“伽利略衛(wèi)星”的“熱源之謎”

張唯誠

在太陽系中，由于火星離地球較近，又很有可能存在流水和生命的跡象，人類便對火星探索傾注了最大的熱情，但火星并非是太陽系中僅有的“生命星球”。離開火星，穿過一條小行星帶，便進入到太陽系中寒冷而幽暗的地帶，那里有一個龐然大物——太陽系中最大的行星，它就是木星。

木星是一顆巨大的氣體行星，人類并沒有太大的興趣在這顆星球上尋找生命跡象。但在它的周圍，4顆巨大的衛(wèi)星卻非常引人注目。1610年1月7日，伽利略將望遠鏡對準了木星。在木星旁邊，他看到了3個亮點，過了幾天，他發(fā)現(xiàn)了第4個。這4個亮點就是人類發(fā)現(xiàn)的第一批木星衛(wèi)星，也是木星最大的4顆衛(wèi)星，它們按照距離木星由近到遠的順序，分別以希臘神話中諸神的名字被命名為艾奧、歐羅巴、蓋尼米得和卡利斯托，即木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四。由于這4顆衛(wèi)星是伽利略發(fā)現(xiàn)的，人們便稱之為“伽利略衛(wèi)星”。據(jù)一項最新的分析顯示，“伽利略衛(wèi)星”非常特別，它們除了能借助潮汐波從木星那里獲取能量外，還能“相互取暖”，利用運行時彼此間的引力進行內(nèi)部摩擦，獲取熱能，大大增加了這些星球上存活生命的幾率。

木衛(wèi)二的表面很像地球上冰凍的海面。

木星系的“活躍星球”

20世紀70年代初至80年代末，人類開始了大規(guī)模的木星探測活動。美國先后發(fā)射了“先驅者10號”、“先驅者11號”、“旅行者1號”和“旅行者2號”4個探測器，對木星系統(tǒng)進行考察。

1989年10月18日，美國“亞特蘭蒂斯號”航天飛機將一個名為“伽利略號”的探測器送入太空，專門用于探測木星和它的衛(wèi)星。1995年12月7日，“伽利略號”探測器進入木星軌道繞木星飛行，并飛臨木星的幾顆衛(wèi)星進行了近距離探測。至此，人類更加深入地了解了“伽利略衛(wèi)星”。

在“伽利略衛(wèi)星”中，木衛(wèi)一距離木星最近。它的顏色鮮艷，是一個“火山王國”，其噴出的熔巖物質是地球火山噴出物的100倍。與它相鄰的木衛(wèi)二卻是一個冰凍世界，表面隕石坑很少，并且長年覆蓋光潔平整的冰層，部分區(qū)域很像地球上的冰凍海洋。木衛(wèi)三和木衛(wèi)四都是衛(wèi)星中的大個子，其中木衛(wèi)三是太陽系中最大的衛(wèi)星，體積是火星的3/4，比水星還要大一些。據(jù)初步探測結果表明，這2顆衛(wèi)星的冰層下也可能隱藏著液態(tài)的咸水。

令人疑惑的是，“伽利略衛(wèi)星”遠離太陽，那么這些小星球是如何保持足夠的溫暖，并使內(nèi)部物質呈液態(tài)的呢？對于這個問題，科學家們已有了一個基本共識，他們把原因歸咎于衛(wèi)星的行星宿主——木星。在軌道上運行時，這顆巨行星的質量產(chǎn)生了由引力導致的拉扯力或潮汐力，這對衛(wèi)星形成了拉伸和擠壓，進而導致星球內(nèi)部物質因摩擦產(chǎn)生了熱量。因此，木衛(wèi)一的內(nèi)部呈熔融狀態(tài)，熱流沖出地表，造成了蔚為壯觀的火山噴發(fā)，促使緊鄰木衛(wèi)一的其他3顆“伽利略衛(wèi)星”的內(nèi)部溫度也升高，從而使冰殼下的海水保持液態(tài)。

“共振”之下熱流涌動

但很少有人認真考慮過衛(wèi)星間的引力擠壓。對此，美國宇航局噴氣推進實驗室的行星科學家哈米什·海伊解釋道：“這是因為這些衛(wèi)星比木星小得多，你會認為基本上木衛(wèi)一對木衛(wèi)二產(chǎn)生的潮汐力是如此之小，乃至于根本不值得去考慮。”

為了研究“伽利略衛(wèi)星”之間的引力擠壓，海伊與亞利桑那大學的2位行星科學家一起計算了木衛(wèi)潮汐力對彼此內(nèi)部“海洋”作用力的大小。他們發(fā)現(xiàn)，潮汐的重要性取決于海洋的深度。假若海洋規(guī)模合適，鄰近的衛(wèi)星就能以合適的頻率相互推拉潮汐波，產(chǎn)生共振。當進入到一種共振狀態(tài)時，潮汐波就會變得更大，這類似于在秋千上擺動雙腿，或用整齊的步伐晃動一座橋。

木衛(wèi)一距離木星非常近，所以，它承受著木星的強大潮汐力。不僅如此，木衛(wèi)二和木衛(wèi)三也對木衛(wèi)一形成了一種交互性的引力關系：木衛(wèi)一的公轉周期是木衛(wèi)二的2倍，而木衛(wèi)二的公轉周期又是木衛(wèi)三的2倍，由此產(chǎn)生的潮汐波使木衛(wèi)一時而延長時而縮短，內(nèi)部在伸縮運動中產(chǎn)生摩擦，摩擦孕育了熱能，導致星體內(nèi)的物質被熔化，并從地表噴涌而出，形成了蔚為壯觀的火山噴發(fā)。

尋找宇宙生命的幾率增加

研究小組發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二對木衛(wèi)一的這種影響最大。盡管木衛(wèi)二遠離太陽，表面極為寒冷，但木星和木衛(wèi)一的巨大潮汐力使木衛(wèi)二的內(nèi)部溫度升高，從而釋放熱量使海水保持液態(tài)。

那么，木衛(wèi)三和木衛(wèi)四的情況又如何呢？它們個頭巨大，對木衛(wèi)一和木衛(wèi)二的影響也是明顯的，同時，它們在這種引力關系中產(chǎn)生了內(nèi)部活力?！百だ蕴枴钡奶綔y表明，木衛(wèi)三的冰層下也可能隱藏著水溫在-55℃左右的液態(tài)咸水，所處位置比木衛(wèi)二深得多。由于衛(wèi)星內(nèi)部的高壓，這個液態(tài)水層并沒有結冰。液體水是生命存在的重要條件，因此木衛(wèi)三也被人們作為尋找外星生命的一個目標。

木衛(wèi)四的個頭僅比木衛(wèi)三小一點，表面都是環(huán)形山，其地表之下可能隱藏著一個含鹽的海洋。但木衛(wèi)四的內(nèi)部海洋深處充滿了密集冰塊和巖石，這阻止了熱能的流動，所以木衛(wèi)四上存在生命的可能性十分渺茫了。

目前，人們把在木星系統(tǒng)中尋找生命跡象的目標主要鎖定在木衛(wèi)二上，一些進入木衛(wèi)二冰層之下的探索計劃也正在醞釀之中。而“伽利略衛(wèi)星”之間的“相互溫暖”現(xiàn)象表明：一些星球有能力依靠自身的運行產(chǎn)生熱能，不一定要依賴恒星，這又大大增加了人類在宇宙中發(fā)現(xiàn)生命的幾率。

木星的4顆大衛(wèi)星被稱為“伽利略衛(wèi)星”，是人類用望遠鏡發(fā)現(xiàn)的首批衛(wèi)星。