歐羅巴快船加速前進：到木星的衛星上搜尋生命的跡象

圖為美國航空航天局（NASA）的歐羅巴快船飛過火星的藝術概念圖，該航天器將利用火星的引力加速前往目的地：環木星軌道。圖源：NASA/JPL-加州理工學院

導讀：

木衛二，又稱歐羅巴，是木星的一個衛星。當越來越多的觀測證據支援歐羅巴上可能有生命的存在，科學家們決定傳送一個航天器近距離探測一番。

3月1日，這個航天器，也就是歐羅巴快船（Europa Clipper），抵達了距離火星最近的地點。在這裡，歐羅巴快船可以藉助火星的引力加速趕往目的。

瞿立建 | 撰文

3月1日，人類向其他行星發射的最大的航天器——歐羅巴快船（Europa Clipper），抵達距離火星最近的地方。不過，歐羅巴快船的目的地卻不是火星，它只是藉助火星的引力加速趕往目的地：環木星軌道，去那裡完成最令人激動的航天任務之一：尋找木衛二上生命的跡象。

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地外生命的“希望”之星‍‍‍‍‍

對於天文學家來說，木衛二是一個特別的存在。

根據天體生物學一般觀點，一顆星球上有生命存在，至少要滿足三個條件：

存在液態水
存在生命分子所需的化學元素
有能量輸入

這些條件，木衛二看起來全都具備。

作為首次使用望遠鏡來觀測天文的研究者，伽利略發現了木星的四顆衛星，時間在1609年年底至1610年初期間。之後不久，這四顆衛星被分別命名為“艾奧”、“歐羅巴”、“蓋尼米德”和“卡里斯托”，名字源於希臘神話的人物，統稱為伽利略衛星，依次為木衛一、木衛二、木衛三和木衛四。木衛二即歐羅巴。

從1950年代至1970年代初，天文學家基於地面望遠鏡的伽利略衛星反射光光譜的資料，推斷並確認歐羅巴表面覆蓋一層冰。[1]

1973年之後，人類航天器開始飛抵木星系統，對其進行更直接的天文觀測。1979年抵達木星系統的旅行者（Voyager）1號和2號發回了木衛二的高畫質照片，顯示木衛二的表面比地球的月亮更明亮，而且還很平，沒有高山深谷，沒有大的隕石坑。這些資訊，均說明木衛二是個年輕的星球。與此同時，木衛二也並非光滑如鏡，還有很多裂縫和隆起，說明它地質活動活躍。[2]

木衛二表面冰層如碎裂的拼圖。圖源：NASA

1989年，美國發射升空伽利略號探測器，專門用於研究木星及其衛星。伽利略號探測器於1995年進入木星軌道。

從伽利略號探測器拍的照片分析，木衛二上有移動的“冰山”，這個現象最合理的解釋是，木衛二的冰層之下有水。

伽利略號探測器對木星系統的磁場測量表明，木星可以在木衛二中產生一個次級磁場，類似於變化的磁場在導體球中感應出磁場[3]，這說明木衛二冰層下要麼是金屬，要麼是鹽水，即海洋。後者顯得更為合理。

但是，木衛二表面溫度低至-160℃，怎麼會有液態水呢？

天文學家們分析，木星和其他幾顆伽利略衛星的潮汐力會把木衛二拉來扯去，在木衛二內部產生巨大的熱量（類似曲別針經反覆彎折而變熱），木衛二內部的火山活動也會放出熱量，將內部的冰融化，形成液態的海水。木衛二表面冰層之下的海洋覆蓋整個星球，水總量是地球海洋的2倍[4]。

液態水是生命得以存在的首要物質要求，而木衛二最不缺的就是液態水。

但若像地球那般存在生命，只有水還是不夠的，還需要構建生命的化學元素，如碳、氫、氧、氮、磷、硫等，這些元素結合成生命必不可少的有機分子。

那麼，木衛二上有沒有這些元素呢？

木衛二的火山活動和潮汐加熱，或許會給岩石層、海洋、冰殼帶來物質交換，使海洋中含有生命必需的化學元素。木衛二海洋中有哪些化學元素？有沒有有機分子？這些問題，都還需要進一步研究才能確認。

