卡西尼任务和哈勃望远镜为“海洋世界”提供新见解

下图显示的是卡西尼号在2015年通过土卫二羽流的情况。卡西尼号和哈勃号的新海洋世界发现将有助于为未来的探索和对地球以外生命的更广泛探索提供信息。

美国宇航局的卡西尼号任务和哈勃太空望远镜正在提供有关木星和土星的海洋卫星的新细节，从而增加了这些以及其他“海洋世界”对我们太阳系及其他领域的科学兴趣。研究结果发表在今天在线发表的两篇论文中。

卡西尼号科学家宣布，土星的卫星土卫二上似乎存在一种可以赖以生存的化学能，哈勃的研究人员报告说，木星的卫星欧罗巴爆发出了羽状流。

“到目前为止，这是我们找到适合居住环境所需成分的最接近的地点，”美国国家航空航天局华盛顿总部科学任务局副局长托马斯·祖尔布琴（Thomas Zurbuchen）说。这些结果证明了NASA科学任务相互联系的性质，这使我们更加接近于回答我们是否真的一个人。

我们曾经以为海洋使我们的星球与众不同，但是现在我们开始意识到“海洋世界”就在我们周围。

卡西尼号任务的科学家发表在《科学》杂志上的论文指出，可能通过生命提供化学能源的氢气正通过海底的热液活动涌入土卫二的地下海洋。

该图显示了卡西尼号科学家如何认为水与土星冰冷的月亮土卫二的海洋底部的岩石相互作用而产生氢气。

月亮海洋中存在充足的氢气意味着，微生物（如果存在的话）可以通过将氢气与溶解在水中的二氧化碳结合在一起来获取能量。这种化学反应被称为“甲烷生成”，因为它产生甲烷作为副产物，它是地球生命树的根源，甚至可能对我们星球的生命起源至关重要。

我们所知道的生活需要三个主要成分：液态水；新陈代谢的能量来源；以及正确的化学成分，主要是碳，氢，氮，氧，磷和硫。卡西尼号（Cassini）的这项发现表明，土卫二-距地球比太阳离地球十亿英里的小冰冷的月亮-几乎具有所有这些可居住性成分。卡西尼号尚未显示出海洋中存在磷和硫，但科学家怀疑它们是磷和硫，因为人们认为土卫二的岩石核心在化学上类似于含有这两种元素的陨石。

美国国家航空航天局（NASA）的卡西尼号（Cassini）航天器在土星卫星土卫二（Enceladus）喷出的气体羽流和冰状颗粒中发现了氢气。这一发现意味着，小小的冰冷的月球-地表下有一个大洋-具有化学能量源，如果那里存在微生物的话，可能对微生物有用。这一发现还提供了进一步的证据，证明富含矿物质的温暖水从海底的喷口涌入大海。在地球上，此类热液喷口与日光完全隔绝，为繁荣的生物群落提供了支持。现在，土卫二似乎具有科学家认为生活所需的所有三种成分：液态水，一种能源（如阳光或化学能）和正确的化学成分（如碳，氢，氮，氧）。

“确定生命的化学能存在于土星的一个小卫星的海洋中，这是我们寻找地球以外的可居住世界的重要里程碑，”位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室的卡西尼号项目研究员琳达•斯皮克尔（Linda Spilker）说。

卡西尼号飞船在2015年10月28日最后一次，也是最深的pe羽流中检测到了从土卫二喷出的气体和冰状物质羽流中的氢。卡西尼号还在任务初期的飞越过程中采样了烟羽的成​​分。从这些观察结果中，科学家已经确定，羽流中将近98％的气体是水，大约1％是氢，其余是包括二氧化碳，甲烷和氨在内的其他分子的混合物。

该测量是使用卡西尼的离子和中性质谱仪（INMS）进行的，该仪器会嗅探气体以确定其成分。INMS旨在采样土星卫星Titan的高层大气。卡西尼号（Cassini）在2005年意外发现了南极附近的热裂缝喷出的高耸的冰雾后，科学家将其探测器对准了小卫星。

