越来越多的证据都指向木卫二上存在着水羽流

越来越多的证据都指向木卫二上存在着水羽流
2020年08月10日 10:12 天文在线

2000年,就在NASA的伽利略号专注研究木卫二磁场之时,飞船上的探测器也在不经意间收集了木卫二冰面有水羽流喷射的证据。近些年来,关于木卫二冰面缝隙处存在水蒸气羽流喷射的证据也越来越多。《地球物理学研究快报》上新发表的研究论文也支持了这一观点,而其所提出证据却出乎大家的意料——质子的缺失。

图解:木星的卫星木卫二。图源:NASA/JPL-Caltech/SETI Institute

木卫二的表层是厚厚的一层冰,科学家们认为在冰层之下是一个液态的海洋。正是来自木星强大的引力使得木卫二拥有液态水,而科学家们同样有理由相信冰层下的液体水也可能通过某种方式从冰层裂缝处喷涌出来。在2013年、2014年以及2016年,哈勃望远镜都捕捉到了喷涌的证据。

图解:哈勃望远镜拍摄的木卫二羽流。图源:Hubble Space Telescope/NASA

在2008年,同样来自NASA的卡西尼号也发现了土卫二上有同样的迹象——水羽流从冰缝中喷出。2014年,美国国家航空航天局宣布,卡西尼号发现了土卫二南极地底存在液态水海洋的证据,海洋厚度约为10公里。早在2000年时,伽利略号就曾为了探测木卫二的磁场而飞掠木卫二,飞船上的探测器则负责探测有无质子或携带正电荷的亚原子粒子存在。

“在伽利略号飞船上,有一个专门为了探测高速带电粒子的设备——高能粒子探测仪。”汉斯. 休布雷斯说道,汉斯是有关此项目论文的主要作者以及欧洲太空局的研究人员,他还说道:“最初研发探测仪的科学家们是为了想要了解这些粒子的特性,弄清楚它们是如何被加速的,以及它们与木星卫星之间的作用。”木卫二被这些高速粒子所撞击,而在伽利略号的飞掠期间,探测木卫二上水羽流并不在任务进程之上。所以汉斯又说道:“太空科学的探索实在是充满了偶然性啊!”

根据科学家们的预测,伽利略号应该可以探测到很多的质子,然而在伽利略号飞掠木卫二的北极上空时,却几乎没有探测到任何质子的存在。科学家最初将这样的现象归因于木卫二本身,是木卫二干扰了高能粒子探测仪的工作。

新研究重新回顾了飞船20年以来的数据,并且得出了截然不同的结论。 为了更好地理解伽利略为什么在飞越木卫二过程中可能会遇到如此少的质子,研究人员使用了计算机模型来模拟这些亚原子粒子在木卫二周围的运动。当粒子在木卫二大气层中失去电荷时,科学家们就会观测到质子的下降。 作者指出,水蒸气羽流除了干扰木卫二稀薄的大气层外,还干扰了航天器扫描区域内的磁场。

图解:艺术家眼中的木卫二羽流。图源:NASA/ESA/K. Retherford/SWRI

汉斯说到:“基本上,当快速移动的质子与羽流中的不带电粒子碰撞时,不带电粒子会从质子中窃取电子,质子然后变成本身不带电的粒子。快速移动的质子被困在木星的磁场中,当它们失去电荷时,它们便可以逃脱了,但是速度依旧非常快。到那个时候,它们将非常快速地逃离木星的磁场牢笼。也就是因为如此,我们发现快速移动的质子减少了。”

研究人员在计算机模型中尝试了质子消失的各种原因,但是只有在将羽流添加到模拟中后,他们才能够重现伽利略号数据中所看到的内容。 汉斯表示,他将继续调查伽利略号的数据,以期更加深入了解木卫二和其他木星卫星。

这样的结果无疑让人异常激动,因为它进一步证明了木卫二确有地下水喷涌向太空并渗入木卫二的表面。天体生物学家怀疑,木卫二和土卫二可能拥有适合生命生存的环境,如此多的期待,使两颗卫星成为未来科学任务的理想目标。

好消息是,欧洲太空局即将执行一项名为‘果汁’(JUpiter ICy moon Explorer)的任务,该任务将向木星系统发出探测器。 果汁任务计划于2022年发射,并于2029年到达木星,在那里它将研究木卫二及其可疑的水蒸气羽流,以越来越多的证据都指向木卫二上存在着水羽流及探索另外两个巨型木星卫星 —— 木卫三和木卫四。 目前,汉斯也在积极地研究这两颗卫星上的羽流。他说:“ 届时,果汁上所配备的设备可直接对这些卫星上水蒸气羽流中的颗粒进行采样并进行远程检测。” “也许我们可以由此揭露木卫二那广阔而神秘的地下海洋世界。”

NASA还在筹备着一个名为‘木卫二飞越任务’的航天计划,该任务最早可在2023年发射升空。

作者: George Dvorsky

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