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木星的四颗“伽利略卫星”，从左到右分别为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四

北京时间8月6日，耗资25亿美元的美国“好奇号”探测器成功降落火星，对这颗红色星球是否适宜生命存活展开了新一轮的探索。
不过在太阳系中，火星并非寻找地外生命的唯一希望。综合考虑生命生存所需的基本元素、热量、液态水，以及相对稳定的环境等条件，更遥远的木星轨道上还有其他有力候选者。
1610年，天文学先驱伽利略用自制望远镜发现了木星的四颗卫星，这也是人类首次得知除地球外的其他行星也有“月亮”。四百年来，已有66颗木星卫星被发现，四颗伽利略卫星在其中依然鹤立鸡群，也都是整个太阳系里数得着的大卫星。
当然，木星自己更是太阳系行星中的巨人，体积足有地球的1321倍，质量是其他七大行星总和的2.5倍还多。在拉丁文与英文中，木星被称为“朱庇特”，即希腊神话中众神之王宙斯的罗马名字。现实中，木星与其卫星则构成了一个独特的系统，被天文学家誉为“小太阳系”。宙斯是个风流倜傥、艳遇无数的神，四颗伽利略卫星也都以和他“有染”的美人命名。
上世纪70年代以来，共有6个探测器到达过木星轨道，尤其是美国“伽利略号”从1995年起连续工作了8年，今天人类对“四大美人”的了解主要来自于它。其中三颗具有丰富的液态水，也尤为吸引天文学家的目光。

木卫二：冰海公主


木卫二表面模拟图，有观点认为地球上的南极冰湖可能与之相近，但寒冷程度远远不如

木卫二芳名“欧罗巴”（Europa），即希腊神话中被宙斯诱拐的腓尼基公主，今天欧洲大陆的名字就源自这段传说。它也是目前除火星外，太阳系中存在地外生命呼声最高的一颗星球。
木卫二是四颗伽利略卫星中最小的，直径3121千米与月球相仿，外表却迥然不同。木卫二的表面有数量众多、不断变化的裂缝，不过总体上仍非常光滑、明亮，既缺乏陨石撞出的环形山，也没有内部地质运动产生的火山。这暗示着，它的表面并不是陆地，而是厚厚的冰层。
像地球一样，木卫二也分为核、幔、壳三层结构。今年年初，中国科学院紫金山天文台研究员季江徽的研究团队根据“伽利略”探测器的数据，分析木卫二的引力场后认为，其最外部的海洋和冰层共166公里厚，质量则占到整颗星球的10%。也就是说，木卫二上的水总量多达4.8亿亿吨，是地球的3倍以上！再加上木卫三和木卫四，人类未来考察木星系时，恐怕最不缺的就是水了。
远离太阳的木卫二寒冷无比，表面平均只有约零下170摄氏度，液态水是如何形成的呢？这要归功于木星强大的引力场，它产生的潮汐力可以成为木卫二内部的热量来源，同时在表面冰层“撕”出裂缝，乃至形成喷发的“冰火山”。再加上木卫二内核可能也有放射性元素衰变释放热量，从而能在地幔与冰层之间维持一个液态水世界，为生命诞生提供条件。
近几十年来，科学家在地球深海海底发现了一种无需阳光的生态系统——热液喷口，各种微生物和鱼、虾、蟹、蠕虫等完全依靠地球内部释放出的热量和养分，食物链低端的部分细菌甚至无需氧气。科学家认为，木卫二海底也可能存在类似的热液喷口生态。

木卫三与木卫四：迥异“双胞胎”

四颗伽利略卫星的剖面显示图，可见木卫四（右下）是其中惟一没有明显核、幔、壳分层的

木卫三“甘尼米德”（Ganymede）以被宙斯掳走、后成为众神侍者的美少年命名（就是十二星座中的水瓶座，也是伽利略卫星中唯一以男性命名的），以5268千米的直径成为太阳系中最大的卫星，也超过水星；木卫四“卡利斯托”（Callisto）则是一名被宙斯强暴的仙女，后被嫉妒的天后赫拉变为一只熊，也就是大熊座，直径约4821千米。
这两颗卫星大小相近，都由水冰与岩石构成，都可能有液态水构成的地下海洋，以及稀薄的大气，但除此之外差异明显：木卫三地貌更年轻，内核和地幔分层清晰，而且是太阳系中唯一有磁场的卫星。木卫四的表面则像月球一样密密麻麻遍布陨石坑，内部也是乱七八糟混杂一团。
今年1月发表在《自然》上的一项研究认为，这两颗卫星在成长中分道扬镳，是因为木卫三“挨打”更多——木星的质量大、引力大，能像吸尘器一样吸引来自太阳系边缘的彗星撞击自己，其中一部分彗星也会撞在卫星上。木卫三离木星较近，受撞击的概率更高，彗星撞击时的动能也更大，于是被“修理”出了一个由放射性物质组成、更活跃并能散发热量的内核。
正是因为内部热量较多，科学家认为木卫三上存在生命的希望更大一些。不过“伽利略号”的观测表明，覆盖其地下海洋的冰层可能比木卫二还厚，达200千米，是地球南极冰盖平均厚度的80多倍。
木卫四也有自己的长处：它离木星比其他三颗更远，受到的辐射较少，引力也最低，因此被视为未来人类开发木星系统的最佳基地。

