天文学家使用哈勃太空望远镜发现了新的证据，表明木星冰冷的卫星木卫二内部的地下海洋可能正在间歇性地向外太空喷射水蒸气羽流。科学家们在周一的美国宇航局新闻发布会上宣布了这一发现。该发现表明，木卫二的海洋（据信埋藏在约 100 公里厚的冰层之下）可能比之前认为的更适合生命存在，并且更容易被好奇的天体生物学家所接近。这些发现将发表在即将出版的《天体物理学杂志》上。
“如果木卫二真的有羽流喷发出来，那意义重大，”研究负责人、马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科学研究所的天文学家威廉·斯帕克斯说。“因为这意味着我们有可能在无需钻穿数英里厚的未知冰层的情况下，探索那个海洋中的有机化学物质，甚至是生命的迹象。” 羽流还暗示了木卫二内部潜藏着强大的能量源，可能被生物利用。
斯帕克斯和他的团队使用哈勃太空望远镜成像光谱仪 (STIS)，在 2013 年末至 2015 年初期间，当木卫二从木星前方经过时，对它进行了 10 次观测。他们在紫外光下观察，在紫外光下，木卫二的冰冷表面显得非常暗淡。他们寻找羽流的阴影，这些阴影在木星明亮、平滑的云层背景下被照亮。经过三次细致的分析和图像处理，他们发现了看起来像是紫外线阴影的东西，这些阴影在木卫二轮廓的南缘上方翱翔。如果它们是羽流，估计将包含数百万公斤的物质，并达到木卫二表面上方约 200 公里的高度。
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这并非科学家首次发现木卫二上的羽流。斯德哥尔摩皇家理工学院的天文学家洛伦茨·罗斯领导的一个研究团队在 2012 年瞥见了可能是一个大小和位置相似的羽流。这些发现于 2013 年在《科学》杂志上报道，也使用了哈勃望远镜的 STIS 仪器。但与观测阴影不同，这些发现记录了木卫二南极附近的紫外线辐射，这可能是氢和氧——这正是水蒸气羽流在被困在木星强大磁场中的粒子轰击下分解成其组成原子元素时会产生的物质。
然而，罗斯团队观测到的假定羽流随后消失了，未能出现在档案数据中，也未能出现在其他望远镜的每次新搜索中——直到现在。有人认为，也许羽流只在木卫二到达其轨道的最远边缘时才出现，那时木星及其其他卫星的集体引力拉扯可能会弯曲并“潮汐加热”木卫二的内部，打开裂缝并融化冰，将水喷射到太空。或者，这可能是一次性事件，由未被观测到的小行星或彗星撞击木卫二表面造成。不太乐观的怀疑论者则猜测，渴望羽流的科学家只是屈服于空想性错视，即人类大脑倾向于在混乱中寻找模式，并将意义投射到毫无意义的噪音上。
随着斯帕克斯团队报告的新探测结果，“潮汐加热”假说似乎比以前更弱——他们发现的可能羽流似乎并非发生在木卫二潮汐加热最强的时候。这意味着，如果羽流确实存在，那么它们现在缺乏明显的加热源，而这种加热源也可以解释其观测到的尺寸和神秘的间歇性。同样，由于斯帕克斯的团队已经目睹羽流似乎再次出现，“一次性撞击”的想法也失去了光彩。虽然这些假说逐渐式微，但关于羽流在某种程度上只是幻觉的更广泛观点仍然存在争议。这两次探测都处于统计显著性的边缘，并且都来自同一台望远镜上的同一仪器，尽管这台望远镜可以说是历史上使用最多、理解最深入的观测站。
“这与上次的探测结果的可能性完全相同，”佐治亚理工学院的行星科学家布列塔尼·施密特说，她没有参与这项研究。“两个结果都显示出统计上显着的信号，水平大致相同。所以我相当中立。我认为我们应该期待羽流类型的行为。我不知道的是，这些探测是否足够灵敏，能够真正彻底排除这种可能性。”
斯帕克斯完全承认，他的团队的研究结果仍然令人沮丧地模糊不清。“这些观测结果已达到哈勃望远镜的能力极限，”他说。“我们没有意识到任何可能导致这些特征的仪器伪影，并且它们在统计上是显着的，但我们仍然保持谨慎……我们不声称已经证明了羽流的存在，而是贡献了可能存在这种活动的证据。”
