太阳系新知 05 | 欧罗巴的深渊

上期回顾

上一期我们说到，经过探测和各种证据分析，科学家们认为古老的火星上有可能存在生命

在讲述今天的科学故事之前，我想先跟你们说几句题外话。

一个科普创作者，必须把有一样东西看做是命根子，这样东西就是信源。什么是信源，对于科普创作而言，信源有广义和狭义两个概念，广义的信源就是信息的来源，我们在日常口语交流中一般都是指这个含义。而狭义的信源，也就是准确的概念是：数据、观点、事实的最初来源。注意，这里面的“最初”两个字很重要。如果较真的话，只要不是最初来源，都不能称之为信源。当然，需要较真的场合并不是很多。

大家在听科普节目，观看科普视频，阅读科普文章的时候，最需要注意的也是信源。你首先要关注的是内容中有没有提到信源，假如没有提到信源，只告诉你故事和结论，那么你就要存疑，不是说肯定有问题，而是不能无条件地相信。假如内容中提到了信源，那么你就要看这个信源是一手的还是二手的，然后再看这个信源的公信力以及可靠度如何。

比如说，这段时间我们讲的都是与天文和太空探索有关的事情。那么，在这个领域，美国宇航局 NASA 就是最好的一手信源，当然，除了美国，各个国家的官方科研机构也都是很好的一手信源。只有来自这些机构的官方消息，或者这些科研机构发表在有影响力的国际顶级学术期刊上的论文，才是我们最值得相信的。一个不注重信源的科普人是肯定走不远的，我深知这一点，因此，在这方面我从未放松过对自己的要求。而我要努力做到的是，我所讲述的故事素材都有可靠的信源。所以，我常常把我的文献助理牛牛小编往死里逼，逼她找到最可靠的一手信源。

好，我们开始今天的科学故事。

图：木卫二欧罗巴

今天要给大家讲的是太阳系中一颗神奇的星球——欧罗巴星，这颗星球最初是叫木卫二，为了让你充分了解 2016 年 9 月 27 日 NASA 宣布的重大发现的意义，让我先带着你简要回顾一下这颗迷人星球的探索简史。

400 多年前，伽利略把他自制的望远镜对准了木星，他发现有四颗明亮的小星星围绕着木星转。这四颗小星星是人类历史上首次在地球以外发现的行星卫星，这四颗卫星就被后人称为伽利略卫星。根据他们绕行轨道距离木星的远近，被依次编号为一、二、三、四，不过后来天文学家发现木星的卫星远不止四颗，还有很多卫星夹在这四颗大卫星轨道的中间（但因为名字早就约定俗成，所以也没法重新编号，就一直沿用下来了）。这四颗卫星每一颗都还有一个别名，其中第二颗被命名为 Europa，欧罗巴，希腊神话中的腓尼基公主。（如果知道另外三颗伽利略卫星的名字，请写在留言区）

1977 年，美国人发射了著名的旅行者 1 号和 2 号探测器。这两颗探测器在 1979 年成功地近距离飞掠过木星，而且对木星的四颗卫星都成功拍下了快照。这是人类第一次看到欧罗巴的表面的特征。尽管当时的旅行者号探测器携带的相机质量和今天的不好比，每 2 公里才能成一个像素，即便是这样，当天文学家们看到欧罗巴照片的时候还是感到震惊不已，因为他们此前从未看到过外表是这样的星球，甚至连想象都没有想象到过——欧罗巴的总体颜色竟然是迷人的白色，这个颜色本身就大大出乎意料，更有意思的是，白色的表面还布满了条纹，总体样子就像一个布满了裂缝的鸡蛋。

图片来源：https://zh.wikipedia.org/wiki/旅行者2号

有经验的天文学家一看到欧罗巴的照片，马上就意识到这颗星球不平凡。首先，这个颜色说明它的极有可能是一个大冰球，不是水冰就是干冰。要知道，如果我们回到 6、7 亿年前，从太空中看地球基本上就是这个样子，那时候的地球也是个大冰球，表面完全被冰雪覆盖。更耐人寻味的是欧罗巴表面的这些条纹，就更加令天文学家们遐想连篇，这些条纹可以做出各种各样的猜测。

