最新研究顯示,木衛二「歐羅巴」表面冰殼的氧含量比科學家預期的還要低,這項事實也影響了海洋存在生命體的可能性。不過即使氧氣很少、甚至根本沒有,木衛二冰殼之下的海洋仍然可能有微生物。
《自然天文學》(Nature Astronomy)4日發表的研究報告〈木衛二表面水冰分解的氧氣生產〉(Oxygen production from dissociation of Europa’s water-ice surface)蒐集美國航太總署(NASA)木星探測器「朱諾號」(Juno)2022年一次近距離飛掠木衛二時,木星極光分佈實驗(JADE)儀器記錄的氫氣逸散數據,藉此計算木衛二產生氧氣的速度。
木衛二是木星第四大的衛星,體積與月球相仿,據信存在鹹海,表面冰殼厚度約在16公里到24公里之間,冰殼下方的海洋估計深約64公里至161公里。由於暴露在太空環境中,使得冰和水發生變化,輻射與帶電粒子破壞冰層中的分子鍵,使水分解,進而產生氫氣和氧氣。2022年9月29日朱諾號飛掠木衛二時,與衛星表面僅僅相距353公里,研究團隊依據這些數據,計算出每秒鐘木衛二的表面會產生6至18公斤的氧氣,每24小時可產生1000公噸氧氣,約可提供一百萬人呼吸。
The subsurface ocean of Jupiter’s moon Europa may have far less oxygen—and less potential for life—than previously believed, according to data from NASA’s Juno spacecraft https://t.co/0yKMwDYhxr
— Scientific American (@sciam) March 4, 2024
由於木衛二滿足許多生命體生存與演化的條件,不僅許多科幻作品以木衛二為舞台,科學家也對其寄予期望,早先估算的氧產生速度高達每秒1100公斤,比《自然天文學》最新研究的計算值高出許多。研究團隊寫道,除非木衛二過去的氧氣產量明顯更高,否則由目前測得的氧氣產量,學者必須做出新推論,也就是木衛二可能不如先前推想那麼適合生命體生存。
Jupiter’s icy moon Europa may have less oxygen to fuel life in its seas than we thought. The moon may be one of the best places to look for alien life, but the finding raises questions about its habitability. https://t.co/GuEFIshhA1
— New Scientist (@newscientist) March 4, 2024
《衛報》(The Guardian)報導,這份研究的主要作者是普林斯頓大學(Princeton University)的JADE科學家席萊(James Szalay),他比喻木衛二像一顆溪流中的冰球,慢慢失去自身的水分,「不同之處在於,這條溪流其實是電離分子的流體,藉由磁場掃過木星。這些電離分子撞擊木衛二的時候,它們會逐一破壞表面的水冰分子,產生氫和氧。可以這樣看,整個(木衛二的)冰殼受到帶電粒子沖刷,持續侵蝕。」
2022年9月朱諾號的飛掠是第一次飛行器「直接嗅探」木衛二周遭,席萊說團隊藉此機會看到木衛二與複雜環境的相互作用,朱諾號可以直接測量木衛二大氣層脫逸的分子成分,團隊迫不及待一窺木衛二不為人知的一面,而雖然朱諾號蒐集的資訊「比原先設想的範圍窄很多,但我們仍然學到非常多。」
Scientists with NASA’s #JunoMission to Jupiter have calculated the rate of oxygen being produced at Europa to be about 26 pounds (12 kg) per second. Europa's atmosphere is very thin, but some of this oxygen could work its way into its subsurface ocean. https://t.co/4hgRag4oVE pic.twitter.com/3apMkSnp1m
— NASA Europa Clipper (@EuropaClipper) March 4, 2024
NASA天文生物學家漢德(Kevin Hand)沒有參與這項研究,他指出過往研究利用太空望遠鏡觀測,發現木衛二的表面冰層蘊含氧,而且濃度較高,最新報告內容則與先前研究結果相悖,有待後續研究驗證。究竟有多少氧氣逸散到木衛二的大氣層,又有多少留存在表面冰層,或者有多大機會穿過冰層轉移至海洋,這些問題都需要後續研究才能解答。
NASA計畫今年秋天發射木衛二快船(Europa Clipper),預計2030年抵達木星,環繞木星的同時也會執行飛掠任務,幫助科學家持續進行研究。氧氣生產是其中一項調查目標,木衛二快船搭載九部相關儀器,用以判定木衛二是否具備適合生命生存的條件。