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从阿拉斯加到欧罗巴

2002-10-17 15:44 作者:鲁伊 2002年第20期
科学家在阿拉斯加进行的冰川研究为寻找木卫二欧罗巴上的生命体提供了新的解决之道

从探测器发回的照片中发现欧罗巴与北极地区的冰川惊人相似

科学家在阿拉斯加进行的冰川研究为寻找木卫二欧罗巴上的生命体提供了新的解决之道

位于阿拉斯加的巴罗角(Point Barrow),是美国最北的地方。在这片接近极点的冰原上,冬季和早春的气温常年在摄氏零下14度到零下40度之间。在这里,阿拉斯加大学的哈吉奥.艾肯(Hajo Eicken)和他的研究小组已经在凛冽的寒风和恶劣的气候下工作了三年之久。他们使用先进的钻探和温度计量设备,从厚厚的冰层下取出冰核,对其进行可能是目前世界上最深入细致的研究。在这些冰核中,艾肯惊异地发现,即便是在冬季最寒冷的时候,冰核的上层依然能找到大量的微生物群。更有意义的是,进一步的研究显示,即使是极为寒冷坚硬的冰块,也会包含有微小得能够维持生命存在的液态区域。

虽然作为一个受过专业训练的冰河学家,艾肯对太空中的行星、卫星并不太关心,但他的研究成果对行星科学家们而言,却意义重大。在摄氏零下20度的坚硬冰层中,微生物仍能在微小的盐水泡中获得养分繁衍生息,这一事实极大程度唤起了天文学家的想象力。根据艾肯的研究结果,行星科学家们推测,在木卫二欧罗巴充满裂缝和皱褶的冰层之下,很可能也存在着同样生机勃勃的有机生物群。而艾肯研究小组所使用的探测手段,正是未来欧罗巴探测机器人值得借鉴并很可能最终采用的最佳探测手段。

作为最早被发现的木星卫星之一,通常被称为木卫二的欧罗巴其实从个头上在木星的众多卫星中只能排到第四位。然而,它却是人类外太阳系考察任务中优先级别最高的对象之一,这主要归功于它的独特自然状况。在早期旅行者2号拍摄的欧罗巴照片中,科学家发现,这颗表面被厚厚冰层覆盖着的行星表面拥有众多褐色的裂缝。由于地球上的有机物大多数是褐色的,这一现象引起了天文学家的广泛关注。

1989年发射升空的伽利略号探测卫星为近距离观察欧罗巴提供了机会。1996年,伽利略号将飞过欧罗巴时拍下的高清晰度图片传回地球时,那些大块的冰层、曲折的裂缝和皱褶的山脊令科学家们惊喜莫名:它们与地球上海洋冰川——尤其是北极地区的冰川——的航拍景象惊人地相似。1999年,伽利略号再次飞过欧罗巴,这次的结果更加喜人。对欧罗巴的磁场记录显示出明显的二次磁场效应,而对此最好的解释就是在其冰层下存在导电性的液体,比如盐水。“木卫二冰层下的水世界”一时成了各大科学媒体上的头号新闻。

水对于生命的重要意义毋庸赘述,但欧罗巴表面摄氏零下200度的低温令人怀疑生命存在的可能性。因为根据地球上迄今为止的研究结果,摄氏零下20度被认为是有机物能够存活的最低温度。然而,如果欧罗巴的冰层之下的确存在液态盐水海洋的话,那就是完全不同的一件事。正如亚利桑纳大学的克里斯托弗.奇巴(Christopher Chyba)发表在《自然》杂志的论文中所指出的,“能够想象一个由液态水构成的海洋拥有45亿年的历史但其中却没有生命存在吗?”

