探索宇宙生命之歐羅巴快艇任務

「歐羅巴快艇」，探測木衛二冰層與海洋之謎

2024 年 10 月 14 日，美國航太總署（NASA）發射了一艘稱為「歐羅巴快艇」（或稱木衛二快艇）的太空船，目標為詳細探測木星的第二顆衛星–歐羅巴（木衛二）表面的冰層以及可能為海水層的構造，為未來可能的登陸甚至深層海洋鑽冰下探計畫做準備。

1990 年代末歐羅巴探測計畫

1990 年代末的一些歐羅巴探測計畫最早想要直接讓太空船環繞歐羅巴。但是後來考慮那裡的木星磁場輻射太強會干擾電子儀器，所以改成環繞木星再找機會近距離掠過歐羅巴，脫離後再慢慢把資料傳回地球。計畫任務期間預計 3.5 年，將有 44 次接近的機會，最近的一次將從距離表面僅 25 公里的地方飛過。

木衛二：最可能孕育生命的太陽系衛星

歐羅巴（Europa）是木星的第二顆衛星（其實後來發現了幾顆更內圍的小衛星，但四大衛星的稱呼仍沿用舊規則），是伽利略在 17 世紀初用剛發明的小望遠鏡就發現的四大衛星中最小的一個，也是目前太陽系中除了地球之外最可能有活體生物的地方。

木衛二的直徑大約是 3120 公里左右，比 3474 公里的月亮還要小，那為什麼月球上沒有生物，卻覺得木衛二上面會有生物呢？因為目前已知的探測數據顯示，它的冰層下方環境很像地球上一個隱密的生命樂園–海底火山熱泉口。在地球上，這樣的環境已經被證實可以有生命存在，而且生機蓬勃、熱鬧非凡，科學家自然聯想到環境非常接近的歐羅巴冰下海洋也許可能有生命的存在。

1977 年深海熱泉生態系發現

1977 年，知名的深海潛艇歐文號（Alvin）在加拉巴哥海域執行任務時，無意間在 2500 米的深海發現了一個前所未見的生態系統–深海熱泉生態系，徹底翻轉人類數百年來對於生命的三要素 – 陽光、空氣、水的認識。一般我們對深海的定義是陽光能到達的 200 米起算， 2500 米照說是暗無天日、伸手不見五指的冰寒地獄。在這樣的地方看到密密麻麻、讓人密集恐懼的管蟲、蝦子、螃蟹以及其他生物，簡直堪比月黑風高的深夜去到亂葬崗做點什麼，到了那邊卻發現萬頭攢動、摩肩擦踵，比夜市還熱鬧。這裡沒有陽光，那這些生物是靠什麼生存呢？

後續的研究發現，陽光、空氣、水這所謂的三要素不見得是必要的。從本質上來說，陽光代表的是能量來源，空氣（氧）代表的是生物存、取能量的還原及氧化等化學反應的媒介，（液態）水則代表了生物運送養分、清理廢物的載具。深海熱泉生態系被發現之後，陽光跟氧都找到了替代品，唯一還沒有替代品的就是液態水了。可是就三要素的各自本質來說，液態水被取代也不是不可能的事，但至少目前我們對外星生命的想像和搜尋還是以液態水為基礎。

深海熱泉與木衛二冰下海洋

在海底火山附近的熱泉口會噴出富含硫化氫等礦物質的熱水，研究發現熱泉口的很多生物身上或體內都會帶著一些可以分解硫化氫當做能源的細菌，像管蟲這樣的生物只要把熱水吸進體內，讓細菌捕捉能量後和牠們分享。還有些蝦子則是把細菌背在身上衝進熱泉口餵食，然後再把養肥的細菌刮下來當食物。完全不像地表生物要靠細菌和植物行光合作用捕捉陽光中的能量，動物再獲取牠們儲存的能量維生。

而木衛二雖然比月球還小，但是它的表面有很厚的水冰層，估計厚度超過 100 公里。科學家從冰層表面布滿條狀裂紋以及看不到有小的或古老的隕石坑判斷，冰層底部應該不是很穩定，甚至可能是鬆軟或液態的，才會不斷抹滅冰層表面的細小構造。這表示冰層底下可能有某些力量讓這些冰維持在鬆散甚至流質的狀態。

