探索 | 神奇的木卫三：太阳系的“超级大水库”

地球，这颗被人类亲切地称为“蓝星”的家园，因其广阔的海洋而备受骄傲。若将地球磨平并均匀摊开，其表面将被一片深达10米的海洋覆盖。这些水足以将大气中的氧气、二氧化碳和水蒸气转化为液态水，使地球的空气变得清新透明。自太阳系诞生之初，水便在其中存在。据观测数据，木星和土星的卫星上均有水的存在，其中木卫三尤为引人注目。这颗卫星上蕴藏着大量的液态水，其水量甚至超过地球。这一发现使科学家们提出新的观点：地球的水可能源自太阳系。然而，这一观点仍需通过验证数据来证实，这无疑是对人类认知的一大挑战。

▏木卫三诱人的液态水“大餐”
地球上的水资源总量约为1.38亿立方千米，涵盖了海洋、冰川、地下水、湖泊、河流以及大气中的水蒸气。尽管密歇根湖等著名水体在地球上占有一席之地，但其水量仅占地球总水量的不到0.6%。相比之下，木卫三——作为木星的最大卫星，据科学家推测，其液态水量可能高达150亿立方千米，远超地球。这一发现使木卫三成为了太阳系中潜在的巨大水资源库，引发了人们对地球水资源的重新审视。
通过对比地球的海洋深度与直径，我们不难发现，海洋相对于地球的整体来说只是冰山一角。而木卫三的液态水资源，据估计，远超地球，成为了科学研究和探索的新焦点。早在20世纪60年代，地球科学家就通过发射“先驱者”卫星，探测到了木卫三内部存在大量液态水的迹象。尽管那里的环境对人类来说极端恶劣，但科学家们依然从中发现了丰富的水资源。
最新的研究还显示，木卫三内部可能藏有150亿立方千米的冰层，而这些冰层中还可能蕴含着更多的液态水。这一发现让木卫三被誉为太阳系中的“超级大水库”。科学家们正翘首以盼，期待着未来能够进一步揭开木卫三水资源之谜。木卫三是否真的拥有如此广阔的海洋？那里的海是否与地球上的海洋有着相似之处？这些问题正等待着我们去探索和解答。

伽利略号拍摄的木卫三

▏神奇的“木卫三”
木星，太阳系中的巨无霸，不仅体型庞大，而且拥有众多卫星，截至2019年底，已发现79颗围绕其旋转。在众多卫星中，木卫三尤为引人注目。尽管不是离木星最近的，但木卫三的体积却堪称翘楚，直径甚至超过了水星。
想象一下，如果木卫三没有被木星捕获，它或许能够跻身太阳系的行星之列。不过，木卫三的神奇之处远不止于此。它成为了人类在太阳系中发现的第一个拥有磁圈的卫星。这意味着木卫三可能拥有一个类似地球的内核，并散发出强大的磁场。如果磁场足够强大，木卫三上的生命或许能够免受宇宙辐射的侵害。
为了深入了解木卫三，人类派遣了众多探测器前往探索。先驱者10号和旅行者兄弟探测器都曾造访过木卫三，尽管传回的资料有限，但它们证实了木卫三的体积确实超过了土卫六。
其中，伽利略号探测器的贡献尤为突出。它在进入木星轨道后，多次近距离飞越木卫三，最近时距离其表面仅264千米。伽利略号还揭示了一个令人惊讶的事实：木卫三拥有一个广阔的“地下海洋”。这一发现引发了人们的无限遐想，木卫三上的海洋究竟有多大呢？它是否孕育着未知的生命形式？
木卫三作为太阳系中的一个奇迹，其体型、磁圈和地下海洋都成为了科学家们研究的焦点。随着技术的不断进步，我们有望在未来更加深入地了解这颗神秘的卫星。

木卫三的内部结构示意图

▏“木卫三”的海洋与众不同
地球的水循环永不停歇，大量的雨水和融雪为海洋、湖泊、河流和湿地提供了源源不断的水源。然而，在遥远的木星上，木卫三这颗巨大的卫星却与地球截然不同。它没有陆地，内部构造与月球相似，充满了巨大的岩石和冰，构成了一个冰川和山脉交织的世界。
尽管木卫三的质量只有水星的一半，但其平均密度达到了1.936克/立方厘米，这意味着它的岩石和水的含量大致相当。令人惊讶的是，这些水并非都是液态，而是以固态冰的形式存在，占据了其总质量的46％以上。这使得木卫三被誉为太阳系中的“超级大水库”。
尽管木卫三不适合人类居住，但其独特的构成和巨大的储水量为我们提供了宝贵的研究价值。它让我们更加深入地了解了太阳系中不同天体的多样性和神秘之处。
深入探究木卫三的内部结构，我们发现这颗星球除了一个半径约700米的内核外，主要由冰体外壳和硅酸盐质地涵构成。哈勃望远镜对木卫三的极光光谱进行的分析揭示了其海洋深度至少为400千米。科学家们推测，这仅仅是“第一层海洋”，其下可能隐藏着两层更为深邃的海洋，它们像千层饼一样被冰层隔开。
美国探究天文学大学协会执行副主席海迪·哈梅尔表示：“哈勃太空望远镜的观测结果已证实木卫三表面下存在咸水海洋。随着‘木星的冰卫星探测者’进入其轨道，我们将有望发现更多令人惊叹的新事物。”据此推测，木卫三的海洋深度可能超过1000公里，水量高达150亿立方千米。这令人惊叹的水量远超地球，使得地球的水资源相形见绌。
科学家们认为，木卫三的每一层海洋在体积、成分和温度上都可能有所差异。想象一下，如果你乘坐一部直达木卫三核心的电梯，你将有机会亲眼目睹这些独特且多样的海洋景观，这无疑是一次令人期待的太空探险之旅。

