研究：木衛(wèi)二的鹽水正將氧氣帶入冰下海洋 可能用于支持生命

歐羅巴是否能在其地表下的海洋中維持生命是非常有爭(zhēng)議的，在美國宇航局將Europa Clipper 送到那里之前，這個(gè)爭(zhēng)論基本上是停留在中立狀態(tài)。前往歐羅巴的任務(wù)必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，美國宇航局的部分設(shè)計(jì)基于科學(xué)家希望Clipper解決哪些具體問題。

美國宇航局在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)考慮到了大問題，但他們只能回答較小的、具體的問題。因此，科學(xué)家們正在研究歐羅巴的不同方面，并進(jìn)行模擬，以微調(diào)他們需要該任務(wù)提出的問題。

氧氣是這些問題中的一個(gè)核心。它可能是了解歐羅巴可居住性的最后一環(huán)。

歐羅巴有，或者說研究人員認(rèn)為它有，大部分生命維持自身所需的東西。水是主要成分，而且它的地下海洋中有大量的水。歐羅巴的水比地球的海洋還要多。它還擁有所需的化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。生命需要能量，而歐羅巴的能量來源是來自木星的潮汐折曲，它加熱其內(nèi)部并阻止海洋凍結(jié)成固體。對(duì)大多數(shù)科學(xué)家來說，這些都是相當(dāng)公認(rèn)的事實(shí)。

這顆冰凍的衛(wèi)星表面也有氧氣，這是另一個(gè)耐人尋味的可居住性的暗示。氧氣是在太陽光和來自木星的帶電粒子撞擊月球表面時(shí)產(chǎn)生的。但是有一個(gè)問題：歐羅巴的厚冰層是氧氣和海洋之間的障礙。歐羅巴的表面是冰凍的，所以任何生命都必須在其巨大的海洋中。

氧氣如何才能從表面進(jìn)入海洋？

根據(jù)一封新的研究信，歐羅巴冰殼中的鹽水池可能正在將氧氣從表面輸送到海洋中。這封研究信的主要作者是Marc Hesse，他是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jackson地質(zhì)科學(xué)學(xué)院地質(zhì)科學(xué)系的教授。

這些鹽水池存在于冰殼中一些地方，由于海洋中的對(duì)流，一些冰會(huì)融化。歐羅巴的著名的混沌地形在這些水池上方形成。

混沌地形覆蓋了歐羅巴冰凍表面的大約25%。混沌地形是山脊、裂縫、斷層和平原錯(cuò)綜復(fù)雜的地方。目前對(duì)混沌地形的確切原因還沒有明確的認(rèn)識(shí)，盡管它可能與地表下不均勻的加熱和熔化有關(guān)。歐羅巴的一些最具代表性的圖片突出了這種奇怪的美麗特征。

科學(xué)家認(rèn)為歐羅巴的冰層大約有15到25公里（10到15英里）厚。2011年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，歐羅巴上的混亂地形可能位于冰層下3公里（1.9英里）的巨大液態(tài)水湖之上。這些湖泊并不直接與地表下的海洋相連，但可以排入它們。根據(jù)這項(xiàng)新研究，鹽水湖可以與地表氧氣混合，隨著時(shí)間的推移，可以向更深的地表下海洋輸送大量的氧氣。

“我們的研究使這一過程進(jìn)入了可能的領(lǐng)域，”Hesse說。“它為被認(rèn)為是歐羅巴地下海洋可居住性的突出問題之一提供了一個(gè)解決方案。”

研究人員在他們的模擬中展示了氧氣是如何通過冰層運(yùn)輸?shù)摹：醯柠}水在孔隙度波中移動(dòng)到地下海洋。孔隙度波通過瞬間擴(kuò)大冰中的孔隙，然后迅速地再次密封起來，將鹽水運(yùn)過冰。幾千年來，這些孔隙度波將富含氧氣的鹽水運(yùn)送到海洋中。

