木卫二欧罗巴拥有类似地球的板块构造

这项发现可能会鼓舞人们积极开展前往木星卫星的探测任务

如果您对如何研究欧罗巴有想法,那么美国国家航空航天局(NASA)希望听到您的声音。

该机构目前没有正式的欧罗巴探测任务计划。这颗木星卫星的冰冷外壳下覆盖着一片液态海洋,理论上可能存在生命。但在国会强烈兴趣和近期几项发现的推动下,NASA 正在征集可用于欧罗巴探测任务的仪器方案。方案范围从掠过卫星的简化探测器,到精心设计的木星轨道器,后者将在多年内探索欧罗巴。

最新的重大新闻可能会进一步增强这种热情。9月7日有报道称,欧罗巴可能存在巨大的冰层在移动,就像地球上的岩石板块一样 (S. A. Kattenhorn 和 L. M. Prockter Nature Geosci. 2014)。这种活跃的地质活动表明,欧罗巴的冰面与其埋藏的海洋相连 — 为盐分、矿物质,甚至可能是微生物从海洋到达地表又返回海洋创造了一条可能的通道。


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西蒙·卡滕霍恩(Simon Kattenhorn)是一位曾任职于莫斯科爱达荷大学的地质学家,路易丝·普罗克特(Louise Prockter)是马里兰州劳雷尔市约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家。他们通过梳理 NASA “伽利略”号宇宙飞船拍摄的照片发现了这一发现。“伽利略”号宇宙飞船于 1995 年至 2003 年绕木星运行。它拍摄的大部分欧罗巴照片都相当模糊,但卡滕霍恩和普罗克特仔细研究了卫星上为数不多的几个区域,这些区域存在高分辨率图像。

他们将这些图像视为巨大的地质拼图碎片,其中山脊、条带和其他特征被地壳运动分裂和分离,并试图追踪欧罗巴表面随时间推移的演变过程。“当我们把所有碎片拼合在一起时,重建图像中出现了一个大洞,一片空白区域,”卡滕霍恩说。科学家们推断,缺失的部分一定是某种程度上被吸入了卫星内部。

卡滕霍恩和普罗克特提出了一个板块构造系统,该系统涉及几公里厚的冰壳在较温暖、更流动的冰层上滑动。两人推测,当一个板块撞击另一个板块并开始向下俯冲(或称俯冲)时,它会融化并融入下方的冰层中。

在欧罗巴上已经发现了新冰壳正在形成的地点,但最新的研究首次精确指出了冰壳可能消失的地方。

但是,如果没有更多区域的高分辨率图像,研究人员无法判断俯冲是否也在其他位置发生。亚利桑那州弗拉格斯塔夫市美国地质调查局的行星科学家迈克尔·布兰德(Michael Bland)表示,如果事实证明俯冲现象很常见,则可能意味着卫星可以在地表和深层之间循环对生命友好的化合物,这将大大增加其海洋适宜居住的可能性。

去年 12 月,科学家报告称在欧罗巴南极喷射出水蒸气羽流 (L. Roth et al. Science 343, 171–174; 2014)。此后,这些羽流再也没有被观测到,它们可能与欧罗巴新近发现的板块构造系统有关,也可能无关。NASA 现在需要弄清楚哪种任务最适合探索这些发现。

过去几年,加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室的工程师们一直在改进一项名为“欧罗巴快船”(Europa Clipper)的任务概念。经过反复精简,他们提出了一个耗资 20 亿美元的航天器设计方案,该方案可以携带一系列仪器前往卫星(参见“关注欧罗巴”)。

但由于担心成本过高,NASA 呼吁提出预算仅为 10 亿美元的方案。据报道,该机构目前正在评估一些建议。

这种战略上的降级让一些科学家感到失望。“谈论 10 亿美元的概念真让人沮丧”,就好像研究人员没有考虑过这一点一样,亚特兰大佐治亚理工学院的行星科学家布列塔尼·施密特(Britney Schmidt)说,她曾参与“快船”号方案。“如果你想开展社区完全认可的最佳科学研究,这就是你派出的任务。”普罗克特说,由于“快船”号将携带一系列仪器,它可以调查俯冲带、探索羽流,并回应各种其他研究问题。

7 月,NASA 要求行星科学家提交他们希望看到的搭载在“快船”号等航天器上的仪器方案,无论成本如何。提案提交截止日期为 10 月 17 日,该机构计划在明年 4 月左右选出约 20 个提案进行进一步开发。

尽管 NASA 担心欧罗巴任务的总体成本,但它在短期内有资金可供支配。在过去几年中,国会每年都向该机构的行星科学部门提供的资金比其申请的资金多出数千万美元,并指示其将这笔资金用于欧罗巴任务概念。这项行动由众议员约翰·卡尔伯森(John Culberson,得克萨斯州共和党人)领导,他是一位引用《星际迷航》台词的太空爱好者,并且是权力很大的支出委员会的成员。

欧罗巴研究人员很高兴能利用这一优势。“我兴奋得口水都快流出来了,”卡滕霍恩说。“显然,关于欧罗巴,我们还有太多需要学习的东西。”

本文经许可转载,并于 2014 年 9 月 7 日首次发表

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