2022-11-24 11:36:52

美国宇航局称木星卫星木卫二冰壳中的浅湖可能会喷发

这幅插图描绘了木星的卫星木卫二结冰的表面可能释放出的水蒸气羽流。新的研究揭示了什么羽状物,如果它们确实存在,可以揭示可能在月球地壳内的湖泊。信贷:NASA / ESA / K。Retherford / SWRI

新的科学研究提出了NASA木卫二快船可以验证的假设:木卫二表面的任何羽流或火山活动都是由其冰壳中的浅湖引起的。

太阳系外的地下水体是寻找地球外生命的最重要目标之一。这就是美国国家航空航天局(NASA)向木星的卫星木卫二(Europa Clipper)发射木卫二快船(Europa Clipper)的原因:有强有力的证据表明,在木卫二厚厚的冰层下,有一个可能适合居住的全球海洋。

然而,科学家们认为,海洋并不是木卫二上唯一的水。根据美国宇航局伽利略轨道飞行器的观测,他们认为,月球的冰壳可能含有含盐液体储层——其中一些靠近冰表面,另一些在冰下数英里处。

科学家对木卫二上可能存在的水了解得越多,他们就越有可能知道在2024年NASA发射木卫二快船进行详细调查时在哪里寻找水。该航天器将环绕木星运行,并在绕月飞行约50次时使用其精密仪器收集科学数据。

现在,研究正在帮助科学家们更好地了解木卫二的地下湖泊可能是什么样子以及它们的行为。最近发表在《行星科学杂志》上的一篇论文中的一项关键发现支持了一个长期存在的观点,即水可能在木卫二表面以水蒸气柱或冰冻火山活动的形式喷发(想象一下:流动的冰泥而不是熔融的熔岩)。

论文中的计算机模型进一步表明,如果木卫二上有火山喷发,它们很可能来自埋在冰中的浅而宽的湖泊,而不是来自下面很远的全球海洋。

该研究的主要作者、位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的木卫二科学家Elodie Lesage说:“我们证明,羽流或冰流可能意味着木卫二快艇下面有浅层液体储层,这是木卫二快艇能够探测到的。”“我们的研究结果为推动表面活动的水可能有多深提供了新的见解,包括羽流。水应该足够浅,可以被木卫二快船的多个仪器探测到。”

这张木星卫星木卫二的彩色照片是由美国宇航局的伽利略号宇宙飞船在20世纪90年代末拍摄的。科学家们正在研究影响月球表面的过程,为探索这个冰冷的天体做准备。来源:美国国家航空航天局/姓名/ SETI研究院

不同的深度,不同的冰

Lesage的计算机模型为科学家们在观察表面的喷发时可能在冰中发现的东西绘制了蓝图。根据她的模型,他们可能会在地壳上部2.5到5英里(4到8公里)的地方发现相对接近地表的水库,那里的冰最冷、最脆。

这是因为那里的地下冰不允许膨胀:随着水袋的冻结和膨胀,它们可能打破周围的冰并引发喷发,就像冰箱里的一罐苏打水爆炸一样。而那些冲出水面的水可能会像煎饼一样又宽又平。

水库在冰层更深的地方——底部在地壳以下5英里(8公里)以上——当水库膨胀时,会挤压周围较热的冰。这些冰足够柔软,可以充当一个垫子,吸收压力而不是破裂。与一罐苏打水不同,这些小水袋更像一个充满液体的气球,当里面的液体结冰和膨胀时,气球就会伸展。

传感第一手

当木卫二快船于2030年抵达木卫二时,木卫二快船任务的科学家可以使用这项研究。例如,名为“木卫二评估和探测雷达:海洋到近水面(REASON)”的雷达仪器是用于寻找冰中的水囊的关键仪器之一。

“新的工作表明,如果压力超过了冰的强度,那么浅层地下的水体可能会不稳定,这可能与水面上上升的羽流有关,”德克萨斯州奥斯汀的德克萨斯大学地球物理研究所的Don Blankenship说,他是雷达仪器团队的负责人。“这意味着,REASON可以在你看到羽流的相同地方看到水体。”

木卫二快船将携带其他仪器,能够测试新研究的理论。科学相机将能够拍摄木卫二的高分辨率彩色和立体图像;热发射成像仪将使用红外相机绘制木卫二的温度,并寻找地质活动的线索,包括冰火火山活动。如果羽流正在喷发,它们可以通过分析紫外线的仪器——紫外线摄谱仪观测到。

参考文献:“黏弹性冰壳中冻结冻岩浆储层的模拟”,作者Elodie Lesage, Hélène Massol, Samuel M. Howell和Frédéric Schmidt, 2022年7月21日,行星科学杂志。DOI: 10.3847 / PSJ / ac75bf

更多的一个布特的任务

木卫二快船等任务对天体生物学领域做出了贡献。这是一个跨学科的研究领域,研究我们所知的可能孕育生命的遥远世界的条件。虽然木卫二快船不是一个生命探测任务,但它将对木卫二进行详细的探索,并调查这颗拥有地下海洋的冰冷卫星是否有能力支持生命。了解木卫二的宜居性将有助于科学家更好地了解地球上的生命是如何发展的,以及在地球之外发现生命的可能性。

JPL由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院(Caltech)管理,与APL合作,为位于华盛顿的NASA科学任务理事会领导木卫二快船任务的发展。APL与JPL和位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心合作设计了飞船的主体。位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的行星任务项目办公室负责执行木卫二快船任务的项目管理。