2024年10月14日,NASA的歐羅巴快船號(hào)探測(cè)器從肯尼迪航天中心發(fā)射升空,從此踏上了前往木星的6年旅程。
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它的核心使命是揭開(kāi)木衛(wèi)二歐羅巴冰下海洋的秘密——而這一切,都源于12年前一個(gè)轟動(dòng)科學(xué)界的發(fā)現(xiàn)。
但如今,這個(gè)曾經(jīng)改變整個(gè)探測(cè)計(jì)劃的結(jié)論,卻被它的提出者親手推翻了。
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2012年12月30日,瑞典皇家理工學(xué)院的洛倫茲·羅斯團(tuán)隊(duì),通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)歐羅巴進(jìn)行了一次關(guān)鍵的紫外線觀測(cè)。
2014年12月,他們?cè)凇犊茖W(xué)》雜志上發(fā)表論文,宣布在木衛(wèi)二歐羅巴南極發(fā)現(xiàn)了兩股高達(dá)200公里的水蒸氣羽流。
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這個(gè)消息瞬間點(diǎn)燃了整個(gè)天文界:如果歐羅巴冰下的海洋真的能直接噴到太空,那探測(cè)器不用鉆透幾十公里厚的堅(jiān)硬冰殼,只要飛過(guò)羽流就能采集到海洋樣本,這讓尋找地外生命的難度一下子降低了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
NASA的科學(xué)家也因此調(diào)整了歐羅巴快船號(hào)探測(cè)器的設(shè)計(jì),給它加裝了專門的質(zhì)譜儀和粒子分析儀,而原本備受爭(zhēng)議的鉆冰技術(shù)方案就被擱置了。
所有人都在期待著,快船號(hào)能直接在噴射的空中捕捉到歐羅巴的海水,從而找到生命存在的證據(jù)。
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然而,之后的幾年里,事情卻變得越來(lái)越詭異:陸續(xù)有研究報(bào)告了疑似羽流的信號(hào),但這些信號(hào)總是時(shí)有時(shí)無(wú),沒(méi)有一次能被獨(dú)立重復(fù)驗(yàn)證。
科學(xué)界的疑惑越來(lái)越深:這些羽流到底是真實(shí)存在的,還是我們看錯(cuò)了?
給出答案的,正是羅斯本人。
2026年4月,他和團(tuán)隊(duì)在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《基于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡/STIS觀測(cè)的木衛(wèi)二萊曼α輻射》的重磅論文,徹底推翻了他自己12年前的結(jié)論。
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他們重新分析了哈勃望遠(yuǎn)鏡在1999年到2020年間對(duì)歐羅巴的所有23次紫外線觀測(cè),用更加完善的模型重新解讀了這些數(shù)據(jù),結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)年看到的羽流信號(hào),其實(shí)是三個(gè)被忽略的微小誤差疊加產(chǎn)生的假象。
第一個(gè)誤差,是歐羅巴在圖像中的位置偏移。
哈勃望遠(yuǎn)鏡雖然能看到百億光年外的星系,但拍攝距離我們6億公里的歐羅巴時(shí),這顆直徑3121公里的衛(wèi)星在圖像上只有不到40個(gè)像素大。
也就是說(shuō),歐羅巴的整個(gè)圓盤,還沒(méi)有你手機(jī)屏幕上的一個(gè)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)大。
當(dāng)年的研究中,團(tuán)隊(duì)擔(dān)心羽流信號(hào)會(huì)干擾定位,特意只用了歐羅巴上半部分的圖像來(lái)確定中心位置,這就導(dǎo)致歐羅巴的實(shí)際位置比假設(shè)的偏了2個(gè)像素(水平方向)和1個(gè)像素(垂直方向)。
別小看這微小的偏移,它剛好把歐羅巴邊緣的氣體信號(hào),移到了冰殼之外,看起來(lái)就像是從內(nèi)部噴出來(lái)的羽流。
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第二個(gè)更關(guān)鍵的誤差,是歐羅巴周圍一直存在的氫氣面紗。
這層被稱為外逸層的稀薄氣體,是木星的高能粒子不斷轟擊歐羅巴冰面,把水分子拆成氫和氧后形成的。
輕的氫原子會(huì)飛到太空中,形成一層包裹著歐羅巴的氫氣層,當(dāng)年的研究根本沒(méi)有考慮到這層氣體的存在,把它發(fā)出的氫原子特有的萊曼α紫外線,當(dāng)成了羽流的信號(hào)。
