在木星冰冷的衛星歐羅巴上尋找生命變得更加困難

幾十年來，木衛二一直讓科學家著迷，因為其冰冷的表面下可能隱藏著巨大的液態水海洋。

這片埋藏的海洋使木星的冰衛星成為太陽系中最有希望研究地球以外是否存在適合生命生存的條件的地方之一。然而，由羅格斯大學科學家 Lujendra Ojha 領導的新研究表明，從木衛二深海獲取物質可能比之前想像的要困難得多。

在歐洲冰上測試一條可能的路線

在發表於的一項研究中 自然天文學奧賈和他的同事利用電腦模擬來研究木衛二全球海洋中的水是否可以透過破冰向上流動並積聚在地下水庫中。如果這些區域存在，未來的太空船將比下面的海洋更容易檢測到它們或對其進行採樣。

羅格斯大學藝術與科學學院地球與行星科學系副教授奧賈說：“我們想要解開的謎團是這趟旅程是否真的可能。” “液態水能從木衛二深海昇到海面而不一路結冰嗎？”

結果表明，從深海到上冰蓋的旅程比許多科學家想像的要短得多。

奧賈說：“有一個冰殼，下面有水，所有這些關於水如何從地下深處湧出並一路上不結冰的猜測。” “這就是我們認為我們真正反駁的。”

地表水可能有不同的來源

這個結論可能會對科學家如何解釋歐洲未來的發現產生重大影響。如果太空船在月球表面下方偵測到少量液態水，這些水庫可能不是月球深海中形成的水。相反，它們是在冰殼部分局部融化時形成的。

這種差異很重要，因為科學家被液態水、化學和能源的結合所吸引，而所有這些都是評估環境是否能支持生命的重要因素。深水比深埋海洋更容易研究。但如果這些水庫與海洋隔絕，它們可能無法深入了解歐洲最科學的環境。

Europa Clipper 和 JUICE 接近木星

這項發現是在兩項主要任務正在前往木星系統的同時進行的。 NASA 的木衛二快艇任務於 2024 年 10 月發射，預計 2030 年 4 月抵達木星。它將繞木星運行並飛越木衛二 49 次。歐洲太空總署的木星冰衛星探索任務稱為 JUICE，於 2023 年 4 月發射，計劃於 2031 年 7 月抵達木星。

預計這艘太空船將共同提供木衛二冰殼、表面化學和潛在地下水的更清晰圖像。歐羅巴快艇上的雷達可以幫助研究人員確定淺層水庫是否存在並顯示其大小和結構。

在木衛二寒冷的外表下，由於木星巨大的引力反覆拉伸和壓縮木衛二，全球海洋可能仍保持液態。這種運動會產生內部熱量，這些熱量被困在厚厚的冰殼下。

水可以透過裂縫上升嗎？

這項新研究著眼於堤壩，堤壩是一種狹窄的裂縫，理論上可以作為海水穿過冰層向上流動的通道。這個概念類似於熔岩在導致火山爆發之前穿過地球裂谷的方式。在冰凍世界中，水和冰的活動而不是熔岩的活動被稱為低溫火山作用。

Ojha 指出，這兩個過程之間的比較有明顯的限制。

「冰和液態水與我們在地球上看到的熔岩和火山有根本不同，」他說。 “我認為這裡缺少一些基本的物理知識，所以我想對此進行研究。”

以前的模型可能低估的因素之一是湍流。早期的模擬經常假設水會以相對平穩和有組織的流動方式從木衛二的冰中升起。羅格斯大學領導的研究表明，水會快速而混亂地移動，在裂谷的冷壁上反覆混合，並迅速將熱量傳遞給周圍的冰。

奧賈說：“水位將會上升，將會變得湍急。” “它將左右、上下、圓週運動。當這種情況發生時，液態水在接近表面時會非常非常快地冷卻。”

冰晶會擋住道路

隨著上升的水失去熱量，即使溫度降至正常冰點以下，它也會變得過冷並保持液態。在這種情況下，被稱為冰晶的小晶體就會開始形成。隨著時間的推移，這些晶體會堆積並堵塞裂縫。

根據模擬，狹窄的裂縫可以在幾個小時內閉合。在理想條件下，較大的裂谷可以輸送更多的水，但湍流甚至使這些條件變得不那麼有利。研究小組發現，移動足夠的水以在木衛二表面形成一些可見特徵將需要不切實際的長或異常多的破裂。

這些發現代表了木衛二的一個版本，其中任何淺層液態水可能是與全球海洋分開形成的。它可能不是從很深的地方向上移動，而是在局部受熱融化部分冰殼時形成的。