混沌地形和氧氣運(yùn)輸之間的關(guān)系并不完全清楚。但科學(xué)家們認(rèn)為，由潮汐加熱引起的對(duì)流上升氣流部分融化了冰，表現(xiàn)為表面上錯(cuò)落有致的混沌地形。鹽水下的冰必須是融化的或部分融化的，富氧鹽水才能排入海洋。“為了使這些鹽水排出，下面的冰必須是可滲透的，因此是部分融化的。”作者寫道：“以前的研究表明，潮汐加熱使歐羅巴冰殼對(duì)流部分的上涌溫度增加到純冰的熔點(diǎn)。”

歐羅巴的表面是嚴(yán)寒的，但還沒有冷到可以迅速重新凍結(jié)，以至于氧氣無法在鹽水中運(yùn)輸。在月球的兩極，溫度從未超過零下220攝氏度。但模型的結(jié)果"......表明表面的再凍結(jié)速度太慢，無法阻止鹽水的排出，也無法阻止氧化劑輸送到內(nèi)部海洋。"雖然歐羅巴的表面冰層被凍成了固體，但其下的冰層是對(duì)流的，這就推遲了冰凍。而且一些研究表明，海底可能是火山。

該研究稱，在歐羅巴表面吸收的氧氣約有86%進(jìn)入海洋。在這顆衛(wèi)星的歷史上，這一比例可能發(fā)生了很大的變化。但是研究人員的模型所得出的最高估計(jì)值創(chuàng)造了一個(gè)與地球非常相似的富氧海洋。是否有生命生活在冰下？

共同作者Steven Vance說：“想到某種有氧生物就生活在冰下，這很誘人。”他是美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的研究科學(xué)家，也是其行星內(nèi)部和地球物理學(xué)小組的主管。

Kevin Hand是對(duì)歐羅巴、其生命潛力和即將到來的Europa Clipper 極感興趣的眾多科學(xué)家之一。Hand是美國宇航局/JPL的科學(xué)家，其工作重點(diǎn)是歐羅巴。他希望Hesse和他的研究人員已經(jīng)解決了這顆冰凍衛(wèi)星海洋中的氧氣問題。

他問道：“我們知道歐羅巴的表面有像氧氣這樣有用的化合物，但是這些化合物是否能進(jìn)入下面的海洋，讓生命能夠使用它們？在Hesse和他的合作者的工作中，答案似乎是肯定的。”

Europa Clipper 能提出什么問題，可能證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)？

Europa Clipper 是第一個(gè)專門針對(duì)歐羅巴的任務(wù)。研究人員認(rèn)為他們知道許多關(guān)于歐羅巴的事情，但還沒有能夠證實(shí)。Clipper的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)三個(gè)更大的目標(biāo)。

調(diào)查海洋的組成，以確定它是否具有維持生命的必要成分。

調(diào)查這顆衛(wèi)星的地質(zhì)，以了解其表面是如何形成的，包括混沌地形。

確定冰殼的厚度以及冰殼內(nèi)部和下面是否有液態(tài)水。他們還將確定海洋與表面的互動(dòng)情況。海洋中是否有任何東西通過外殼上升到頂部？是否有任何來自地表的物質(zhì)向下進(jìn)入海洋？

最后一點(diǎn)是關(guān)于氧氣從表面到海洋的潛在運(yùn)輸。Europa Clipper 將攜帶10個(gè)儀器，它們將共同解決這些問題。

當(dāng)涉及到歐羅巴上的氧氣運(yùn)輸時(shí)，MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa（MASPEX）特別有趣。

“MASPEX將從歐羅巴附近的氣體中獲得關(guān)鍵的答案，例如歐羅巴的表面、大氣和疑似海洋的化學(xué)成分，”該儀器的網(wǎng)頁解釋道。“MASPEX將研究木星的輻射如何改變歐羅巴的表面化合物，以及表面和海洋如何交換物質(zhì)。”

MASPEX，以及Europa Clipper 的其他儀器，可能會(huì)證實(shí)氧氣從表面到海洋的運(yùn)輸，如果那里有生命的話，生命可以使用它。但是人們必須等待一段時(shí)間。Europa Clipper計(jì)劃于2024年10月發(fā)射，直到5.5年后才會(huì)到達(dá)木星系統(tǒng)。一旦到達(dá)那里，其科學(xué)階段預(yù)計(jì)將持續(xù)4年。因此，可能要到2034年研究人員才能得到所有的數(shù)據(jù)。