这种谨慎是合理的——木卫二羽流的存在（或不存在）可能会深刻地改变行星际探索的未来，将数十亿美元的资金重新定向到新的探索任务上。木卫二的大小与地球的卫星大致相同，毫无疑问拥有海洋，这是基于数十年来多个航天器和望远镜收集的大量证据得出的结论。一些模型估计，它的深度可能是地球海洋的 10 倍，体积是地球海洋的 3 倍，并且可能以液态形式存在了数十亿年。
这些特征使其与外星海洋的另一个羽流喷发代表——土星的卫星土卫二截然不同。卡西尼号轨道飞行器于 2004 年首次观测到土卫二从南极喷射水蒸气。卡西尼号对这些羽流的研究产生了惊人的结果，包括间接探测到土卫二隐藏的海底热液喷口。但事实仍然是，土卫二比木卫二小六倍，离地球的距离是木卫二的两倍，其地下水库也小得多，可能只是土星潮汐加热产生的短期融水袋。总的来说，大多数天体生物学家可能更喜欢研究木卫二——前提是他们不必首先突破厚厚的冰层天花板。
即便如此，也不能保证木卫二的羽流（如果得到证实）甚至会与地下海洋相连。它们可能与地壳中上方较远的熔融区域有关，可能形成于木卫二布满山脊、裂缝的表面上的“混沌地形”区域。那里的冰层已经破裂成杂乱无章、翻滚的块状物，较软、较温暖的物质从下方涌出。施密特认为，与土卫二相比，木卫二复杂多变的活跃表面最终可能不利于研究其羽流，因为土卫二的地壳相对惰性，除了南极的羽流喷发裂缝外。“在土卫二上，地质构造清楚地表明了活动的发生地，”施密特说。“在木卫二上，到处都有活动，这可能导致羽流的产生，也可能使解释变得混乱。”
尽管如此，罗斯团队早先报告的羽流已经帮助改变了美国宇航局长期酝酿的更大力度探索木卫二的计划。在过去的几年里，一项前往木卫二的任务迅速从梦想变为国会批准的当务之急，现在计划在 2020 年代发射。美国宇航局目前为该航天器设计的方案包括一套九种仪器，所有这些仪器都旨在寻找和研究任何羽流，此外还要执行其他例行的科学目标。欧洲航天局也在建造一个名为木星冰卫星探测器 (Jupiter Icy Moons Explorer) 的探测器来探测木卫二，计划于 2022 年发射。
为了最大限度地减少航天器暴露在木卫二附近威胁生命的辐射中，美国宇航局计划的任务不会绕木卫二轨道运行，而是通过一系列飞掠来反复飞越它，这些飞掠旨在使其从几乎所有可能的角度掠过表面。如果羽流存在，航天器可以精确定位其来源，甚至可以直接对其进行采样以确定其成分，从而有可能嗅探出在表面深处蓬勃发展或勉强生存的生命迹象。
美国宇航局已经在木星上部署了一艘名为朱诺号的航天器，它携带着一台强大的紫外线光谱仪，可能有助于确认木卫二的羽流。但朱诺号位于木星周围的极地轨道上，不适合研究这颗行星的卫星，而且即使适合，其消毒程度也不足以满足美国宇航局认为适合近距离接触可能存在生命的世界的要求。“我们费尽心思确保该航天器不会靠近木卫二，因为我们想保护木卫二免受污染，”美国宇航局外行星任务项目科学家科特·尼布尔说。
在没有行星际探测器的近距离确认和研究的情况下，羽流是真实存在的进一步证据可能来自持续的哈勃监测，或者来自计划于 2018 年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的后续观测。斯帕克斯的团队又观测到木卫二的两次凌星，尽管他们对收集数据的分析仍未完成。或者，他说，“如果有人使用完全独立的观测技术并获得一致的结果，那么另一件事可能会最终确定。”
自今年 2 月以来，美国天主教大学的美国宇航局附属天文学家卢卡斯·帕加尼尼一直在这样做——使用位于夏威夷莫纳克亚山上的凯克天文台的双 10 米望远镜之一，在近红外光中寻找木卫二的阴影羽流。
“有很多羽流否认者，但没有真正的理由，”他说。“说羽流存在，甚至在冰卫星中很常见，这没什么奇怪的。这不像有人想通过声称探测到羽流来出名。” 在 10 月举行的美国天文学会会议上将要展示的结果预览中，帕加尼尼说，他在凯克数据中看到了许多“有趣的东西”，但没有什么可以明确排除最新的羽流报告——也没有什么可以证实它们。