天文科学

或许正在孕育生命——美丽少女欧罗巴

木卫二,又称为“欧罗巴”(英语:Europa),木星的天然卫星之一。

关于命名

这颗神秘的卫星,由伽利略于 1610年1月8日 发现(不久之后又由西门·马里乌斯独立发现),命名为“木卫二”,是四颗伽利略卫星中最小的一颗。

伽利略

西门·马里乌斯

而名称“欧罗巴”,由西门·马里乌斯命名(一位德国天文学家和医生),她是希腊神话中的公主,其他三颗伽利略卫星也由马里乌斯以希腊神话人物分别命名为艾奥( Io ,木卫一)、盖尼米德( Ganymede ,木卫三)和卡利斯托(卡利斯多、卡里斯托或卡利斯托; Callisto ,木卫四),这四个人物皆以英俊或美丽著称。但是在20世纪中叶以前,相当长的一段时期内,这一套命名并未获天文学家所认可。人们常将其成为“木卫二”。

公主欧罗巴

公主欧罗巴

但是,“木卫二”真的在位置上排第二嘛?并不是,1892年发现了木卫五,比之前已知的所有木星卫星都更靠内。1979年旅行者号探测器又发现了三颗内侧卫星,至此,“欧罗巴”的位置排到了第六。尽管如此,称呼名仍然承袭下来。

旋转轨道

木卫二与木星之间的平均距离为670,900公里,公转一周只须三天半的时间。它的轨道十分接近正圆,偏心率仅0.009。跟其他的      伽利略卫星一样,木卫二也被潮汐锁定1

因而有一个半球永远朝向木星。由木星和其他卫星不同方向的重力牵引所转化成的热和能量为有可能发生的,冰层内部液化成海洋,以及驱动表层下的地质运动提供了必要的条件。

看起来?

木卫二的表面大体光滑,很少有超过几百米的起伏,不过在某些地区也可以观测到接近一公里的落差。木卫二是太阳系中最光滑的天体。它那些显眼的纵横交错的纹路,也就是所谓的反照率特征,是由低浅的地形所造成。由于撞击坑非常少,木卫二是反照率最高的卫星之一。这也暗示了它的表面是相当“年轻”和“活跃”的;基于对木卫二可能经受的彗星撞击频度的估算,它的“表面”年龄大概在2千万到1亿8千万年之间(从其地质特征可明显看出年龄的巨大差距)。

高反照率

纵横交错的纹路,是反照率特征,是由低浅的地形所造成,由于撞击坑非常少,星球表面大多呈现低浅的地形,也就导致木卫二是反照率最高的卫星之一。这也暗示了它的表面是相当“年轻”和“活跃”的。

条纹

整个星球布满了张牙舞爪的暗色条纹。

伽利略号飞船拍摄到接近真实色彩的木卫二表面照片

伽利略号飞船拍摄到接近真实色彩的木卫二表面照片

近距离观测表明,条纹两侧的板块有相向移动的现象。大一点的条纹横向跨度可达20公里,可以观察到这些宽条纹的深色部分和板块外缘有模糊过渡。规则的纹路,以及宽条纹夹有浅色的细纹,这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。

但其他的裂痕可以向各个方向延伸,年代越久远的就越是如此。一个较合逻辑的解释是,木卫二其表层的自转速度要略快于其内部,冰面下的海洋将外壳与更下层的地幔分隔开,冰壳在木星的重力牵扯下被撕裂。对比旅行者号和伽利略号拍摄的照片可测算出,大约每10,000年木卫二的外壳会比其内部多自转一周。

暗斑

遍布四野的或大或小或圆或椭的暗斑有的突起如穹有的凹陷如坑有的平坦如镜,也有的纹理纷糅粗糙。突起的小丘多顶部平整,显见着原本是与周遭的平原一体,受推挤上抬而形成。

据推想,暗斑的形成是下层温度较高的“暖冰”在底辟作用下向上涌升而穿透表层的“寒冰”所致,其运动机理与(地球)地壳内部的熔岩窨(yin)相似。

光滑的暗斑是“暖冰”冲破表壳时有融水渗出所造成,粗糙杂错的斑痕(又称“混沌”)是由大量细小的表壳碎片镶嵌在暗色的圆丘中所构成,就像是极地海洋中漂浮的冰山(地球)。

木卫二的“康纳马拉混沌地形”,崎岖的山丘和平坦的盆地交错在一起

木卫二的“康纳马拉混沌地形”,崎岖的山丘和平坦的盆地交错在一起

内部结构

内部结构

内部结构

木卫二的主体主要由硅酸盐岩石构成。1995到2003年期间环绕木星进行科学考查的伽利略号飞船所采集到的磁场数据表明,木卫二在木星磁场的影响下自身能够产生一个感应磁场,这一发现暗示著,其表层内部很可能存在与咸水海洋相似的传导层。木卫二可能还有一个金属性的铁核。

冰下海洋

猜想提出:木卫二的表面温度在赤道地区平均为110K(-163℃),两极更低,只有50K(-223℃),所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。这个猜想最初由针对潮汐热的一系列推测所引发(略为偏心的轨道和木卫二与其他伽利略卫星之间的轨道共振所产生的后果)。伽利略计划的读图团队在对伽利略号和旅行者号所拍摄的图像分析之后推测木卫二的地形特征意味着冰下海洋的存在。

混沌地形:有学者将木卫二表面极富特色的混沌地形解释为下层海水渗出地表而造成。但是这一解释争议极大,多数对木卫二进行研究的地质学家更倾向于支持一个被称作“厚冰”模型的理论,他们认为即便存在这样的海洋,也几乎不可能对表面造成直接的影响。

厚度估算:对冰壳厚度的估算也存在相当大的分歧,有认为是几千米的,也有认为是数十千米的。木卫二表面为数不多的几个大形的撞击坑就是支持“厚冰”模型的最佳证据。图片中是:皮威尔撞击坑(一个木星卫星木卫二上的撞击坑,被认为是木卫二上最年轻的地理特征之一)。最大的一个撞击坑被若干同心圆圈所环绕,坑内被新鲜的冰填充得相当平整。以此为基础再结合对潮汐力所生成的热能的估算,所推测出冰壳厚度在10到30公里之间,与地球地壳的厚度相当,这也意味着冰下的海洋可能深达100公里。

皮威尔撞击坑(一个木星卫星木卫二上的撞击坑,被认为是木卫二上最年轻的地理特征之一)

皮威尔撞击坑(一个木星卫星木卫二上的撞击坑,被认为是木卫二上最年轻的地理特征之一)

木卫二表面为数不多的几个大形的撞击坑就是支持“厚冰”模型的最佳证据。

宜居潜力

艺术家笔下的木卫二喷出羽状水蒸气,在后面的是木星。

艺术家笔下的木卫二喷出羽状水蒸气,在后面的是木星。

到目前为止,尚未有证据表明木卫二上存在生命,但木卫二已成为太阳系中最有可能宜居的地点之一。

类似地球深海的的热液喷口环境、生物必须的水、有机物的可能存在都使它成为最可能孕育生命的星球。


文章参考:

[1]编者注:潮汐锁定/同步自转/受俘自转:发生在潮汐力使天体永远以同一面对着另一个天体;例如,月球永远以同一面朝向着地球。潮汐锁定的天体绕自身的轴旋转一圈要花上绕着同伴公转一圈相同的时间。这种同步自转导致一个半球固定不变的朝向伙伴。

[2]相关电影:《电影木卫二报告》

[3]木卫二 – 维基百科,自由的百科全书 (wikipedia.org)

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