最新天文研究:冰殼下有廣闊海洋的木衛二,生命適居性恐不如預期

2024-03-06 10:00

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最新研究顯示,木衛二「歐羅巴」表面冰殼的氧含量比科學家預期的還要低,這項事實也影響了海洋存在生命體的可能性。不過即使氧氣很少、甚至根本沒有,木衛二冰殼之下的海洋仍然可能有微生物。

《自然天文學》(Nature Astronomy)4日發表的研究報告〈木衛二表面水冰分解的氧氣生產〉(Oxygen production from dissociation of Europa’s water-ice surface)蒐集美國航太總署(NASA)木星探測器「朱諾號」(Juno)2022年一次近距離飛掠木衛二時,木星極光分佈實驗(JADE)儀器記錄的氫氣逸散數據,藉此計算木衛二產生氧氣的速度。

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木衛二是木星第四大的衛星,體積與月球相仿,據信存在鹹海,表面冰殼厚度約在16公里到24公里之間,冰殼下方的海洋估計深約64公里至161公里。由於暴露在太空環境中,使得冰和水發生變化,輻射與帶電粒子破壞冰層中的分子鍵,使水分解,進而產生氫氣和氧氣。2022年9月29日朱諾號飛掠木衛二時,與衛星表面僅僅相距353公里,研究團隊依據這些數據,計算出每秒鐘木衛二的表面會產生6至18公斤的氧氣,每24小時可產生1000公噸氧氣,約可提供一百萬人呼吸。

由於木衛二滿足許多生命體生存與演化的條件,不僅許多科幻作品以木衛二為舞台,科學家也對其寄予期望,早先估算的氧產生速度高達每秒1100公斤,比《自然天文學》最新研究的計算值高出許多。研究團隊寫道,除非木衛二過去的氧氣產量明顯更高,否則由目前測得的氧氣產量,學者必須做出新推論,也就是木衛二可能不如先前推想那麼適合生命體生存。

《衛報》(The Guardian)報導,這份研究的主要作者是普林斯頓大學(Princeton University)的JADE科學家席萊(James Szalay),他比喻木衛二像一顆溪流中的冰球,慢慢失去自身的水分,「不同之處在於,這條溪流其實是電離分子的流體,藉由磁場掃過木星。這些電離分子撞擊木衛二的時候,它們會逐一破壞表面的水冰分子,產生氫和氧。可以這樣看,整個(木衛二的)冰殼受到帶電粒子沖刷,持續侵蝕。」

2022年9月朱諾號的飛掠是第一次飛行器「直接嗅探」木衛二周遭,席萊說團隊藉此機會看到木衛二與複雜環境的相互作用,朱諾號可以直接測量木衛二大氣層脫逸的分子成分,團隊迫不及待一窺木衛二不為人知的一面,而雖然朱諾號蒐集的資訊「比原先設想的範圍窄很多,但我們仍然學到非常多。」

NASA天文生物學家漢德(Kevin Hand)沒有參與這項研究,他指出過往研究利用太空望遠鏡觀測,發現木衛二的表面冰層蘊含氧,而且濃度較高,最新報告內容則與先前研究結果相悖,有待後續研究驗證。究竟有多少氧氣逸散到木衛二的大氣層,又有多少留存在表面冰層,或者有多大機會穿過冰層轉移至海洋,這些問題都需要後續研究才能解答。

NASA計畫今年秋天發射木衛二快船(Europa Clipper),預計2030年抵達木星,環繞木星的同時也會執行飛掠任務,幫助科學家持續進行研究。氧氣生產是其中一項調查目標,木衛二快船搭載九部相關儀器,用以判定木衛二是否具備適合生命生存的條件。

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