木星的衛(wèi)星歐羅巴（又稱木衛(wèi)二）是太陽系中少數(shù)幾個可能擁有適合生命生存條件的行星之一。先前的研究表明，在其水冰殼下面是一個液態(tài)水咸海，海底是巖石質(zhì)的。然而，行星科學家尚未證實該海洋是否含有生命所需的化學物質(zhì)，特別是碳。
天文學家利用美國宇航局（以下稱NASA）詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的數(shù)據(jù)，在歐羅巴冰冷表面的特定區(qū)域發(fā)現(xiàn)了二氧化碳。分析表明，這種碳可能起源于地下海洋，并不是由隕石或其他外部來源提供的。此外，它是在地質(zhì)上最近的時間尺度上沉積的。這一發(fā)現(xiàn)對于木衛(wèi)二海洋的潛在宜居性具有重要意義。
“在地球上，生命喜歡化學多樣性——多樣性越多越好。我們是碳基生命。了解木衛(wèi)二海洋的化學成分將幫助我們確定它是否適合生命生存，” NASA 位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的杰羅尼莫·維拉紐瓦（Geronimo Villanueva）說，他是一篇論文的主要作者。描述研究結(jié)果的兩篇獨立論文。
“我們現(xiàn)在認為我們有觀測證據(jù)表明我們在木衛(wèi)二表面看到的碳來自海洋。這不是一件小事。碳是一種生物必需元素，”紐約州伊薩卡康奈爾大學的 Samantha Trumbo 補充道，她是分析這些數(shù)據(jù)的第二篇論文的主要作者。
NASA 計劃于 2024 年 10 月發(fā)射歐羅巴快艇 (Europa Clipper) 航天器，該航天器將對歐羅巴進行數(shù)十次近距離飛越，以進一步調(diào)查它是否具備適合生命存在的條件。
表層海洋連接
韋伯發(fā)現(xiàn)，在歐羅巴表面，二氧化碳最豐富的地區(qū)是塔拉地區(qū)——這是一個地質(zhì)年輕的地區(qū)，其地形通常被重新覆蓋，被稱為“混沌地形”。表層冰已被破壞，地下海洋和冰面之間可能發(fā)生了物質(zhì)交換。
特朗博解釋說：“哈勃太空望遠鏡之前的觀測顯示了塔拉地區(qū)存在來自海洋的鹽的證據(jù)。” “現(xiàn)在我們看到二氧化碳也高度集中在那里。我們認為這意味著碳的最終起源可能是內(nèi)海。”
“科學家們正在爭論木衛(wèi)二的海洋與其表面的連接程度。我認為這個問題一直是木衛(wèi)二探索的一大推動力，”維拉紐瓦說。“這表明，即使在鉆透冰層以了解全貌之前，我們也可能能夠了解有關(guān)海洋組成的一些基本知識。”
兩個團隊都使用韋伯近紅外光譜儀 ( NIRSpec )整體現(xiàn)場單元的數(shù)據(jù)識別了二氧化碳。該儀器模式可在直徑為 1,944 英里的木衛(wèi)二表面提供分辨率為 200 x 200 英里（320 x 320 公里）的光譜，使天文學家能夠確定特定化學物質(zhì)的位置。
二氧化碳在木衛(wèi)二表面并不穩(wěn)定。因此，科學家們表示，它很可能是在地質(zhì)上最近的時間尺度上提供的——這一結(jié)論得到了它集中在年輕地形區(qū)域的支持。
“這些觀測只花費了天文臺幾分鐘的時間，”天文學研究大學協(xié)會的海蒂·哈梅爾（Heidi Hammel）說，她是韋伯跨學科科學家，領(lǐng)導韋伯太陽系第一周期保證時間觀測。“即使時間很短，我們也能夠做真正的大科學研究。這項工作首次揭示了我們將能夠利用韋伯進行的所有令人驚嘆的太陽系科學。”
尋找羽毛
維拉紐瓦的團隊還尋找木衛(wèi)二表面噴出水蒸氣的證據(jù)。研究人員使用美國宇航局哈勃太空望遠鏡在2013 年、2016 年和2017 年報告了對羽流的初步探測。然而，找到確鑿的證據(jù)卻很困難。
新的韋伯數(shù)據(jù)顯示沒有羽流活動的證據(jù)，這使得維拉紐瓦的團隊能夠?qū)赡車娚涞奈镔|(zhì)的速率設(shè)定嚴格的上限。然而，研究小組強調(diào)，他們的未檢測到并不排除存在羽流。
“這些羽流總是有可能是變化的，你只能在特定的時間看到它們。我們只能百分百確信地說，當我們與韋伯一起進行這些觀測時，我們沒有在木衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)羽流。”哈梅爾說。
這些發(fā)現(xiàn)可能有助于為 NASA 的 Europa Clipper 任務以及 ESA（歐洲航天局）即將推出的木星冰衛(wèi)星探測器 ( JUICE ) 提供信息。
這兩篇論文將于9月21日發(fā)表在《科學》雜志上。
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