十公里厚。幸运的是，斯坦福大学的一个研究小组的新研究表明，木卫二的冰壳内部可能有大量的水囊，表面的特征看起来非常像地球上的冰脊。
　　该研究小组由斯坦福大学地球、能源与环境科学学院（Stanford Earth）的博士生兼地球物理学家莱利·卡尔伯格（Riley Culberg）领导。斯坦福大学地球物理学副教授达斯汀·施罗德（Dustin Schroeder）也加入了他的讨论，还有NASA喷气推进实验室行星科学家的格雷戈尔·施泰因布吕格（Gregor Steinbrügge）。描述他们研究和发现的论文最近发表在了《自然通讯》杂志上。
　　正如他们在研究中解释的那样，这项研究的动机是他们的团队在斯坦福大学的一次演讲中注意到的相似性。在讨论木卫二的双脊时，地球物理学家莱利·卡尔伯格注意到这些地貌与他们在格陵兰岛北部广泛研究的地貌特征非常相似。2015年至2017年，作为＂冰桥行动＂（Operation IceBridge）的一部分，美国宇航局收集了该地区的探地雷达数据。＂冰桥行动＂是一项空中观测活动，对冰盖的生长和退缩进行地球物理研究。
　　这次调查证实了格陵兰岛西北部双脊的存在，并提供了它如何演变的细节。地球物理学家和冰川专家已经确定，当水从附近的表面湖泊排入冰盖内的不透水层时，这些特征就形成了。然后，它再次冻结并使上面的冰破裂，导致它被迫向上和向外扩张，在表面上创造了典型的双脊特征。
　　这种相似之处令研究小组感到惊讶，因为与木卫二的液态水地下海洋相比，地球陆地上的地下海洋是多么不同。地球物理学副教授达斯汀·施罗德表示：＂当我们第一次发现这些微小的双脊时，我们正在研究一些与气候变化及其对格陵兰岛表面的影响完全不同的东西，因此，我们能够看到这些脊从‘未形成’到‘已形成’的全过程。＂
　　上图：在1997年2月20日，美国宇航局伽利略任务拍摄的图像中，可以看到穿过木卫二（欧罗巴）表面的双脊。
　　在进一步的研究中，他们发现格陵兰岛的M形特征，可能是木卫二最显著地表特征的微缩版本。在木卫二上，双脊看起来像是横切表面的裂缝，峰顶高达近300米（1000英尺），被约800米（2625英尺）宽的山谷隔开。自从上世纪90年代伽利略号宇宙飞船拍摄了伽利略卫星的图像以来，科学家们已经知道了这些特征，从而产生了第一张详细的地表地图 。
　　然而，从那时起，科学家们就无法对这些特征是如何形成的，做出明确的解释。通过对＂冰桥行动＂收集到的雷达数据和木卫二的地球物理数据进行对比分析，研究小组构想出了一个可能的答案。地球物理学家莱利·卡尔伯格解释说：
　　＂在格陵兰岛，这个双脊形成于一个地方，地表湖泊和溪流的水经常流入近地表并重新冻结。 在木卫二上形成类似浅水袋的一种方式可能是，来自地下海洋的水通过裂缝被迫进入冰壳 —— 这表明冰壳内部可能发生合理数量的交换。＂
　　这些发现表明，木卫二的冰壳可能比以前认为的更加动态，经历了各种地质和水文过程。最近的其他发现也支持了这一观点，例如哈勃在2012年发现地表羽流活动，后来在 2018 年根据对伽利略数据的新分析证实了这一点。 动态冰壳模型与表面邻近天体的地下水和营养物质交换是一致的。
　　行星科学家格雷戈尔·施泰因布吕格表示：＂人们研究这些双脊已经超过20年了，但这是我们第一次真正能够在地球上看到类似的东西，并看到大自然的魔力。我们正在朝着了解哪些过程实际上主导木卫二冰壳的物理和动力学的方向，迈出了更大的一步。＂
　　上图：木卫二（欧罗巴）冰冻火山喷发的构想图。
　　这些＂口袋＂的存在，对＂欧罗巴快船＂任务来说是特别好的消息。这架机器人轨道飞行器（欧罗巴快船）将于2024年10月发射，2030年4月到达木星系统，并在接下来的四年里（除非有扩展）通过一系列的飞越，来检测木卫二的表面。除了分析木卫二表面的冰和羽流活动，它还将为可能的木卫二着陆器任务选择着陆地点。地球物理学副教授达斯汀·施罗德解释说：
　　＂因为它更靠近地表，在那里你可以从太空、其他卫星和木卫一的火山中获得有趣的化学物质，如果壳中有水袋，生命就有可能出现。 如果我们在格陵兰看到的机制是这些事情在木卫二上发生的方式，那就表明到处都是水。＂
　　与＂冰桥行动＂一样，＂欧罗巴快船＂也将依靠探冰雷达来研究木卫二冰盖的内部结构。该仪器被称为欧罗巴评估和探测雷达：海洋到近地表 (REASON)，由包括达斯汀·施罗德作为联合调查员的团队监督。 该仪器将使用无线电波检测水袋，因为水反射它们的方式是冰的1000倍。
　　这将允许 REASON 团队创建一个垂直剖面，绘制冰盖中水袋的分布图。卡尔伯格说：＂我们是众多假说之上的另一个假说，但我们的假说有一个优势，那就是我们的假说从地球上类似特征的形成过程中得到了一些观测结果来支持它。＂＂它为一个非常令人兴奋的发现打开了所有这些新的可能性。＂
　　上图：构想中的欧罗巴快船任务。
　　识别冰盖内潜在的宜居飞地也意味着，任何前往木卫二的天体生物学任务，都不需要进入地下海洋来寻找生命迹象。除了增加可访问性外，探索这些区域还极大地降低了污染木卫二内部海洋潜在生物圈的可能性。随着天体生物学任务的进展，确保我们遇到的任何外星生命的安全， 将是至关重要的。
　　行星科学家格雷戈尔·施泰因布吕格补充说：＂这令人兴奋，如果在冰层中有大量的水，这意味着什么？这意味着，木卫二的冰层非常活跃。它可以促进海洋表面和地下的交换过程。它可能是双向的。＂
　　这项研究再次表明了，对地球和其他太阳系行星的研究之间的重要联系。施罗德说：＂这项研究将帮助我们利用地球了解我们在木卫二上会看到什么，或者，当我们到达木卫二时，帮助我们解释我们在那里看到的东西。＂
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