但旅行者号的任务很重，要拜访的星球很多，所以，它拍了一张快照就与木星说永别了。为了揭开木星系统尤其是欧罗巴的众多谜团，美国宇航局批准了伽利略号探测计划。1995 年 12 月，飞了 6 年多的伽利略号探测器终于抵达木星轨道。这颗探测器非常长寿，对木星系统持续了 14 年的详细观测，我们今天对木星系统的大多数知识都来自于伽利略号探测器。

伽利略号详细考察了欧罗巴，一连串诱人的发现使得美国宇航局将 3 次飞掠欧罗巴的原计划增加到了 12 次。欧罗巴没有让天文学家们失望，它是太阳系中最耀眼的明星之一，值得几代人为她献青春。原因只有一个，欧罗巴有可能孕育生命。这个惊人的推测是如何得到的呢？让我给你讲一下伽利略号对欧罗巴的描述。

欧罗巴的体积是地球体积的 1.5%，质量是地球质量的 8‰，表面重力大约为地球的百分之一。但是，这么一个小个子蕴含的水量却是地球的 2 倍甚至更多。因为它其实是一个超级巨大的冰水混合球。最上层是一个薄厚不均的坚硬的冰壳，最薄的地方可能还不到 10 千米，平均厚度在 15-25 千米左右。在冰层之下则是深达一万多米的液态海洋，而且很可能跟地球一样，是含盐的咸水。这是因为伽利略号发现了欧罗巴的感应磁场，最方便的解释就是，欧罗巴的液态海洋是导电的咸水。欧罗巴表面的条纹是裂缝和峭壁，这说明欧罗巴有活跃的板块活动，它的内心很可能是温暖的。

讲到这里，可能有些听众很想知道，科学家们是如何确信欧罗巴 10 多公里厚的冰层下面是液态海洋的呢？证据当然不止一个。在这里，我给你展示一个最直观也是最具有说服力的证据。

点击下图，你可以看到伽利略号在欧罗巴的表面拍到的陨石坑照片 ▼

图片来源：

NASA 喷气推进实验室

（1998年3月25日）

图片来源：

NASA 喷气推进实验室

（1998年3月2日）

陨石坑的外形很特殊，与我们在月球或者其他岩石表面上看到陨石坑有一个显著的区别，欧罗巴上的陨石坑，中心是凸起的。大家见过用高速摄影机拍摄的把物体扔入水中的画面吗？你会发现，当一个物体掉入水中时，水坑的中心是会向上凸起的，与陨石坑的形态极为相似。

如果大家没有看到过这种奇妙的景象，可以观看下面的视频，就可以看到在高速摄影镜头中，物体和水是如何互动的，非常好看 ▼

这个陨石坑的形态被认为是欧罗巴厚冰模型的最佳证据。想象一下，一颗陨石猛地撞击到欧罗巴表面的厚厚冰层上，瞬时产生的高温融化了冰，形成了一个暂时的液态湖，在湖水的剧烈波动中，严寒又冻住了湖水，形成了这种独特的撞击坑形态。

现在大家明白了吗？为什么科学家们推测欧罗巴很可能孕育生命，就是因为欧罗巴有液态海洋，这是我们第一次在地球之外发现海洋，是一次划时代的重大发现。虽然这个海洋被厚厚的冰层覆盖着，没有一丝光亮，但别忘了，在地球一万米深的大洋深处，依然是一个生机勃勃的地方。既然地球可以在一万米深的海底孕育生命，别的星球为什么不可以呢？这个推测让一大波天文学家激动难眠，寻找外星生命永远是 NASA 的第一推动力。

不过，激动之后，还是要回归理性。一个显而易见的问题让科学家伤透了脑筋——如何才能钻透至少几公里厚的冰层，到欧罗巴的海洋中探索呢？要知道，哪怕是在地球上，一个几十人的小组带上全世界能找到的最精良的重型装备，要在南极钻入几千米深的冰层下面取样，也是一项极为艰巨的任务，更何况这是在距离地球五、六亿公里之外的欧罗巴啊。要想一窥欧罗巴的海洋，真的是比登天还难。

然而，令人万万没想到的是，峰回路转，柳暗花明。2014 - 2016 年一个科研小组利用哈勃太空望远镜的重大发现，让欧罗巴的海洋生命之谜突然变得触手可及，这就是本期节目一开篇提到的那次吊足人胃口的新闻发布会。

