研究：木卫二的盐水正将氧气带入冰下海洋可能用于支持生命

发表于 3年以前 | 总阅读数：801 次

欧罗巴是否能在其地表下的海洋中维持生命是非常有争议的，在美国宇航局将Europa Clipper 送到那里之前，这个争论基本上是停留在中立状态。前往欧罗巴的任务必须经过精心设计，美国宇航局的部分设计基于科学家希望Clipper解决哪些具体问题。

美国宇航局在设计任务时考虑到了大问题，但他们只能回答较小的、具体的问题。因此，科学家们正在研究欧罗巴的不同方面，并进行模拟，以微调他们需要该任务提出的问题。

氧气是这些问题中的一个核心。它可能是了解欧罗巴可居住性的最后一环。

欧罗巴有，或者说研究人员认为它有，大部分生命维持自身所需的东西。水是主要成分，而且它的地下海洋中有大量的水。欧罗巴的水比地球的海洋还要多。它还拥有所需的化学营养物质。生命需要能量，而欧罗巴的能量来源是来自木星的潮汐折曲，它加热其内部并阻止海洋冻结成固体。对大多数科学家来说，这些都是相当公认的事实。

这颗冰冻的卫星表面也有氧气，这是另一个耐人寻味的可居住性的暗示。氧气是在太阳光和来自木星的带电粒子撞击月球表面时产生的。但是有一个问题：欧罗巴的厚冰层是氧气和海洋之间的障碍。欧罗巴的表面是冰冻的，所以任何生命都必须在其巨大的海洋中。

氧气如何才能从表面进入海洋？

根据一封新的研究信，欧罗巴冰壳中的盐水池可能正在将氧气从表面输送到海洋中。这封研究信的主要作者是Marc Hesse，他是得克萨斯大学奥斯汀分校Jackson地质科学学院地质科学系的教授。

这些盐水池存在于冰壳中一些地方，由于海洋中的对流，一些冰会融化。欧罗巴的著名的混沌地形在这些水池上方形成。

混沌地形覆盖了欧罗巴冰冻表面的大约25%。混沌地形是山脊、裂缝、断层和平原错综复杂的地方。目前对混沌地形的确切原因还没有明确的认识，尽管它可能与地表下不均匀的加热和熔化有关。欧罗巴的一些最具代表性的图片突出了这种奇怪的美丽特征。

科学家认为欧罗巴的冰层大约有15到25公里（10到15英里）厚。2011年的一项研究发现，欧罗巴上的混乱地形可能位于冰层下3公里（1.9英里）的巨大液态水湖之上。这些湖泊并不直接与地表下的海洋相连，但可以排入它们。根据这项新研究，盐水湖可以与地表氧气混合，随着时间的推移，可以向更深的地表下海洋输送大量的氧气。

“我们的研究使这一过程进入了可能的领域，”Hesse说。“它为被认为是欧罗巴地下海洋可居住性的突出问题之一提供了一个解决方案。”

研究人员在他们的模拟中展示了氧气是如何通过冰层运输的。含氧的盐水在孔隙度波中移动到地下海洋。孔隙度波通过瞬间扩大冰中的孔隙，然后迅速地再次密封起来，将盐水运过冰。几千年来，这些孔隙度波将富含氧气的盐水运送到海洋中。

混沌地形和氧气运输之间的关系并不完全清楚。但科学家们认为，由潮汐加热引起的对流上升气流部分融化了冰，表现为表面上错落有致的混沌地形。盐水下的冰必须是融化的或部分融化的，富氧盐水才能排入海洋。“为了使这些盐水排出，下面的冰必须是可渗透的，因此是部分融化的。”作者写道：“以前的研究表明，潮汐加热使欧罗巴冰壳对流部分的上涌温度增加到纯冰的熔点。”

欧罗巴的表面是严寒的，但还没有冷到可以迅速重新冻结，以至于氧气无法在盐水中运输。在月球的两极，温度从未超过零下220摄氏度。但模型的结果"......表明表面的再冻结速度太慢，无法阻止盐水的排出，也无法阻止氧化剂输送到内部海洋。"虽然欧罗巴的表面冰层被冻成了固体，但其下的冰层是对流的，这就推迟了冰冻。而且一些研究表明，海底可能是火山。

该研究称，在欧罗巴表面吸收的氧气约有86%进入海洋。在这颗卫星的历史上，这一比例可能发生了很大的变化。但是研究人员的模型所得出的最高估计值创造了一个与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说：“想到某种有氧生物就生活在冰下，这很诱人。”他是美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的研究科学家，也是其行星内部和地球物理学小组的主管。

Kevin Hand是对欧罗巴、其生命潜力和即将到来的Europa Clipper 极感兴趣的众多科学家之一。Hand是美国宇航局/JPL的科学家，其工作重点是欧罗巴。他希望Hesse和他的研究人员已经解决了这颗冰冻卫星海洋中的氧气问题。

他问道：“我们知道欧罗巴的表面有像氧气这样有用的化合物，但是这些化合物是否能进入下面的海洋，让生命能够使用它们？在Hesse和他的合作者的工作中，答案似乎是肯定的。”

Europa Clipper 能提出什么问题，可能证实这些发现？

Europa Clipper 是第一个专门针对欧罗巴的任务。研究人员认为他们知道许多关于欧罗巴的事情，但还没有能够证实。Clipper的设计是为了实现三个更大的目标。

调查海洋的组成，以确定它是否具有维持生命的必要成分。
调查这颗卫星的地质，以了解其表面是如何形成的，包括混沌地形。
确定冰壳的厚度以及冰壳内部和下面是否有液态水。他们还将确定海洋与表面的互动情况。海洋中是否有任何东西通过外壳上升到顶部？是否有任何来自地表的物质向下进入海洋？

最后一点是关于氧气从表面到海洋的潜在运输。Europa Clipper 将携带10个仪器，它们将共同解决这些问题。

当涉及到欧罗巴上的氧气运输时，MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa（MASPEX）特别有趣。

“MASPEX将从欧罗巴附近的气体中获得关键的答案，例如欧罗巴的表面、大气和疑似海洋的化学成分，”该仪器的网页解释道。“MASPEX将研究木星的辐射如何改变欧罗巴的表面化合物，以及表面和海洋如何交换物质。”

MASPEX，以及Europa Clipper 的其他仪器，可能会证实氧气从表面到海洋的运输，如果那里有生命的话，生命可以使用它。但是人们必须等待一段时间。Europa Clipper计划于2024年10月发射，直到5.5年后才会到达木星系统。一旦到达那里，其科学阶段预计将持续4年。因此，可能要到2034年研究人员才能得到所有的数据。