木星的卫星欧罗巴有间歇泉吗？

木星的卫星木卫二（又称为欧罗巴）被称为太阳系外的水世界。与土星的卫星土卫二一样，冰冷的木卫二被认为在其表面下有一个海洋。在土卫二的表面，可以看到水蒸气间歇泉喷向太空。同样，越来越多的证据表明木卫二表面喷出水蒸气。这是科学家们对将于 2024 年发射的欧罗巴快船任务——欧罗巴快船任务感到兴奋的原因之一。所以这是一个问题。如果间歇泉真的从木卫二表面的冰层喷出，它们的来源是什么？它们是起源于这个世界的地下海洋（如土卫二的情况），还是来自木卫二地壳中的咸水？

艺术家对木卫二上间歇泉的概念图。图片来自 ASA/ESA/K. Retherford/SwRI/ Science。

斯坦福大学、德克萨斯大学地球物理研究所和美国宇航局喷气推进实验室的科学家于 2020 年 11 月宣布的新研究表明，情况可能是后者：与土卫二的间歇泉不同，木卫二上的间歇泉似乎是被困在冰壳之中的积水中或咸水地下湖泊喷出的。

艺术家绘制的冷火山喷发（或冰火山喷发）插图显示了小卫星地壳内部的咸水。图片来自 NASA。

该结果来自木卫二地壳的模型，表明咸水——盐水——可以在冰冷的地壳内四处移动，形成积水——“水袋”，然后喷出到地表。了解羽状物的来源对于检测木卫二海洋中是否存在生命迹象至关重要。如果木卫二的间歇泉物来自海洋，科学家们就能够分析海洋本身的水。正如斯坦福大学的Gregor Steinbrügge评论的那样：

了解这些水柱的来源对于了解未来的木卫二探险家是否有机会在不探索木卫二海洋的情况下实际探测到太空生命非常重要。

不断有证据表明，木卫二的海洋可能适合居住，甚至可能在木卫二的海底有生命聚集的热液喷口，就像地球海底的深海热液喷口支持独特的生态系统一样。另一方面，人们认为月球地壳中的水袋不太适合居住；例如，他们将缺乏热液喷口的丰富能源。所以——如果木卫二的间歇泉确实来自困在月球地壳中的盐水袋——它们可能不会成为那些在木卫二上寻找生命的人进行分析的丰富来源。

为什么研究人员开始相信木卫二的间歇泉可能来自地壳中的盐水，而不是来自这颗卫星的地下海洋？

他们检查了伽利略探测器在 1990 年代末和 2000 年代初发回的木卫二表面图像。并利用该分析开发了一个模型，该模型表明来自陨石或小行星撞击的冻结和加压的结合可能导致低温火山喷发，即水冰喷发。

来自哈勃太空望远镜和伽利略航天器的合成照片，显示了不同年份欧罗巴同一地点间歇泉喷发。图片来自 NASA

木卫二冰面上的撞击坑相对较少，但研究人员仔细观察 了数千万年前形成的 18 英里（29 公里）宽的撞击坑Manannán Crater 。模型表明，撞击产生的融化冰和地表以下积水重新冻结可能导致喷发。这些科学家的论文解释说：

木星的卫星木卫二有一个被冰壳覆盖的地下海洋。我们展示了小块盐水如何在冰内从寒冷地区迁移到温暖地区。即使在非常低的温度下，也可能发生这种情况，低于纯水会结冰的温度，因为水在迁移时会变得越来越咸。通过观察木卫二上的一个撞击坑，它的中心最初是温暖的，然后从周围较冷的环境向内冷却，我们可以研究水是如何向中心迁移并形成中央水库的。当陨石坑中心的最后一个水袋开始结冰时，不断增加的压力导致了冰火山喷发，在冰塌陷到下方的空腔之前，将盐水注入表面，形成一个突出的“蜘蛛状”特征。

木卫二上的马南南陨石坑是这项新研究的重点，科学家们认为这里曾喷发过大量水柱。图片来自 Science。

德克萨斯大学地球物理研究所高级研究科学家Don Blankenship补充说：

撞击冰壳的彗星或小行星基本上是一个大型实验，我们用它来构建要检验的假设。我们的模型做出了具体的预测，我们可以使用Europa Clipper上的雷达和其他仪器的数据进行测试。

撞击后，水部分冻结成冰，但月球地壳中也可能形成其他水袋。这些咸水袋理论上可以穿过地壳横向移动。当它们这样做时，它们会融化相邻的冰，并在这个过程中变得更咸。Steinbrügge 说：

我们开发了一种水袋可以横向移动的方法，这非常重要。它可以沿着热梯度从冷到暖移动，而不仅仅是在重力的作用下向下移动。

就木卫二的Manannán陨石坑而言，科学家们认为其中一个咸水坑到达了陨石坑的中央。在它被卡在那里之后，开始逐渐冻结，这产生了导致喷出物喷发的压力。喷发甚至在木卫二的表面留下了蜘蛛状的标记。

因此，虽然欧罗巴地壳中的盐水积水中的间歇泉无法提供有关这颗小卫星地下海洋的太多信息，但它们可以显示外层冰壳的地质活动情况。亚利桑那大学研究生研究助理Joana Voigt补充道：

尽管含盐积水迁移产生的羽流无法直接洞察木卫二的海洋，但我们的研究结果表明木卫二的冰壳本身非常活跃。

斯坦福大学的 Gregor Steinbrügge，这项新研究的主要作者。图片来自斯坦福大学。

正如斯坦福大学的合著者Dustin Schroeder所说：

这使得浅层地下——冰壳本身——成为一个更令人兴奋的地方。它开辟了一种全新的方式来思考地表附近的水正在发生什么。

Manannán 陨石坑的假想喷出物相对较小，小于其他较大的喷出物，伽利略数据和哈勃太空望远镜提供的证据越来越多。研究人员说，这意味着较大的喷出物可能不是由撞击事件引起的。至于它们是如何发生的，科学家们还不知道，但如果存在与土卫二上类似的与海洋有关的机制，那将是令人兴奋的。正如NASA 喷气推进实验室的罗伯特·帕帕拉多(Robert Pappalardo) 指出的那样：

这项工作令人兴奋，因为它支持越来越多的研究表明木卫二上可能存在多种羽流。了解羽流及其可能的来源极大地有助于 Europa Clipper 调查木卫二宜居性的目标。

虽然欧罗巴的水柱还没有得到证实，但土星卫星土卫二上的间歇泉肯定存在，起源于地下咸海。图片来自NASA

结果还表明，类似的羽流也可以在其他冰体上产生。根据 Voigt 的说法：

盐水袋迁移并非只适用于欧洲陨石坑。相反，该机制可能会解释其他存在热梯度的冰体。

确定木卫二间歇泉的来源可能需要现场观察，幸运的是，NASA即将于 2024 年发射的欧罗巴快船任务应该能够做到这一点。即使是现在，关于间歇泉是否存在的问题仍然存在争议，但哈勃望远镜积累的证据现在几乎已经证实了它们。即使其中一些喷出物并非来自海洋本身，但其他喷出物仍有可能产生。Europa Clipper 将以前所未有的细节研究木卫二，并有望回答这个问题以及科学家们关于这个迷人小世界的许多其他问题。

结论：科学家们目前认为，至少木卫二的一些间歇泉来自地壳中的咸水积水。

资料来源：欧罗巴上的盐水迁移和影响引起的低温火山

（柳墨小居士 译）