2016 年 9 月 26 日星期天，NASA 的官方推特上写到：星期一，我们将宣布一个来自木卫二欧罗巴的新闻。剧透警告：不是关于外星人的。推特上还付了一张欧罗巴的照片。

第二天，NASA 以视频电话会议的形式召开了一次新闻发布会，代表官方的是四位科学家，他们是NASA总部的天体物理学家保罗·赫兹（Paul Hertz），天文学家威廉·斯帕克斯（William Sparks），地球与大气科学家布兰妮·施密特（Britney Schmidt），戈达德太空飞行中负责哈勃望远镜的科学家詹妮弗·怀斯曼（Jennifer Wiseman）。当然，还有 NASA 邀请的各路媒体。新闻发布会持续了一个小时左右。我从网上下载了这次会议的实况录像，我和我的文献助理牛牛小编认认真真地听完了会议全程，牛牛小编还把所有人的发言整理成了中英文对照的文字稿，这花去了我们整整一天的时间。

发布会视频录像地址：

https://www.youtube.com/watch?v=DoUDxseG8xw

我想告诉你，这就是我之前提到的第一手信源，虽然对这次新闻发布会的二手报道很多，但可以看得出，不同网站的报道几乎全部出自同一篇新闻稿，也就是说如果最初的这篇新闻稿有疏漏或者错误，那么你会看到所有新闻网站都是这样报道的，你还以为这是互相印证呢。因此，一篇科普文章是否用心，很大程度上是看它选取的信源有多少是第一手的，有多少是第二手的，一般来说第一手信源越多的文章，可信度也就会越高。

好，我们回到这次新闻发布会。首先是来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家威廉·斯帕克斯（William Sparks）发言，他是这项研究的主要领导者。他开门见山地说道：

今天我们正在提出新的来自哈勃的证据，证明水蒸汽羽流从欧罗巴的冰面喷出。如果欧罗巴上出现了羽状物，肯定很重要，因为这意味着我们可以不必钻探一个无底洞就能探索欧罗巴的海洋，进而找到欧罗巴的海洋中的有机化学物质，甚至生命的迹象。

我再解释一下，斯帕克斯说，他们找到了非常重要的证据，说明欧罗巴的表面有巨大的喷泉，这些喷泉形成的羽毛状痕迹甚至能在遥远的地球都被看见。假如这个发现属实，那么最大的好消息就是，我们不必考虑在欧罗巴上钻探就能取到冰下海洋的水样了，说不定运气好就直接能发现欧罗巴的海洋生命。是啊，这想想就令人激动，假如欧罗巴的冰层下的大洋中有鱼，那么很可能会顺着喷泉口给喷出来。最差的情况，我们也可以顺着喷泉口放一个探测器下去。总之，免去了冰上钻探这个艰巨任务，显然可以让人类提前好几代人揭开欧罗巴海洋之谜。

那么，科学家们到底发现了什么样的证据呢？

其实，早在 2012 年，一个罗斯博士领导的团队，利用哈勃太空望远镜观测欧罗巴周围的光谱图像，结果，他们发现了氢气和氧气的光谱。于是，罗斯团队据此推断，欧罗巴有水汽喷出，因为这些水在电离作用下，分解成了氢气和氧气。正是罗斯团队的这个发现，激发了斯帕克斯的强烈兴趣。他从 2014 年开始，就陆陆续续利用哈勃望远镜的紫外线成像功能，给欧罗巴拍快照。我这话说起来容易，但真实的科学研究哪有那么简单，它跟普通人理解的拍照完全不是一个概念。

斯帕克斯的团队在一种被称为时间标记的模式中进行观察，他们需要记录图像中每个光子到达的位置和到达时间，然后从事件表中重建图像，其中包含了大约五千万个事件。他们还要为此开发专门的软件。这项工作耗去了 2 年时间，才最终得到了几张图像。你可以点开本期文稿，我附了两张照片，左边一张是斯帕克斯团队得到的图像，右边一张是 2012 年罗斯团队得到的图像。

左图：斯帕克斯团队图像

右图：罗斯团队图像

需要给你特别说明的是，这些照片必须是在欧罗巴从木星的表面掠过时拍摄，这时候以木星为背景，才能有光从欧罗巴的背面射过来，否则，仅仅靠反射太阳光，我们是不可能拍摄到欧罗巴的喷气羽流。

