5　歐羅巴的深淵

一個科普創作者必須把一樣東西看作**，這樣東西就是信源。對於科普創作而言，信源有廣義和狹義兩個概念。廣義的信源就是信息的來源，我們在日常口語交流中一般都是指這個含義。而狹義的信源，也就是準確的概念，是指：數據、觀點、事實的最初來源。注意，“最初”兩個字很重要。如果較真的話，隻要不是最初來源，都不能稱為“信源”。當然，需要較真的場合並不是很多。

親愛的讀者，你們在聽科普節目、觀看科普視頻、閱讀科普文章的時候，最需要注意的也是信源。你首先要關注的是內容中有沒有提到信源，假如沒有提到信源，隻告訴你故事和結論，那麽就要存疑，不是說肯定有問題，而是不能無條件地相信。假如內容中提到了信源，那麽你就要看這個信源是一手的還是二手的，然後再看這個信源的公信力及可靠度如何。

比如，這本書我們講的都是與天文和太空探索有關的事情，那麽，在這個領域，NASA就是最好的一手信源。當然，除了美國，各個國家的官方科研機構也都是很好的一手信源。隻有來自這些機構的官方消息，或者這些科研機構發表在有影響力的國際頂級學術期刊上的論文，才最值得我們相信。一個不注重信源的科普人肯定是走不遠的，我深知這一點，因此在這方麵我從未放鬆對自己的要求。而我要努力做到的是，我講述的故事素材都有可靠的信源。所以，我常常把我的文獻助理牛牛小編往死裏逼，逼她找到最可靠的一手信源。

好，開始這一章的科學故事。

太陽係中有一顆神奇的星球——歐羅巴（Europa），這顆星球最初叫木衛二。為了充分了解2016年9月26日NASA宣布的重大發現的意義，讓我先帶你簡要回顧一下人們對這顆迷人星球的探索簡史。

400多年前，伽利略把他自製的望遠鏡對準了木星，他發現有四顆明亮的小星星圍繞著木星轉。這四顆小星星是人類曆史上首次在地球以外發現的行星衛星，木星的這四顆衛星就被後人稱為伽利略衛星。根據它們繞行軌道距離木星的遠近，被依次編號為一、二、三、四。不過後來天文學家發現木星的衛星遠不止四顆，還有很多衛星夾在這四顆大衛星軌道的中間，但名字早就約定俗成了，所以也沒法重新編號，一直沿用下來了。這四顆衛星每一顆都還有一個別名，其中第二顆被命名為Europa，歐羅巴，希臘神話中的腓尼基公主。

1977年，美國人發射了著名的旅行者1號和2號探測器。這兩個探測器在1979年成功地近距離飛掠過木星，而且都成功地拍下了木星四顆衛星的快照。這是人類第一次看到歐羅巴的表麵特征，盡管當時的旅行者號探測器攜帶的相機質量和今天的相差甚遠，每兩千米才能成一個像素。即便是這樣，當天文學家們看到歐羅巴照片的時候還是震驚不已，因為他們此前從未看過外表是這樣的星球，甚至連想象都沒有想象過。歐羅巴的總體顏色竟然是迷人的白色！這個顏色本身就大大地出人意料，更有意思的是，白色的表麵還布滿了條紋，總體樣子就像一個布滿了裂縫的雞蛋。

有經驗的天文學家一看到歐羅巴的照片，馬上就意識到這顆星球不同尋常。首先，這個顏色說明它極有可能是一個大冰球，不是水冰就是幹冰。要知道，如果我們回到六七億年前，從太空中看地球，地球基本上就是這個樣子，那時候的地球也是個大冰球，表麵完全被冰雪覆蓋。更耐人尋味的是歐羅巴表麵的這些條紋，它們更加令天文學家們浮想聯翩，做出各種各樣的猜測。

