詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）仅匆匆一瞥木星的小型冰卫星欧罗巴，就增强了地球并非我们太阳系唯一可居住“海洋世界”的论据。
欧罗巴是太阳系中最诱人的地方之一：大量的观测证据表明，它冰冷的地壳下隐藏着一片海洋，其中可能存在适合生命存在的条件。现在，JWST 的一项间接研究——其设计目的主要是测试仪器的性能——表明欧罗巴的海洋中含有二氧化碳，这是理解该世界孕育生物学潜力的一个关键因素。
“我们得到的结果远远超出我们的预期，”美国宇航局戈达德太空飞行中心（位于马里兰州）的行星科学家 Gerónimo Villanueva 说，他也是两篇报告 JWST 发现的新论文的合著者之一。
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简短的观测使用了 JWST 的近红外光谱仪 (NIRSpec) 仪器，该仪器旨在捕获光谱——条形码状的测量结果，量化不同波长光线的数量，科学家可以将其转化为有关光源化学成分、温度和其他特征的信息。科学家们对 CO2 冰特别感兴趣，美国宇航局的伽利略号木星探测器在 2003 年航天器坠毁之前飞掠木星卫星欧罗巴期间探测到了这种冰。
由于碳是生命至关重要的六种元素之一——另外五种是氢、氮、氧、磷和硫——了解 CO2 在欧罗巴上的存在位置以及它是如何到达那里的，对于理解这颗卫星是否可能支持生命至关重要。“这是一个大问题，即这是否起源于欧罗巴内部，或者可能来自欧罗巴外部，”康奈尔大学的行星科学家 Samantha Trumbo 说，她也是 关于 JWST 观测的两篇新论文的合著者之一。
Trumbo、Villanueva 及其同事特别想了解欧罗巴表面 CO2 沉积物是否来自溶解在地下海洋黑暗水域中的化合物储层，该海洋夹在覆盖的冰层和卫星岩石中心之间。这种情况将标志着欧罗巴的海洋与地球的深海热液喷口系统之间的又一个相似之处，一些科学家认为我们星球的生命起源于此。
“看看我们自己的海洋——其中溶解了大量的 CO2，”美国宇航局喷气推进实验室的行星天文学家 Bonnie Buratti 说。Buratti 是美国宇航局欧罗巴快帆任务的副项目科学家，该任务计划在 2030 年代探索这颗冰冷的卫星，她没有参与这两项新的研究。
两篇论文（其中独立的团队独立分析了相同的 JWST 数据）都发现在塔拉区（欧罗巴的一个区域，散布着科学家们称为“混沌地形”的杂乱拼图混合景观特征）发现了特别强的 CO2 光谱信号。
“它完全符合它的名字。它很混沌，”国家航空航天博物馆的行星地质学家 Emily Martin 说，她没有参与这两篇新论文。
“我们认为，当涉及到混沌地形时，发生的情况是，在某个时候，表面变得足够温暖，分裂成这些小冰筏——在某些情况下，是大型冰筏——因此整个塔拉区都是这些破碎的拼图碎片，漂浮在这个现已凝固的冰冷、泥泞基质中，”她说。她指出，混沌地形是“您想要花更多时间观察的地点的一个非常好的指标”。
混沌地形对于天体生物学家来说尤其引人入胜，因为其推断的破碎和再冻结的形成过程可能会将欧罗巴内部的水拉到地表，从而更容易接近和研究。塔拉区的混沌地形尤其引人注目：哈勃太空望远镜 2017 年的观测显示，该区域还含有氯化钠——普通食盐中的化合物——据推测，这也来自地下水的涌升。
“[来自 JWST 的信息] 令人兴奋，因为它告诉我们，我们在欧罗巴表面看到的碳（我们可以实际研究的碳）来自内部，”Trumbo 说。“至少有非常强烈的证据表明海洋中存在碳。”
Martin 也认同这种逻辑。“说我们在这里观察到的独特地质现象可能与我们在这里看到的独特成分现象有关，这是一个非常有说服力的论点，”她说。
新的发现确实包含一项可能令人失望的内容。近年来的一些观测表明，与土星的冰卫星土卫二类似，欧罗巴可能会将咸水羽流喷射到太空，这将使附近的航天器能够直接对其进行取样。但是，欧罗巴存在此类喷发的证据远比土卫二稀少，美国宇航局的卡西尼号探测器在 2008 年直接飞越了土卫二的一个羽流。
但是在 JWST 对欧罗巴的匆匆一瞥中，没有明显的证据表明存在任何羽流。这种零结果并不一定意味着不存在羽流——它们很可能是零星的或比预期的更小——但这远非科学家们可能希望获得的确凿的探测结果。“我们不能说在这个物体上存在或不存在羽流，这是肯定的，因为我们现在只进行了一次特定的测量——而且在那个特定时刻，我们没有看到羽流，”Villanueva 说。
然而，新的发现仅仅是重新关注欧罗巴的开始。Trumbo 及其同事已经赢得了 JWST 的观测时间，以重新访问这颗冰冷的卫星，这次他们将让望远镜的目光停留足够长的时间，以获得欧罗巴整个表面的景象。
无论 JWST 的观测结果多么壮观，它们都将很快被其他更近距离、更亲密的观测结果所取代。欧洲航天局的木星冰卫星探测器（JUICE）任务于今年春天发射，将于 2031 年抵达木星系统；它将在任务期间两次近距离飞掠欧罗巴。美国宇航局的欧罗巴快帆（Buratti 在其中工作）计划于 2024 年 10 月发射；从 2031 年开始，它将对木星神秘的冰卫星进行近 50 次飞掠。Buratti 说，尽管快帆的基本轨迹已经确定，但仍有时间微调其观测计划，以尽可能从任何近距离飞掠塔拉区的机会中获取更多科学成果。
“科学家们正忙于努力优化我们的观测，因此来自 JWST 的信息是一份礼物，”Buratti 说。“这真是一份礼物。”