这两张照片虽然都是用哈勃望远镜拍摄的，但是他们采用的方法完全不同，因此可以看成是独立研究的成果。从照片上可以看出，重要的证据几乎出现在相同的位置，也就是南极附近，这就是非常好的交叉证据。

不过，斯帕克斯在发言的最后，还是用小心翼翼的口吻说：我们并没有声称已经证明了羽流的存在，而是提供了表明这种活动可能存在的证据，谢谢。

实际上，从另外三位科学家的发言中，我们可以听出，这次发现的证据已经是非常过硬的证据了。NASA 不轻易召开新闻发布会，凡是正式开发布会，那一般不会搞错。估计大家都会跟我一样，很想知道哈勃能不能进一步分析羽流的光谱，从而分析出更多的化学成分呢？

很遗憾，从其他科学家的发言中，可以很明确地证实，哈勃的能力有限，只能到这一步了，无法给出更多我们想知道的东西。但好消息是，取代哈勃的下一代太空望远镜，也就是詹姆斯·韦伯太空望远镜，将有能力告诉我们欧罗巴表面喷出的水汽中都有些什么。但坏消息是，詹姆斯·韦伯望远镜不断地推迟发射日期，说实话，我几乎每年都看到有消息说有望在明年发射，目前最新的说法还是“有望在明年发射”。

关于欧罗巴喷出的羽流，我们目前能够掌握的信息还很有限。首先，我们知道这种喷流是一种间歇泉，它喷发的地点和时间似乎是随机的，至少我们目前还没有找到规律。然后，喷出来的水量是多少，我们只能说，目前观察到的喷发量大约是每秒钟能喷出 5 到 7 吨水，也就是说 8 分钟就可以把一个奥运会标准游泳池的水喷完，这个量还是相当惊人的。但这并不意味着所有的间歇泉都有这个规模，我们隔着那么老远，当然是规模越大的间歇泉越容易被我们观察到。说不定在欧罗巴上遍布着大小不一的间歇泉，也说不定就像火山一样，要么不喷，一喷就是个大的，对此我们一无所知。

除了上面这些，对于欧罗巴的喷流，目前没有更多的信息了。尽管各路媒体刨根问底，问了很多问题，希望能从科学家嘴里多挖点料出来。但科学家们显然态度都很严谨，没有证据的事情一概不敢乱说，用词都很谨慎小心。

但是，我还是从科学家回答媒体的提问中得知了一个非常好的消息：美国宇航局正在实施一项名为“欧罗巴计划”的工程，目的是建造一颗探测器，专门用于飞掠欧罗巴喷射出的羽流，采集羽流的样本，从而揭开欧罗巴冰下海洋的秘密。我在网上查了一下，现在最新的说法是，该探测器也“有望在明年（2020年）发射”。

 “欧罗巴快帆”任务的高增益天线的全尺寸原型正在美国宇航局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心的实验测试范围内进行测试。 “欧罗巴快帆”任务预计将在21世纪20年代开始对木星的卫星欧罗巴进行详细探查。

好吧，虽然都是“有望发射”，但我对 2020 年还是相当的期待，你可以回顾一下我之前提到的有多少火星探测计划也都是有望在 2020 年发射的，就算这些计划中有一半都延迟，那也足够让 2020 年成为一个太空探索的大年，让我们一起期待。

好了，讲到这里，关于欧罗巴的探索故事就讲完了，但故事没有结局，只要人类文明还生生不息，那么所有的太空探索故事都是正在进行时。只要我还健康，我就会一直为大家讲这些激动人心的太空探索故事。

听完欧罗巴的故事，你是不是对欧罗巴感到非常的神往呢？但我想告诉你，欧罗巴的冰下海洋确实是人类发现的第一个地球以外的海洋，但不是唯一的一个。你可能不知道，欧罗巴的喷气羽流也不是 NASA 宣布的第一个外星球上的喷气羽流（我指的是水蒸气羽流）。欧罗巴一直在和另外一颗星球竞争最适合外星生命发生的地方，他们俩你追我赶，都拥有大批的支持者，但截止到今天，欧罗巴反而还落后于对手。

那你知道欧罗巴的对手是谁吗？这就是我下一期要给你讲述的科学探索故事，咱们下期再见。

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