潮汐能量催生冰下海洋的生命希望

以月球做比較，月球雖然比木衛二還要大一些，可是表面並沒有任何這樣的活動，甚至連大氣層都沒有。可是 1979 年航海家（或稱水手）1 號太空船經過木星的時候曾經幫四大衛星都拍過照片，當時發現木衛一埃歐（Io）表面有冰火山噴發現象。

木衛一直徑也不過比月球大 100 多公里，月球已經心如止水了，木衛一為什麼會還可以這麼熱情如火呢？最重要的是，木衛二的冰層下是否也藏了一顆這樣熱情的心呢？如果是的話，當烈火與寒冰相遇的時候，深層的寒冰是否會被烈火融化，以致誕生一片廣闊的冰下汪洋或許多星羅棋布的湖泊？後來的研究認為是木星強大的重力潮汐不斷揉捏這些衛星，並藉此傳遞能量給它們造成地質不斷活動。

如果在歐羅巴冰層下有這些地方存在，這些地方有液態水，也有從地層裡湧上來的熱水或至少溫水，這些水富含著包括硫化氫在內的各種礦物質，讀者們看到這是不是覺得有點眼熟？這些條件不是剛剛講歐文號發現的海底熱泉口時才提過？是的，這就是會有歐羅巴快艇任務的原因。

木衛二冰火交織的可能性

其實在航海家 1 號發現木衛一（埃歐）有地質活動（火山），而木衛二有很厚的冰層之後，很多人就把兩個湊在一起想像木衛二的冰層下有冰火的交戰。這幾乎可說是太陽系中最接近地球環境的地方，而地球上這樣的環境已經被證實足以讓生命快樂的存活。但是想像歸想像，最終還是得弄個太空船去探測才能確認是否真有這樣的冰下海洋？最好可以再儘量測繪這些海洋或湖泊的位置、大小、成分等資料，然後再設法鑽下去看看這裡到底是不是真的有生命存在？

在歐羅巴快艇之前，命運多舛的伽利略號太空船（1995 – 2003年）也曾多次飛掠木衛二，諸多證據顯示木衛二的冰層下有液態海洋存在，只是細節不明。在 2005 年，迪士尼曾經邀請拍攝鐵達尼號的名導演詹姆斯克麥隆（James Cameron）製作過一部影片「Alien of the deep」（深海異形），探討地球的海底熱泉生態系跟木衛二冰下海洋的比較，並提出了用核子熱能鑽透冰層去探究海底狀況的想法，有興趣的讀者可以到 youtube 連結上去觀賞這部影片（註：深海異形目前應該只能在 youtube 上看到部分片段，連結這一段就是特別探討歐羅巴探測的部分）。

一步步揭開木衛二生命潛力的科學探索之旅

科學研究不能一步登天，所以在派遣登陸探測船鑽探之前需要先測定木衛二的地質及冰層狀態，確認海洋或湖泊的存在及位置、大小、化學成分等資料，然後才能規劃最適合的登陸和鑽探地點。不然萬一登陸在冰層最厚或是環境最不適合生命存在的地方，那一切不就做白工了嗎？

所以這一次的歐羅巴快艇上攜帶了 9 種科學儀器，有探測冰層跟海洋的位置及大小的透冰雷達，有捕捉冰火山噴發的可見光、紫外、紅外各種波段攝影系統，有研究噴發粒子及海洋化學成分的光譜儀和質譜儀等等，就是為了幫歐羅巴做一次詳細的全身檢查。

歐羅巴快艇號稱是快艇，可是也要 6 年的時間（2030 年 4 月）才到得了木星。許多天文學家及愛好者都非常期待它可以帶回更多訊息，畢竟歐羅巴是目前太陽系中除了地球之外，尋找活的外星生物呼聲最高的地方。大家的期待太殷切，所以它還沒出發就已經有科學家提出「歐羅巴登陸艇」的計畫構想。但是一切都還是得等歐羅巴快艇的觀測資料，才能夠更進一步規劃未來的做法，並選擇登陸的地點和鑽探方式等細節。科學，就是這樣一步一步積累起來的。