正是这个海洋的可能存在,为像艾肯这样在北极和南极从事冰川研究的冰河学家们的工作赋予了特殊意义。使用先进的钻头,艾肯能够完好无损地取出长达5英尺的冰柱,将其分层并加以研究。冰柱接近地表的部分温度最低,接近下面海水的部分则温度最高。但就算是在冰核温度最低、冰体最坚硬的部分,研究人员发现,细菌和硅藻依然活跃在其中的小“盐水泡”中。通过附着在沉淀物微粒上,或是自身释放出某种能够防止冰晶刺穿其细胞膜的黏性物质,这些通常只有十几微米长的有机体在严寒下展示了自己最顽强的生命力。它们栖身的盐水泡有些是彼此隔离的,但更多的则被蛛网一般能够实现液体流动的微小通道所连接。无论冰的温度降到多低,这些通道都能保持畅通无阻。只要有这些盐水泡和通道提供水和养分,微生物就能够在坚冰中度过漫漫寒冬。

北极与欧罗巴的惊人相似,使人们没有理由怀疑木卫二冰层下有存在生命的可能。尽管数据表明欧罗巴上的冰层可能厚达10英里,远比北极10英尺的冰层厚得多,但木星引力却使这些冰层的活动十分活跃。根据行星科学家的推测,欧罗巴表面上的许多突起和沟回都是从冰层下面被推挤出来的。许多下层温度较高的冰会部分融化覆盖其上的冰层,形成突起。这些冰的温度约为摄氏零下10度,足以满足有机物生存的温度要求。而来自太空落在欧罗巴表面的矿物质和盐分也可能从冰层缝隙渗入其下,为有机物提供养分。

能够为天文学家提供欧罗巴上生命存在与否的理想参照的,并不仅仅是北极的冰层。一些行星科学家也把注意力投在邻近南极点的沃斯托克湖(Lake Vostok)上。沃斯托克湖的大小接近安大略湖,位于两英里多厚的冰层之下。由于冰层的屏障,3000万年来的地球大气变化并没有为它造成影响,因此,这个湖可能含有地球上最原始的水。尽管如此,生物学家还是怀疑,在沃斯托克湖的深处,仍然可能有细菌存活。温暖而富含矿物质的水流可能透过冰面不平之处渗入湖中。对于那些已经深谋远虑地想到了未来在欧罗巴上的破冰钻探工作的科学家来说,沃斯托克湖上的考察可能更具参考价值。

毫无疑问,沃斯托克湖中的水要比欧罗巴上的水容易取得多,但是科学家们迄今还未能取出它的样本。如果做到了,沃斯托克可能会成为一个测试欧罗巴探测机器人的理想基地。这样的探测,需要挖开几英里厚的冰层,到达下面的海洋,然后搜寻微生物,并保证水不会被地球上的微生物污染。无论它是在地球上进行还是在其他任何天体上进行,都是一项极为艰难的挑战性任务,可能需要几十年的时间才能够完成。

不过,NASA的科学家们并不准备坐下来等待。在密切关注冰河学家们的研究工作并给予一定资助的同时,飞向欧罗巴的计划也在紧锣密鼓地筹备着。第一颗直接对欧罗巴进行考察探测的卫星将于2008年发射升空,它将花2到3年时间飞抵欧罗巴。这颗欧罗巴探测卫星的主要任务包括确定深层海洋的存在与否,绘出地下液态水及覆盖冰层的三维分布图,了解卫星表面的构成情况和活跃程度以及确定未来的登陆地点。此外,在“稻草人”调查项目中,还包括精密的引力场判定、激光测高、穿冰雷达和扫描成像等内容。

提起太空考察,很难不想起那部大名鼎鼎的《2001:太空奥德赛》,但其实,这部电影改编自的原著,只是英国科幻作家阿瑟.克拉克(Arthur C. Clarke)“奥德赛”系列中的第一部。在几年前出版的该系列最后一本小说《3001:最后的奥德赛》中,克拉克精心描绘了一个隐藏于欧罗巴表面冰层之下的复杂生命世界。

写了一辈子科幻小说的克拉克经常会在作品中作出一些很准确的预测,比如登月行动,还有商用通讯卫星的发射。他曾经提出过著名的“克拉克定律”,其中的第二条是,“要发现某件事情是否可能的界限,惟一途径是跨越这个界限,从不可能跑到可能中去”。虽然NASA的科学家们谨慎地称,要真正实现对欧罗巴海底的实地考察至少需要30年左右时间,但毫无疑问,从艾肯小组在阿拉斯加所从事的不懈研究,到2008年欧罗巴探测卫星的发射升空,人类正在跨越着这个从不可能到可能的界限。

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