木卫二可能正在将氧气输送到冰层下以哺育生命

木星的卫星欧罗巴（木卫二）将是寻找生命的主要候选者。这颗冰冻的卫星有一个次表面的海洋，有证据表明它温暖、咸，并且富含生命赖以生存的化学物质。

新的研究表明，这颗卫星正在把氧气拉到它的冰壳下面，在那里它可以喂养简单的生命。

木卫二是否能在其地下海洋中维持生命还存在很大的争议，在NASA将木卫二快船送到那里之前，争论基本上处于中立状态。前往欧罗巴的任务必须经过精心设计，NASA 的部分设计基于科学家希望快船能解决的具体问题。 我们还不能向木卫二发送宇宙飞船并告诉它寻找生命。

NASA 在设计任务时会考虑大问题，但他们只能回答更小、更具体的问题。 因此，科学家们正在研究木卫二的不同方面，并进行模拟以微调他们需要任务提出的问题。

氧气是其中一个问题的核心。这可能是了解木卫二宜居性的最后一部分。

木卫二有，或者说我们认为它有，维持生命所需的大部分物质。水是主要成分，它的地下海洋中有大量的水。木卫二的水比地球上的海洋还多。它还具有所需的化学营养素。生命需要能量，而木卫二的能量来源是来自木星的潮汐弯曲，它加热了自身的内部，阻止海洋冻结成固体。对大多数科学家来说，这些都是公认的事实。

这颗冰冻的卫星表面也有氧气，这是另一个有趣的宜居暗示。当阳光和来自木星的带电粒子撞击这个星球表面时，氧气就产生了。但有一个问题：木卫二厚厚的冰层是氧气和海洋之间的屏障。木卫二的表面是冻结的固体，所以任何生命都必须存在它广阔的海洋中。

那么，氧气是如何从表面进入海洋的呢？

上图：当带电粒子撞击木卫二的表面时，它们会将水分子分开。 较轻的氢气漂浮到太空中，但氧气留在后面。 如果氧气以某种方式进入海洋，它可以为微生物生命提供化学能。

根据一份新的研究报告，木卫二的冰壳中的盐水池可能会将表面的氧气输送到海洋中。这封研究论文发表在《地球物理研究快报》（Geophysical research Letters）上。该研究的主要作者是德克萨斯大学杰克逊地球科学学院地质科学系的教授马克·黑塞（Marc Hesse）。

这些咸水池存在于地壳的某些地方，在那里一些冰由于海洋中的对流而融化。木卫二著名的、最上镜的“混乱地形”就形成于这些水池之上。

混乱的地形覆盖了木卫二冻结表面的25%。混乱地形是指山脊、裂缝、断层和平原混杂在一起。目前还不清楚混乱地形的确切原因，尽管它可能与地表下不均匀的加热和融化有关。一些木卫二最具标志性的图像也突出了这一奇特美丽的特征。

上图：伽利略号宇宙飞船拍摄的欧罗巴冰壳的图像，是破碎的“混乱地形”。 混乱地形下方的盐水池可能正在将氧气输送到木卫二的海洋。

科学家们认为木卫二的冰盖大约有15到25公里（10到15英里）厚。2011年的一项研究发现，木卫二上混乱的地形可能位于冰层下仅3公里（1.9英里）处的巨大液态水湖之上。这些湖泊并没有直接与地下海洋相连，但可以将水流入其中。根据这项新的研究，咸水湖可以与表面的氧气混合，随着时间的推移，可以将大量的氧气输送到更深的次表层海洋。

上图：研究中的这个数字显示了氧化剂是如何在木卫二表面冰中产生和分布的。 辐射分解将 H2O 溅射成 H2 和 O，O 重新结合成 O2。 一些氧气被释放到月球大气中，但大部分又回到冰冷的风化层并被困在气泡中。 气泡是氧化剂的主要近地表储层。 几千年来，这些气泡可以进入海洋。

