歐羅巴的海洋可能擁有類似地球的化學平衡

這張來自NASA伽利略號探測器(Galileo)的增強顏色的圖像展示了木星的衛星歐羅巴冰層表面上錯綜複雜的線性裂痕。

圖片來源：NASA/加州理工學院噴氣推進實驗室（JPL-Caltech）/ 地外文明搜尋計劃研究院（SETI Institute）

一艘潛水艇正停靠在大西洋中部失落之城(Lost City)的海底熱泉附近，一處蛇紋石化運動活躍區的海底上方。圖片前景處可以看到的碳酸鹽礦物正是由這種地球化學過程創造的，在此過程中可以產生氫氣作為副產品。

圖片來源：Kevin Peter Hand

一項最新的NASA研究對木星的衛星歐羅巴(Europa)的海洋情況進行了建模，提出雖然這個星球缺少火山熱液活動，但它仍可能存在生命所需化學能量的必要平衡。

歐羅巴冰殼下有極大的可能藏有含鹽深水海洋。這顆木星的衛星是否擁有可以支持生命的原材料以及化學能的正確配比是目前熱門的科學話題。這個答案可能取決於歐羅巴是否擁有合適的環境，能讓化學物質以正確的比例為生物進程提供能量。地球上生命的誕生就是利用了類似的契機。

在最新的研究中，NASA加州帕薩迪娜噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)的科學家們在排除了與火山運動直接相關的過程之後，將歐羅巴潛在的氫氣和氧氣產量與地球相比較。這兩種元素的平衡是適合孕育生命的能量的關鍵指標。研究發現它們的數量可以用比例來衡量。在這兩個星球上，氧氣的產量都比氫氣高多10倍。

這項研究促使人們去思考歐羅巴的岩石內部可能遠比想像中複雜，而且可能比人們通常所想的更像地球，根據JPL的行星科學家及這項研究的第一作者Steve Vance說，「我們正在以理解地球自身系統的能量和營養運動的方式來研究一座外星海洋，歐羅巴海洋中氧氣和氫氣的循環將是歐羅巴的海洋化學作用與那裡任何生命的主要驅動力，就像我們地球一樣。」

最後，Vance和他的同事們還想要了解海洋中生命循環的其他主要物質：碳、氮、磷和硫。

研究的另一部分則是研究者們計算了歐羅巴的海洋中，當海水與岩石相互作用時可能產生的氫氣的含量，這個過程被稱蛇紋石化作用。在此過程中，水滲透入礦物顆粒之間的空隙並與岩石發生反應，形成新的礦物質並釋放氫氣。研究者們認為：隨著時間的推移，歐羅巴海底會有多少裂縫，因為從這顆星球形成數十億年以來，它的岩石內部依舊保持著低溫。新的裂縫將新鮮的岩石暴露給海水，然後更多產生氫氣的化學反應就此發生。

在地球由海洋覆蓋的地殼中，這樣的裂縫被確信滲透了3至4英里(5至6公里)，在如今的歐羅巴，研究者們預計水可能滲透入岩石內部15英里深(25公里)，促使這種關鍵的化學反應貫穿於歐羅巴海底的深層結構。

歐羅巴的化學-能量-產生生命的另一半方程，則是氧化劑(氧氣和其他可以與氫氣發生反應的化合物)從歐羅巴的冰層表面進入海洋中循環。歐羅巴沐浴著來自木星的輻射，它裂解了冰中的水分子並形成這些物質。科學家們曾經指出歐羅巴的表層正在循環回其內部，在這段過程中攜帶氧化劑進入海洋。

「冰里的氧化劑就像電池的正極一樣，而海底被稱為還原劑的化學物質就像負極一樣。生命和生物過程是否完成了這段循環是我們探索歐羅巴的動機之一。」JPL的行星科學家，同時也是這項研究的合作者Kevin Hand說。

歐羅巴的兄弟星球，同樣是岩石質地的伊奧(Io)是太陽系中火山運動最為強烈的星球，這是當伊奧在環繞木星軌道運行時，由木星引力的拉伸與壓縮效應產生的熱量所造成。科學家們很久以來都認為歐羅巴也許也存在火山運動，以及滿載礦物的熱水從海底冒出的海底熱泉。

Vance認為，研究者們之前推測火山運動是創造歐羅巴海洋中宜居環境的決定性因素。如果其岩石內部不存在這樣的運動，那麼推測就變成，歐羅巴表面大量流出的氧化劑將提高海洋的酸性，對生命產生毒性。「但是事實上，如果岩石是冰冷的，則更容易形成裂縫。這將造成大量的氫氣由蛇紋石化作用產生，氫氣和氧化劑之間的比例與地球海洋相比則會變得更加平衡。」他說。

這項結果被刊登在本周的《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)的線上版本中。

NASA正在醞釀一項探索歐羅巴的任務，深度調查這個冰冷的星球是否宜居。這個新的模型是促進這項任務發展的巨大證據的一部分。2020年代的某個時間，NASA將發射一艘高載荷、耐輻射的飛船，送入繞木軌道，重複執行多次近距離飛掠歐羅巴的任務。飛掠過程中，飛船將拍攝高清晰度的照片，確定這個冰凍星球表面及稀薄大氣的成分，並研究它的冰蓋、海洋及內部。（翻譯：凌塵，校對：Frank）

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