新研究中,團(tuán)隊(duì)第一次在萊曼α發(fā)射觀測(cè)中完整考慮了氫外逸層的貢獻(xiàn),精確計(jì)算了它在不同位置、不同時(shí)間的紫外線強(qiáng)度。
當(dāng)他們把這個(gè)模型的信號(hào)從觀測(cè)數(shù)據(jù)中減去后,所有疑似羽流的局部增強(qiáng)信號(hào)就都消失了。
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第三個(gè)容易被忽略的誤差,則是來(lái)自地球本身。
研究意外發(fā)現(xiàn),地球的外逸層也會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生顯著干擾:在太陽(yáng)活動(dòng)極小期(2018-2020年),地球外逸層的氫密度比太陽(yáng)活動(dòng)極大期(2012-2015年)高約4倍,這會(huì)強(qiáng)烈吸收歐羅巴發(fā)出的紫外線信號(hào)。
如果不考慮這個(gè)因素,就會(huì)嚴(yán)重低估歐羅巴外逸層的密度,進(jìn)而誤判局部信號(hào)的來(lái)源。
這次的研究不僅推翻了羽流的結(jié)論,新研究還第一次詳細(xì)描繪了這層氫氣面紗的樣子。
他們發(fā)現(xiàn),這層氫氣的溫度大約是1000開(kāi)爾文(約727攝氏度),表面附近每立方厘米里有約9000個(gè)氫原子,比地球上實(shí)驗(yàn)室里的高真空還要稀薄。
每秒大約有1100億億個(gè)氫原子從歐羅巴逃逸出去,這個(gè)速度比之前預(yù)想的快了一倍還多,這些氫原子會(huì)逃逸到木星的磁層中,成為木星輻射帶的一部分。
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作為原作者,主動(dòng)推翻自己曾經(jīng)的重大發(fā)現(xiàn),這在科學(xué)界并不常見(jiàn),但卻是科學(xué)精神最純粹的體現(xiàn)。
羅斯說(shuō):"我們當(dāng)年的分析在當(dāng)時(shí)是最合理的,但隨著我們對(duì)歐羅巴的了解越來(lái)越多,我們發(fā)現(xiàn)了之前模型的缺陷。科學(xué)不是固執(zhí)己見(jiàn),而是當(dāng)新證據(jù)出現(xiàn)時(shí),勇敢地修正自己的結(jié)論。"
現(xiàn)在,當(dāng)年4.0σ的高置信度發(fā)現(xiàn)(對(duì)應(yīng)約99.994%的概率),已經(jīng)降到了統(tǒng)計(jì)學(xué)上不顯著的水平(<3σ)——這意味著,哈勃望遠(yuǎn)鏡的這些數(shù)據(jù)根本不能證明羽流的存在。
不過(guò),這并不意味著歐羅巴完全沒(méi)有羽流。
新研究只是說(shuō),哈勃望遠(yuǎn)鏡的這些觀測(cè)數(shù)據(jù)不能證明羽流存在,歐羅巴冰下有一個(gè)水量是地球兩倍的巨大海洋,這一點(diǎn)已經(jīng)被磁場(chǎng)觀測(cè)等多項(xiàng)證據(jù)證實(shí)。
木星的潮汐力不斷拉扯著冰殼,這可能會(huì)在某些時(shí)候讓裂縫短暫張開(kāi),噴出少量的水。
但即使有這樣的羽流,它們也一定是非常短暫、非常微弱的,它會(huì)被厚厚的氫氣面紗掩蓋著,哈勃望遠(yuǎn)鏡根本看不見(jiàn)。
這和土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二形成了鮮明的對(duì)比,土衛(wèi)二的南極有持續(xù)不斷的巨大羽流,每秒能噴出約200公斤的水和冰粒,里面還含有復(fù)雜的有機(jī)物。
這些羽流非常明亮,哈勃望遠(yuǎn)鏡能輕易看到,而歐羅巴即使有羽流,規(guī)模也可能只有土衛(wèi)二的千分之一甚至萬(wàn)分之一。
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所有的疑問(wèn),都將在2030年4月得到答案。
那時(shí),歐羅巴快船號(hào)將抵達(dá)木星系統(tǒng),開(kāi)始對(duì)歐羅巴進(jìn)行49次近距離飛掠,最近的時(shí)候距離表面大概只有25公里。
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它攜帶的9臺(tái)科學(xué)儀器,比哈勃望遠(yuǎn)鏡靈敏得多:紫外光譜儀能探測(cè)到更微弱的氣體信號(hào),質(zhì)譜儀能直接分析周圍的粒子成分,冰穿透雷達(dá)能透過(guò)冰殼看到下面的海洋結(jié)構(gòu)。
即使沒(méi)有大規(guī)模的羽流,快船號(hào)也能通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)、分析表面化學(xué)成分,來(lái)尋找海洋中存在生命的跡象。
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