【2025年06月03日訊】(記者吳瑞昌綜合報導)科學家長期認為木衛二表面冰層下,可能藏有一片廣闊的鹹水海洋,但缺乏確鑿證據。這次,詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(JWST)最新觀測數據顯示,該衛星的冰層型態頻繁轉換,為冰殼下存在液態海洋的假設,提供一個有力的證據。
「木衛二」(Europa,歐羅巴)作為木星的四大衛星之一,受木星強大引力作用恆以一面朝向木星,使其呈現潮汐鎖定現象,並長期受到木星強磁場產生的帶電粒子轟擊。
數十年來,眾多天文學家一直認為木衛二內部由岩石與金屬核心構成,上面覆蓋廣闊海洋,海上面覆蓋著一層地質年齡不超過1.8億年的冰殼。他們還認為,潮汐彎曲產生的熱量使海洋保持液態,並驅動冰殼移動呈現類似板塊運動現象,將表面的化學物質擠壓到下面的海洋,但這一假設尚未證實。
這次,美國西南研究所(Southwest Research Institute)的研究團隊分析美國太空總署(NASA)的JWST太空望遠鏡於2022年11月底收集的木衛二光譜數據,發現不同的地方有不同種類的冰,且這些冰正快速轉換成不同型態。該研究成果於5月28日發表到《行星科學雜誌》。

地球水分子受到地球磁場和大氣層保護,使其凍結時多形成六方晶體的定形冰。宇宙中的冰晶,則容易受到來自太陽與宇宙中的帶電粒子和輻射的轟擊,使冰晶內部結構遭受破壞,形成一種無法定形的非結晶冰。因此,先前科學家認為木衛二的表面露出的水冰,也應該以不定形冰為主。
不過,西南研究所團隊研究JWST望遠鏡的光譜數據時,發現木衛二的表面不僅存有不定形冰,還有大量定形冰,且定形冰常伴隨裂縫、山脊與平原交織的混沌地形,部分區域冰晶型態變化周期僅15天左右。這顯示出其可能存在複雜的地質活動。
該研究團隊在這些被稱為「塔拉區」(Tara Regio)的混沌地形上,發現常見的氯化鈉、二氧化碳與過氧化氫(俗稱雙氧水),以及擁有同位素的二氧化碳,其原子質量為13,包含6個質子和7個中子。
這些發現進一步支持科學家對木衛二存在海洋的假設,同時為木衛二移居計劃性提供了新線索,未來NASA的「歐羅巴快船」(Europa Clipper)將多次近距離飛掠木衛二,有望進一步揭開這顆衛星的神祕面紗。
該論文的主要作者、約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)應用物理實驗室的光譜學家理查德‧卡特賴特(Richard Cartwright)博士對西南研究所的新聞室表示,「我們認為在某些區域表面多孔且足夠溫暖,足以讓冰快速重新結晶。」
卡特賴特接著說,「此外,我們在塔拉區發現了包括氯化鈉(例如食鹽)等其它不尋常的物質。這些氯化鈉是最佳證據,而它可能源自其內部海洋。我們還發現,木衛二上存在二氧化碳和過氧化氫的證據,顯示這個地方的化學性質獨特且引人入勝。」
卡特賴特解釋,「這些二氧化碳13的來源還難以解釋,所有證據均指向其來自內部,且與塔拉區檢測到的普通二氧化碳來源的假設一致。」
美國西南研究所的烏吉瓦爾‧勞特(Ujjwal Raut)博士則表示,「我們結合JWST望遠鏡收集的新數據強烈表明,目前所看到的物質來自木衛二內部,或許是來自木衛二厚冰殼下方近20英里(30公里)的液態海洋。」
勞特接著說,「這片破碎的表面物質區域,可能表明地質運動過程將地下物質從下方推上來。當我們在地表發現有二氧化碳時,認為它很可能是來自地表下的海洋,而這些新發現是我們繼續探索的動力。」