但旅行者號的任務很重，要拜訪的星球很多，所以它拍了一張快照就與木星永別了。為了揭開木星係統，尤其是歐羅巴的眾多謎團，NASA批準了伽利略號探測計劃。1995年12月，飛了6年多的伽利略號（Galileo）探測器終於抵達木星軌道。這個探測器非常長壽，對木星係統進行了長達14年的詳細觀測，我們今天對木星係統的大多數知識都來自伽利略號探測器。

伽利略號詳細考察了歐羅巴，一連串誘人的發現使得NASA將原計劃的3次飛掠歐羅巴增加到了12次。歐羅巴沒有讓天文學家們失望，它是太陽係中最耀眼的明星之一，值得幾代人為它獻出青春。原因隻有一個，歐羅巴有可能孕育生命。這個驚人的推測是如何得出的呢？讓我給你講一下伽利略號對歐羅巴的描述。

歐羅巴的體積是地球體積的1.5%，質量是地球質量的8‰，表麵重力大約為地球的1%。但是，這麽一個小個子蘊含的水量卻是地球的兩倍甚至更多。因為它其實是一個超級巨大的冰水混合球。最外層是一個薄厚不均的堅硬冰殼，最薄的地方可能還不到10千米，平均厚度在15—25千米。在冰層之下則是深達一萬多米的液態海洋，而且很可能跟地球一樣，是含鹽的鹹水。這是因為伽利略號發現了歐羅巴的感應磁場，最簡單的解釋就是，歐羅巴的液態海洋是導電的鹹水。歐羅巴表麵的條紋是裂縫和峭壁，這說明歐羅巴有活躍的板塊活動，它的內心很可能是溫暖的。

科學家們是如何確信歐羅巴十多千米厚的冰層下麵是液態海洋的呢？證據當然不止一個，但其中有一個是最直觀、也最具有說服力的證據。

伽利略號在歐羅巴的表麵拍到了一個隕石坑，這個隕石坑的外形很特殊，與我們在月球或者其他岩石表麵上看到的隕石坑有一個明顯的區別：歐羅巴上的隕石坑的中心是凸起的。在用高速攝影機拍攝的、把物體扔入水中的畫麵裏，你會發現，當一個物體掉入水中時，水坑的中心是會向上凸起的，與歐羅巴上的隕石坑的形態極為相似。(1)

這個隕石坑的形態被認為是歐羅巴厚冰模型的最佳證據。想象一下，一顆隕石猛地撞擊到歐羅巴表麵厚厚的冰層上，瞬時產生的高溫融化了冰，形成了一個暫時的液態湖，在湖水的劇烈波動中，嚴寒又凍住了湖水，形成了這種獨特的撞擊坑形態。

為什麽科學家們推測歐羅巴很可能孕育生命？就是因為歐羅巴有液態海洋，這是我們第一次在地球之外發現海洋，是一次劃時代的重大發現。雖然這個海洋被厚厚的冰層覆蓋著，沒有一絲光亮，但別忘了，在地球一萬米深的大洋深處，依然是一個生機勃勃的地方。既然地球可以在一萬米深的海底孕育生命，別的星球為什麽不可以呢？這個推測讓一大撥天文學家激動難眠，尋找外星生命永遠是NASA的第一推動力。

不過，激動之後，還是要回歸理性。一個顯而易見的問題讓科學家傷透了腦筋——如何才能鑽透至少幾千米厚的冰層，到歐羅巴的海洋中去探索呢？要知道，哪怕是在地球上，一個幾十人的小組帶上全世界最精良的重型裝備，要在南極鑽入幾千米深的冰層取樣，也是一項極為艱巨的任務，更何況這是在距離地球五六億千米的歐羅巴啊！要想一窺歐羅巴的海洋，真的是比登天還難。

然而，山重水複疑無路，柳暗花明又一村。令人萬萬沒想到的是，一個科研小組利用哈勃太空望遠鏡在2014—2016年的重大發現，讓歐羅巴海洋生命之謎的答案突然變得觸手可及，這就是一開篇提到的那次吊足人胃口的新聞發布會。

2016年9月25日，星期天，NASA的官方推特上寫道：“星期一，我們將宣布一個來自木衛二歐羅巴的新聞。劇透警告：不是關於外星人的。”