所有形式的生命的維持，都需要能量輸入。對於地球生命來說，能量的終極來源是太陽光。

如果木衛二上有生命，那麼它們不大可能生活於冰上，因為木衛二表面一直遭受著高能輻射的轟擊，使生命難以生存。

不過高能輻射或可為冰層下可能存在的生命提供燃料。天文學家們猜測，高能輻射可將木衛二極端稀薄的大氣中的水分子分解為氫氣和氧氣，氧氣分子滲入到冰層之下，與其他元素反應，釋放化學能，供應給可能存在的微生物。

高能輻射使木衛二冰層之上成為生命荒原，但或能給冰層之下的生命提供燃料。圖源：NASA

木衛二海底岩石可能會有類似地球海底的熱泉環境。海底火山爆發後會留下海底裂縫。冷海水沿海底裂縫向下滲流，會受到更下層的岩漿加熱，然後被反噴回海底而形成深海熱泉。地球的深海熱泉區域是個充滿生機的地方，甚至還可能是地球生命的起源地。木衛二如果有海底熱泉的話，那裡可能是個適合生命的所在。

木衛二到底有沒有生命呢？科學家們決定傳送一個航天器近距離探測一番。

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歐羅巴快船的使命

2003年，完成使命的伽利略號，為避免將從地球帶去的微生物汙染木衛二可能存在的生命，壯烈地撞向了木星。

伽利略號任務結束之後，NASA籌備了雄心勃勃的木星冰月軌道器計劃，探測木星的三顆行星大小的衛星——木衛二、木衛三和木衛四。不過，這項計劃在2005年被取消。

之後，NASA提出了木星冰月軌道器的低成本版，於2015年獲得批准，並於2017年命名為歐羅巴快船（Europa Clipper）。它裝備有一對太陽能電池板，展開之後看起來像帆船一樣。這時的歐羅巴快船，有一個籃球場那麼大，是NASA向其他行星傳送的最大的航天器。

值得注意的是，歐羅巴快船將會被髮射到環木星軌道上，掠過木衛二時對其進行探測，而不是被直接傳送到木衛二軌道。

這是因為，木衛二附近有木星的強磁場，還有強烈的粒子輻射[5]，將使得飛船上的電子裝置在幾個月內被毀掉。

沿著環木星軌道，歐羅巴快船將每隔幾周掠過木衛二一次，然後飛到安全的所在，向地球傳輸資料。

歐羅巴快船透過各種儀器來收集木衛二上的資料，包括可見光相機、紅外相機、紫外光譜儀、分光計、磁強計、等離子體測深儀、雷達、質譜儀、表面塵埃分析儀等九種儀器。這些儀器將以每畫素50釐米（20英寸）的解析度拍攝木衛二表面的影像，分析其大氣和海洋的成分，檢視是不是有氨基酸、託林等有機分子，進而推斷生命存在的可能性有多大。

更準確地說，歐羅巴快船並不只是尋找生命的跡象，也是在尋找適宜生命存在的環境。

2024年3月，美、德、英的科學家研究認為，只要從木衛二上獲得一粒冰，就可分析出，木衛二的海洋裡有沒有生命[6]。歐羅巴快船所裝備的儀器能夠檢測出細胞膜的成分[7]。

要取得這項成就，需要相當好的運氣：木衛二海洋裡有細胞生命，還要有機會穿越萬米厚的冰層跑到星球表面上，再被歐羅巴快船捕獲。

這麼爆棚的運氣可遇不可求，一個合理的期待是，歐羅巴快船可以找到容易發現生命的地方，比如冰層很薄處或有海水溢位處，未來可將航天器直接著陸於這樣的地方，在冰層上鑽洞，直抵水面尋找生命。

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來自地球的問候

為吸引公眾對歐羅巴快船專案的興趣，NASA於2023年6月1日開啟了一項“太空漂流瓶”活動，邀請全球各地的人把自己的名字送往木星。

這項活動收集到了260萬人的名字，這些名字被刻在一枚微晶片裡，這枚晶片有硬幣大小，固定在一塊金屬板上。金屬板上在晶片所在位置畫了一個漂流瓶，圍繞以木星的四顆較大的衛星的軌道。