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木星的四顆“伽利略衛星”，從左到右分別為木衛一、木衛二、木衛三、木衛四

北京時間8月6日，耗資25億美元的美國“好奇號”探測器成功降落火星，對這顆紅色星球是否適宜生命存活展開了新一輪的探索。
不過在太陽系中，火星并非尋找地外生命的唯一希望。綜合考慮生命生存所需的基本元素、熱量、液態水，以及相對穩定的環境等條件，更遙遠的木星軌道上還有其他有力候選者。
1610年，天文學先驅伽利略用自制望遠鏡發現了木星的四顆衛星，這也是人類首次得知除地球外的其他行星也有“月亮”。四百年來，已有66顆木星衛星被發現，四顆伽利略衛星在其中依然鶴立雞群，也都是整個太陽系里數得著的大衛星。
當然，木星自己更是太陽系行星中的巨人，體積足有地球的1321倍，質量是其他七大行星總和的2.5倍還多。在拉丁文與英文中，木星被稱為“朱庇特”，即希臘神話中眾神之王宙斯的羅馬名字。現實中，木星與其衛星則構成了一個獨特的系統，被天文學家譽為“小太陽系”。宙斯是個風流倜儻、艷遇無數的神，四顆伽利略衛星也都以和他“有染”的美人命名。
上世紀70年代以來，共有6個探測器到達過木星軌道，尤其是美國“伽利略號”從1995年起連續工作了8年，今天人類對“四大美人”的了解主要來自于它。其中三顆具有豐富的液態水，也尤為吸引天文學家的目光。

木衛二：冰海公主


木衛二表面模擬圖，有觀點認為地球上的南極冰湖可能與之相近，但寒冷程度遠遠不如

木衛二芳名“歐羅巴”（Europa），即希臘神話中被宙斯誘拐的腓尼基公主，今天歐洲大陸的名字就源自這段傳說。它也是目前除火星外，太陽系中存在地外生命呼聲最高的一顆星球。
木衛二是四顆伽利略衛星中最小的，直徑3121千米與月球相仿，外表卻迥然不同。木衛二的表面有數量眾多、不斷變化的裂縫，不過總體上仍非常光滑、明亮，既缺乏隕石撞出的環形山，也沒有內部地質運動產生的火山。這暗示著，它的表面并不是陸地，而是厚厚的冰層。
像地球一樣，木衛二也分為核、幔、殼三層結構。今年年初，中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽的研究團隊根據“伽利略”探測器的數據，分析木衛二的引力場后認為，其最外部的海洋和冰層共166公里厚，質量則占到整顆星球的10%。也就是說，木衛二上的水總量多達4.8億億噸，是地球的3倍以上！再加上木衛三和木衛四，人類未來考察木星系時，恐怕最不缺的就是水了。
遠離太陽的木衛二寒冷無比，表面平均只有約零下170攝氏度，液態水是如何形成的呢？這要歸功于木星強大的引力場，它產生的潮汐力可以成為木衛二內部的熱量來源，同時在表面冰層“撕”出裂縫，乃至形成噴發的“冰火山”。再加上木衛二內核可能也有放射性元素衰變釋放熱量，從而能在地幔與冰層之間維持一個液態水世界，為生命誕生提供條件。
近幾十年來，科學家在地球深海海底發現了一種無需陽光的生態系統——熱液噴口，各種微生物和魚、蝦、蟹、蠕蟲等完全依靠地球內部釋放出的熱量和養分，食物鏈低端的部分細菌甚至無需氧氣。科學家認為，木衛二海底也可能存在類似的熱液噴口生態。

木衛三與木衛四：迥異“雙胞胎”

四顆伽利略衛星的剖面顯示圖，可見木衛四（右下）是其中惟一沒有明顯核、幔、殼分層的

木衛三“甘尼米德”（Ganymede）以被宙斯擄走、后成為眾神侍者的美少年命名（就是十二星座中的水瓶座，也是伽利略衛星中唯一以男性命名的），以5268千米的直徑成為太陽系中最大的衛星，也超過水星；木衛四“卡利斯托”（Callisto）則是一名被宙斯強暴的仙女，后被嫉妒的天后赫拉變為一只熊，也就是大熊座，直徑約4821千米。
這兩顆衛星大小相近，都由水冰與巖石構成，都可能有液態水構成的地下海洋，以及稀薄的大氣，但除此之外差異明顯：木衛三地貌更年輕，內核和地幔分層清晰，而且是太陽系中唯一有磁場的衛星。木衛四的表面則像月球一樣密密麻麻遍布隕石坑，內部也是亂七八糟混雜一團。
今年1月發表在《自然》上的一項研究認為，這兩顆衛星在成長中分道揚鑣，是因為木衛三“挨打”更多——木星的質量大、引力大，能像吸塵器一樣吸引來自太陽系邊緣的彗星撞擊自己，其中一部分彗星也會撞在衛星上。木衛三離木星較近，受撞擊的概率更高，彗星撞擊時的動能也更大，于是被“修理”出了一個由放射性物質組成、更活躍并能散發熱量的內核。
正是因為內部熱量較多，科學家認為木衛三上存在生命的希望更大一些。不過“伽利略號”的觀測表明，覆蓋其地下海洋的冰層可能比木衛二還厚，達200千米，是地球南極冰蓋平均厚度的80多倍。
木衛四也有自己的長處：它離木星比其他三顆更遠，受到的輻射較少，引力也最低，因此被視為未來人類開發木星系統的最佳基地。