马克·黑塞教授表示：“我们的研究使这一过程成为可能。它为木卫二次表层海洋的可居住性这一突出问题提供了解决方案。”

研究人员在他们的模拟实验中展示了氧气是如何通过冰块运输的。含氧盐水以孔隙性波的形式向地下海洋移动。孔隙波通过短暂地扩大冰中的孔隙，将盐水输送到冰中，然后迅速再次封闭起来。数千年来，这些多孔波将富含氧气的盐水输送到海洋。

上图：研究人员建立的基于物理的模型显示了孔隙波（球形）将欧罗巴表面的盐水和氧气通过月球的冰壳带到下面的液态水海洋。 该图表显示了时间（以千年为单位）和冰壳深度（以千米为单位）。 红色表示更高水平的氧气。 蓝色代表氧气含量较低。

混乱地形与氧气输送之间的关系尚不完全清楚。但科学家们认为，潮汐加热引起的对流上升流部分地融化了冰，表现为表面上混乱的地形。盐水下的冰必须是熔融的或部分熔融的，这样富氧的盐水才会流入海洋。

研究人员认为：“为了让这些盐水流失，下面的冰必须是可渗透的，因此部分融化。之前的研究表明，潮汐加热增加了木卫二冰壳对流部分上升流的温度，使其达到纯冰的熔点。考虑到混乱地形可能形成于底辟上升流之上，下面的冰层可能部分熔化了。连接的冰中存在的氯化钠也可能会增加融化。”

木卫二的表面非常冷，但还不够冷，不足以迅速重新结冰，导致氧气不能在盐水中运输。在木卫二的两极，温度从未高于零下220摄氏度，但该模型的结果表明，在地表重新冻结太慢，无法阻止盐水的排出，并防止氧化剂输送到内部海洋。”虽然，木卫二表面的冰是固态的，但它下面的冰是对流的，延迟了冻结时间。一些研究表明海底可能是火山形成的。

上图：这张插图显示了欧罗巴内部的火山活动如何维持液态海洋。

研究表明，木卫二表面吸收的86%的氧气都进入了海洋。在木卫二的历史上，这一比例可能发生了很大的变化。但研究人员的模型所产生的最高估计值创造了一个与地球非常相似的富氧海洋。会不会有什么东西生活在冰层下？

上图：假象的欧罗巴海洋冷冻机器人（一种能够穿透水冰的机器人）。

“木卫二快船”会提出哪些问题来证实这些发现呢？

快船是第一个致力于木卫二的任务。我们认为我们知道很多关于木卫二的事情，但我们还无法证实。快船旨在实现三个更大的目标：

• 调查海洋的组成，以确定它是否有维持生命的必要成分。
• 研究木卫二的地质，了解它的表面是如何形成的，包括混乱地形。
• 确定冰壳的厚度，以及里面和下面是否有液态水。它们还将决定海洋如何与表面相互作用：海洋中的任何东西会通过壳上升到顶部吗？有任何物质从表面进入海洋吗？

最后一点说明了氧气从表面到海洋的潜在运输。“木卫二快船”将携带十种仪器，它们将一起工作来解决这些问题。

行星探索/木卫二质谱仪（MASPEX）在涉及到木卫二上的氧气输送问题时会特别有用。

MASPEX 将从木卫二附近的气体中获得关键的答案，比如木卫二表面、大气和疑似海洋的化学成分。MASPEX 将研究木星的辐射如何改变木卫二的表面化合物，以及表面和海洋如何交换物质。

MASPEX 和木卫二快船上的其他仪器，可能会证实氧气从表面输送到海洋，如果那里有生命的话，生命就可以利用它。但我们还得再等一会儿。木卫二快船计划于2024年10月发射，要到5.5年后才能到达木星系统。一旦到达那里，它的科学研究阶段预计将持续四年。所以，我们可能要到2034年才能得到所有的数据。

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