木衛二也許能自己發光

木衛二也許能自己發光木衛二厚厚的冰蓋之下,可能蘊藏著一個幽深的海洋,而這里可能是地球之外最有可能存在生命的地點之一。
圖源:NASA/JPL-CALTECH/SETI INSTITUTE

撰文:MAYA WEI-HAAS
 
木星身旁可能存在一盞“小夜燈”,那就是在黑暗中閃耀的一顆衛星。
 
正如陪伴著地球的月球一樣,木星的衛星木衛二(Europa)朝向太陽的一面也非常明亮。不過,我們的月球的背面卻籠罩在黑暗之中,正因如此,我們才能看到月圓月缺,甚至能看到它從視野中消失不見。如今,科學家在實驗室試驗發現,木衛二的背面也許能發出可見的綠色或藍白色的光,其原因在于木星強烈磁場持續的輻射。該研究近日發表在了《自然天文學》期刊上。
 
“站在木衛二上觀看,將會如仙境一般。”該研究論文的第一作者、美國宇航局噴氣推進實驗室的天體物理學家Murthy Gudipati說。
 
研究團隊測試了被認為殘留在木衛二表面的含有各種不同鹽分的冰,發現影響輝光中顏色強度的鹽分的確切構成。這意味著,如果木衛二的表面確實能發光,未來的探測器或將能對木衛二黑暗一側的輝光進行研究,從而破解其復雜的化學成分。這反過來又有助于解開木衛二冰蓋之下海洋(幽深且可能適宜生命居住)的成分。
 
今后幾年,兩個探測器將會踏上漫長的征途去近距離觀測:美國宇航局的“木衛二快艇號(Europa Clipper)”和歐洲航空局的“木星冰凍衛星探險者(JUICE)”。“木衛二快艇號”項目科學家Curt Niebur評述,這項新論文給科學家解密木衛二表面復雜化學成分提供了“新的工具”。
 
他說:“此外,如果木衛二表面確實能發光,那就太酷了。”
 
咸咸的驚喜
 
伍珀塔爾大學研究天體粒子的物理學者Anna Pollmann介紹,20世紀50年代起,科學家就知曉純水冰暴露在輻射之下會發光。當電子與冰里的分子碰撞,它們會傳遞一小部分能量。這些“被喚醒”的分子無法長時間維持這一狀態,于是以光的形式釋放出能量。
 
Anna Pollmann是這篇新論文的審稿人之一。他利用南極洲冰層中這些微弱的亮光來尋找可能落入地球的宇宙粒子。但是,地球濃厚的大氣層和磁場屏障將大部分入侵的輻射阻擋在外,從而使這些冷光閃現現象十分罕見。
 
與之相反,木衛二幾乎沒有大氣層,而且處在木星狂暴磁場的影響之下。Niebur介紹,木衛二表面的輻射肆虐,如果一個人不設防護地站在木衛二上,將在10到20分鐘內死亡。
 
Gudipati及其同事們起初計劃研究這種輻射對木衛二冰蓋性質的影響,這對于我們未來運送著陸器前往至關重要。他們設計了一種儀器,能讓他們從安全的距離用電子束轟擊冰塊,并進行追蹤。Gudipati給這臺儀器取名為“冰-心(ICE-HEART)”,全稱是木衛二高能電子與輻射環境測試儀(Europa High-Energy Electron and Radiation-Environment Testing)。
 
當他們把電子束射向一個純水冰塊時,冰塊發出的輝光引起了他們的注意。之后,他們把純水冰塊換成了氯化鈉冰,輝光非常微弱。Gudipati及其同事們以為哪里出了錯,再次進行試驗,還是沒有發出亮光。
 
Gudipati說:“對我們而言,那是一個頓悟的時刻。”
 
針對木衛二表面可能存在的各種鹽分,他和團隊成員都進行了一系列試驗。一些鹽,如碳酸鹽,似乎能使輝光變暗。但是,另外一些鹽,如鎂鹽,卻能使輝光增強。構成輝光的各種色彩的強度也會發生變化。例如,氯化鈉能恒定地發出綠光,而硫酸鹽則會呈現偏紅色。
 
試驗結果表明,不同鹽類的存在將影響任何可能來自木衛二表面的光線。這一特征可能“幫助我們通過不同的眼睛來觀察木衛二,”他說。
 
新知拾遺
 
Gudipati及其團隊的計算表明,木衛二的輻射很可能足以產生足夠的亮光使木衛二快艇號上的照相機看到。不過,Niebur提醒說,這事也不一定板上釘釘,“畢竟那臺相機還正在制作當中。”
 
但是,如果木衛二確實能自己產生亮光,那么,我們或許能了解到一些非常激動人心的新知。歐洲航天局的行星科學家Ines Belgacem專門從事研究冰凍星球的表面。他說,這一研究方法還可以用于研究木星其他幾個冰凍的衛星,比如木衛三。
 
弄清冰蓋中的物質成分,還有助于弄清下方可能存在的海洋的化學成分。木衛二表面冰層的穩定擴張,以及水羽流噴射的跡象表明,在地質時間尺度上,無論下方有任何液體,這些液體都在向上滲出。與此同時,部分冰蓋還正在緩慢地沉入下方的海洋。因此,了解地表的成分,或許是弄清地下深處是否存在生命以及生命如何存活的關鍵線索。
 
“關于這顆衛星,我們還需要了解的還有太多、太多。”
 
自從20世紀90年代的伽利略號任務至今,還沒有任何一個探測器曾仔細研究過木衛二,因此很難填補關于它的知識空白。不過,木衛二快艇號和木星冰凍衛星探險者號探測器可能很快就能傳回答案,而本項研究又為其增加了可能性。
 
Belgacem說:“抵達之前我們知道的越多,對我們獲取科學知識就越有利。”
 
(譯者:Mike-Gao)
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