木卫三的海洋结构示意图

木卫三的表面平均温度极低，零下174摄氏度左右，因此其冰体与我们通常理解的“冰”有所不同，可能更加坚硬且厚实，类似于地球的地壳岩石。尽管木卫三拥有太阳系中最大的海洋，但这并不意味着其上存在生命。除了流动水源，宜居环境还需满足其他条件。事实上，太阳系中还有许多其他地方也拥有海洋，这些地方同样值得我们去探索。木卫三的独特环境让我们对生命的可能性产生了好奇，同时也提醒我们，在寻找外星生命时，需要全面考虑各种环境因素。

▏去太阳系中看海
首先，让我们聚焦于木卫二——欧罗巴，这颗近年来备受人类关注的卫星。它的表面同样覆盖着厚厚的寒冰，然而其海洋的深度却令人惊叹。据推测，木卫二底部的海洋深度至少达到100到200千米，远超过地球上最深处的马里亚纳海沟。这种深不可测的海洋环境，使得木卫二成为科学家们探索生命起源的热门候选地之一。
与地球相似，木卫二的海底也分布着活跃的火山。这些火山的喷发不仅维持了海洋的液态状态，还为海洋带来了丰富的元素。科学家们推测，这些元素可能为生命的诞生提供了必要的条件。例如，在南极的冰下湖中，科学家们已经发现了许多单细胞生物，它们以海底火山带来的物质为食。如果木卫二的海洋环境与南极冰下湖相似，那么我们在探索木卫二时，或许真的能够邂逅外星生命。
接下来，让我们将视线转向土卫六——土星卫星中最大的一个。尽管土卫六的海洋表面看起来与地球海洋相似，但由于其重力有限以及海洋主要由甲烷、乙烷构成，使得在土卫六的海洋中游泳成为一项极具挑战性的任务。然而，土卫二却以其壮观的“喷泉”景观脱颖而出。美国的卡西尼号探测器在造访土卫二时，发现了明显的裂纹，并从中观察到了持续的喷泉活动。
随着我们向太阳系的外围探索，我们会发现距离太阳越远的天体，其能够吸收到的热量就越有限。这些寒冷的卫星或行星因此被称为“冷冻之星”。然而，对于渴望发现外星海洋的人类来说，这些寒冷且内部活动有限的天体显然无法满足我们的探索需求。为了深入了解这些冷冻之星的内部是否存在海洋，人类将制定更多的探索计划。例如，专门针对木卫三的“轨道器探索计划”就是其中之一。通过这些计划，我们希望能够揭开这些遥远天体的神秘面纱，探寻它们是否拥有支持生命存在的潜力。

朱诺号拍摄到的木卫三近照

▏木卫三轨道器探索计划
木卫三的轨道器探索计划的唯一目标就只有木卫三，并且此次探索需要完成五个目标。
第一就是观察木卫三海洋、深层内部的状态以及其他地质特征，第二就是探究其大气层基本构成，第三则是监测太阳风对其的影响，第四是在谐振轨道上观察木卫四和木卫一，最后就是研究木卫三在木星系统内与其他卫星的相互作用。
为了实现上述目标，该计划将分为三个阶段进行。首先是发射阶段，选择一个地球与木星位置关系最为有利的时期，利用高性能火箭将轨道器送入预定轨道。接下来是轨道调整阶段，轨道器需要在太空中进行多次机动，逐渐接近木卫三，并最终进入稳定的轨道。最后是科学探测阶段，轨道器将利用搭载的各种科学仪器，对木卫三进行全方位、多角度的观测和研究。
其中，轨道器的设计和制造是关键。它必须能够承受极端的太空环境，同时还要具备高精度的导航和观测能力。此外，轨道器还需搭载先进的通信设备，确保能够与地球控制中心保持稳定的联系，实时传输探测数据。
通过对木卫三的深入研究，我们可以更深入地了解太阳系的形成和演化历史，探索生命的可能性，甚至为未来的太空资源开发提供宝贵的科学依据。它不仅能够拓展人类的知识边界，还可能为未来的太空探索和技术发展奠定坚实的基础。为人类探索宇宙的壮丽征程再添一笔浓墨重彩的篇章。（图片源自网络）

作者 | 几维鸟毕业于新西兰林肯大学金融专业。对大众科普知识拥有浓厚兴趣，曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实，积极探索前沿科技。