木卫一：狂暴星球

遍布火山与熔岩，木卫一的尊容或许难称美观

木卫一是离木星最近的伽利略卫星，直径3630公里，略大于月球，其名“伊娥”（Io）是一位河神的女儿。宙斯占有她后为欺骗赫拉而把她变为小母牛，但赫拉仍对她百般折磨，一直追到埃及才让她恢复人形。直到20世纪末科学家才知道，以如此柔顺可怜的女子命名的木卫一，却是太阳系行星和卫星中最“狂暴”的。
1970年代初，美国“旅行者号”探测器传回资料显示，木卫一表面至少有数百个火山口，其中一些仍然活跃，喷发出硫磺、二氧化硫和硅酸盐等物质，喷发物可高达500千米，落地后形成了红、黑、白等斑斓色彩。数千米高的火山，炽热的硫湖，数百千米长的熔岩流，迄今仍不断改变着木卫一的面貌。
与太阳系的其他卫星相比，木卫一的内部成分与地球最为接近。但其火山的主要能量并非来自内部，而是因为这颗卫星的轨道非常特殊，能与木卫二、木卫三发生共振，同时还受到木星的巨大潮汐力影响，星体不断发生剧烈的扭动、变形，从而产生强烈的地质活动。
活跃的火山、硅酸盐为主的岩石、外加稀薄的大气层，这些都与地球形成初期的情况非常相似，只是由于过度蒸发而只有极少的液态水。加之木卫一的星体表面和大气层完全处于木星的强烈磁场“蹂躏”之下，辐射水平非常高，因此目前认为木卫一基本不适合生命存活。

“探木”难度远超“探火”几个数量级


太阳系的第二大卫星——土卫六“泰坦”，也是可能存在地外生命的热门，甚至被认为很像地球。它有氮和甲烷组成的稠密大气层，可以形成风云雷电；地面则有山脉、沙丘，以及甲烷和乙烷构成的液态湖泊。虽然没在表面找到水，但近期一项研究表明它可能也在地下拥有一个液态海洋。图为土卫六的合成照片。
除了土卫六，土星的另一颗卫星土卫二“恩克拉多斯”近年也被发现有火山和液态水，引起了科学家们的关注。不过，土星比木星还要远离太阳系中心，除了2005年起工作至今的卡西尼号探测器，目前各国都没有新的土星系探测计划。

其实，寻找地外生命，首先是寻找“适合生命存在”的宜居行星，对此目前还是以地球生命的生存条件为评判标准。与迄今仍未证实有液态水的火星相比，伽利略卫星尤其是木卫二在这方面具有优势，可能有类似地球深海海底的生态环境，但前往木卫二寻找生命的难度要高出几个数量级。
首先是木星属于外行星，距离地球远得多，比如去年升空的美国“朱诺号”探测器，要花5年时间才能抵达木星轨道。远离太阳，对太阳能电池的工作效率是严峻考验，而核动力电池体积又较大；此外木星还有强大的磁场和辐射，会影响电子设备的运转。迄今为止，“伽利略号”是人类惟一曾在木星轨道上进行长期工作的探测器，在它2003年“寿终正寝”后一直处于空白期。
其次是在登陆卫星表面后，探测器先要钻透厚达数十、上百千米的冰层，再潜入近乎一无所知的冰下海洋，在地球南极大陆钻几千米的冰盖都并非易事，而在太空中跋涉数年到达遥远的外星球，用体积、重量严格受限的探测器完成这些工作，难度可以想见。还有就是必须确保探测器不能携带任何地球上的微生物，以防造成污染。为应对可能的突发情况，探测器最好还得有较强的人工智能水平，能够“自己作主”完成导航、取样、返回和躲避危险……因为信号以光速在地球与木星轨道传递一趟，至少也要半小时以上。
目前，除了以探测木星本身为主的“朱诺号”，欧洲也在进行用于研究木星系卫星的JUICE计划，准备在2022年发射探测器，它们仍将是在太空轨道上工作。至于如何在卫星表面着陆并钻探、取样，仅有一些理论上的设想，凭现有的科技水平还难以实现。实际上，至今为止就连木卫二、木卫三表面的清晰图像都还没有获得，即便现在就能造出能用的探测器，也无法确认这两颗星球是否具备探测器着陆的条件。至少在本世纪中期以前，人类恐怕还无法窥进这些遥远的外星地下海洋。

（本文得到了中国科学院紫金山天文台研究员季江徽的帮助，在此表示感谢！同时发表于中国科技网http://www.stdaily.com/special/node_9889.htm）

血花刀剪 2014-07-14 00:10:53