卡西尼号并非旨在探测土卫二羽中的生命迹象–实际上，直到航天器抵达土星之后，科学家才知道该羽存在。

“尽管我们无法发现生命，但我们发现那里有食物来源。这就像是一个存放微生物的糖果店。”卡西尼号研究的主要作者亨特·韦特（Hunter Waite）说。

新发现是独立的证据，表明土卫二海洋中正在发生热液活动。先前发表于2015年3月的结果表明，热水与海底岩石相互作用。新发现支持了这一结论，并补充说岩石似乎是在化学反应产生氢。

哈勃太空望远镜在木星冰冷的欧罗巴上捕获到了更多的水蒸气羽流的证据。伽利略号航天器观察到，可能的羽状流似乎在同一位置重复出现，并与欧罗巴表面上一个相对温暖的区域相对应。

该论文详细介绍了哈勃太空望远镜的新发现，该论文发表在《天体物理学杂志快报》上，该论文报道了2016年欧罗巴的观测结果，在该观测中，可能从月球表面喷出了可能的物质羽流，而哈勃在2014年观测到了该羽流的证据。这些图像进一步证明了欧罗巴羽状物可能是一种真实的现象，在月球表面的同一区域间歇性地爆发。

新成像的羽流上升到欧罗巴海平面以上约62英里（100公里），而2014年观测到的羽流估计约高30英里（50公里）。两者都对应于一个异常温暖的区域的位置，该区域的特征似乎是月球冰冷的外壳中的裂缝，这在1990年代后期由美国宇航局的伽利略号航天器所见。研究人员推测，与土卫二一样，这可能是水从月球内部喷出的证据。

“土卫二上的羽流与较热的地区有关，因此，在哈勃拍摄了欧罗巴上这种新的羽状特征后，我们在伽利略热力图上查看了该位置。我们发现欧罗巴的羽状候选物正好位于热异常上，”位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的威廉·斯帕克斯（William Sparks）说。在2014年和2016年，Sparks领导了哈勃羽流研究。

科学家们说，如果羽状流和暖点联系在一起，那可能意味着从月球冰冷的外壳下面排出的水正在使周围的表面变暖。另一个想法是，羽状流喷出的水以细雾的形式落在表面上，改变了表面颗粒的结构，并使它们保留的热量比周围的景观更长。

对于2014年和2016年的观测结果，研究小组使用哈勃太空望远镜成像光谱仪（STIS）在紫外光下发现了羽流。欧罗巴经过木星的前方时，月球边缘周围的任何大气特征都会阻挡木星的某些光线，从而使STIS能够以轮廓形式看到这些特征。斯帕克斯（Sparks）和他的团队正在继续使用哈勃（Hubble）监视欧罗巴（Europa），寻找羽状候选物的更多示例，并希望确定它们出现的频率。

通过哈勃对欧罗巴的假定羽流活动的监视以及卡西尼号对土卫二羽流的长期调查，美国宇航局对海洋世界的未来探索得以实现。尤其是，两项调查都为NASA的Europa Clipper任务奠定了基础，该任务计划于2020年代发射。

“我们现在强烈怀疑，如果欧罗巴上有羽状物，我们将借助欧罗巴快船为它们做好准备，”美国宇航局总部行星科学主任吉姆·格林说。

哈勃（Hubble）识别出一个似乎持续，间歇性羽流活动的站点，为欧罗巴任务小组提供了诱人的目标，以其强大的科学仪器进行调查。此外，一些Sparks的合著者正在哈勃欧罗巴号研究中准备一台功能强大的紫外线照相机，可以在欧罗巴飞剪机上飞行，该照相机将与哈勃进行类似的测量，但是距离更近了数千倍。卡西尼（Cassini）INMS小组的几名成员正在开发一种非常灵敏的下一代仪器，以便在欧罗巴快船（Europa Clipper）上飞行。

刊物：

J. Hunter Waite等人，“卡西尼号在土卫二羽中发现了分子氢：水热过程的证据”，《科学》，2017年4月14日，第1卷。356，第6334期，第155-159页； DOI：10.1126 / science.aai8703W。B. Sparks等人，“ Europa上的活性低温火山作用？”，ApJL，2017年； DOI：10.3847 / 2041-8213 / aa67f8