木衛一：狂暴星球

遍布火山與熔巖，木衛一的尊容或許難稱美觀

木衛一是離木星最近的伽利略衛星，直徑3630公里，略大于月球，其名“伊娥”（Io）是一位河神的女兒。宙斯占有她后為欺騙赫拉而把她變為小母牛，但赫拉仍對她百般折磨，一直追到埃及才讓她恢復人形。直到20世紀末科學家才知道，以如此柔順可憐的女子命名的木衛一，卻是太陽系行星和衛星中最“狂暴”的。
1970年代初，美國“旅行者號”探測器傳回資料顯示，木衛一表面至少有數百個火山口，其中一些仍然活躍，噴發出硫磺、二氧化硫和硅酸鹽等物質，噴發物可高達500千米，落地后形成了紅、黑、白等斑斕色彩。數千米高的火山，熾熱的硫湖，數百千米長的熔巖流，迄今仍不斷改變著木衛一的面貌。
與太陽系的其他衛星相比，木衛一的內部成分與地球最為接近。但其火山的主要能量并非來自內部，而是因為這顆衛星的軌道非常特殊，能與木衛二、木衛三發生共振，同時還受到木星的巨大潮汐力影響，星體不斷發生劇烈的扭動、變形，從而產生強烈的地質活動。
活躍的火山、硅酸鹽為主的巖石、外加稀薄的大氣層，這些都與地球形成初期的情況非常相似，只是由于過度蒸發而只有極少的液態水。加之木衛一的星體表面和大氣層完全處于木星的強烈磁場“蹂躪”之下，輻射水平非常高，因此目前認為木衛一基本不適合生命存活。

“探木”難度遠超“探火”幾個數量級


太陽系的第二大衛星——土衛六“泰坦”，也是可能存在地外生命的熱門，甚至被認為很像地球。它有氮和甲烷組成的稠密大氣層，可以形成風云雷電；地面則有山脈、沙丘，以及甲烷和乙烷構成的液態湖泊。雖然沒在表面找到水，但近期一項研究表明它可能也在地下擁有一個液態海洋。圖為土衛六的合成照片。
除了土衛六，土星的另一顆衛星土衛二“恩克拉多斯”近年也被發現有火山和液態水，引起了科學家們的關注。不過，土星比木星還要遠離太陽系中心，除了2005年起工作至今的卡西尼號探測器，目前各國都沒有新的土星系探測計劃。

其實，尋找地外生命，首先是尋找“適合生命存在”的宜居行星，對此目前還是以地球生命的生存條件為評判標準。與迄今仍未證實有液態水的火星相比，伽利略衛星尤其是木衛二在這方面具有優勢，可能有類似地球深海海底的生態環境，但前往木衛二尋找生命的難度要高出幾個數量級。
首先是木星屬于外行星，距離地球遠得多，比如去年升空的美國“朱諾號”探測器，要花5年時間才能抵達木星軌道。遠離太陽，對太陽能電池的工作效率是嚴峻考驗，而核動力電池體積又較大；此外木星還有強大的磁場和輻射，會影響電子設備的運轉。迄今為止，“伽利略號”是人類惟一曾在木星軌道上進行長期工作的探測器，在它2003年“壽終正寢”后一直處于空白期。
其次是在登陸衛星表面后，探測器先要鉆透厚達數十、上百千米的冰層，再潛入近乎一無所知的冰下海洋，在地球南極大陸鉆幾千米的冰蓋都并非易事，而在太空中跋涉數年到達遙遠的外星球，用體積、重量嚴格受限的探測器完成這些工作，難度可以想見。還有就是必須確保探測器不能攜帶任何地球上的微生物，以防造成污染。為應對可能的突發情況，探測器最好還得有較強的人工智能水平，能夠“自己作主”完成導航、取樣、返回和躲避危險……因為信號以光速在地球與木星軌道傳遞一趟，至少也要半小時以上。
目前，除了以探測木星本身為主的“朱諾號”，歐洲也在進行用于研究木星系衛星的JUICE計劃，準備在2022年發射探測器，它們仍將是在太空軌道上工作。至于如何在衛星表面著陸并鉆探、取樣，僅有一些理論上的設想，憑現有的科技水平還難以實現。實際上，至今為止就連木衛二、木衛三表面的清晰圖像都還沒有獲得，即便現在就能造出能用的探測器，也無法確認這兩顆星球是否具備探測器著陸的條件。至少在本世紀中期以前，人類恐怕還無法窺進這些遙遠的外星地下海洋。

（本文得到了中國科學院紫金山天文臺研究員季江徽的幫助，在此表示感謝！同時發表于中國科技網http://www.stdaily.com/special/node_9889.htm）

血花刀剪 2014-07-14 00:10:53