NASA以視頻電話會議的形式召開了一次新聞發布會，代表官方的是四位科學家——NASA總部的天體物理學家保羅·赫茲（Paul Hertz）、天文學家威廉·斯帕克斯（William Sparks）、地球與大氣科學家布蘭妮·施密特（Britney Schmidt），以及在戈達德航天中心負責哈勃望遠鏡的科學家詹妮弗·懷斯曼（Jennifer Wiseman）。當然，參加這場新聞發布會的還有NASA邀請的各路媒體。新聞發布會持續了一個小時左右。

這就是我之前提到的第一手信源，雖然對這場新聞發布會的二手報道很多，但不同網站的報道幾乎全部出自同一篇新聞稿。也就是說，如果最初這篇新聞稿有疏漏或者錯誤，那麽你在所有新聞網站看到的新聞都是這樣報道的，你還會以為這是互相印證所以是正確的呢。因此，科普文章是否用心，在很大程度上是看它選取的信源有多少是第一手的，有多少是第二手的。一般來說，第一手信源越多，文章的可信度就會越高。

回到這次的新聞發布會。首先是來自巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家威廉·斯帕克斯發言，他是這項研究的主要領導者。他開門見山地說道：“今天我們正在提出新的來自哈勃的證據，證明水蒸氣羽流(2)從歐羅巴的冰麵噴出。”他接著說道：“如果歐羅巴上出現了羽狀物，肯定很重要，因為這意味著我們不必鑽透一個無底洞就能探索歐羅巴的海洋，進而找到歐羅巴海洋中的有機化學物質，甚至生命的跡象。”

斯帕克斯說，他們找到了非常重要的證據，說明歐羅巴的表麵有巨大的噴泉，這些噴泉形成的羽毛狀痕跡甚至在遙遠的地球都能看見。假如這個發現屬實，那麽最大的好消息就是，我們不必考慮在歐羅巴上鑽探就能取到冰下海洋的水樣了。說不定運氣好，直接就能發現歐羅巴的海洋生命，光想想就令人激動。假如歐羅巴冰層下的大洋中有魚，那麽魚很可能會順著噴泉口給噴出來。最差的情況，我們也可以順著噴泉口放一個探測器下去。總之，免去了冰上鑽探這個艱巨的任務，顯然可以讓人類提前好幾代揭開歐羅巴海洋之謎。

那麽，科學家們到底發現了什麽樣的證據呢？

其實，早在2012年，一支由洛倫茨·羅斯（Lorenz Roth）博士領導的團隊，就開始利用哈勃太空望遠鏡觀測歐羅巴周圍的光譜圖像，結果，他們發現了氫氣和氧氣的光譜。於是，羅斯團隊據此推斷，歐羅巴有水汽噴出，因為這些水在電離作用下，分解成了氫氣和氧氣。正是羅斯團隊的這個發現，激發了斯帕克斯的強烈興趣。他從2014年開始，就陸陸續續地利用哈勃望遠鏡的紫外線成像功能，給歐羅巴拍快照。這話說起來容易，但真實的科學研究哪有那麽簡單？它跟普通人理解的拍照完全不是一個概念。

斯帕克斯的團隊在一種被稱為時間標記的模式中進行觀察，他們需要記錄圖像中每個光子到達的位置和時間，然後從事件表中重建圖像，其中包含了大約5000萬個事件。他們還要為此開發專門的軟件。這項工作耗去了兩年時間，最終才得到了幾張照片。但這幾張照片可以證明歐羅巴的表麵存在水蒸氣羽流噴射。

需要特別說明的是，這些照片必須在歐羅巴從木星的表麵掠過時拍攝。以木星為背景，才能有光從歐羅巴的背麵射過來，否則，僅僅靠反射太陽光，我們不可能拍攝到歐羅巴的水蒸氣羽流噴射。

那兩組照片雖然都是用哈勃望遠鏡拍攝的，但是它們采用的方法完全不同，因此可以看成是獨立研究的成果。從照片上可以看出，重要的證據幾乎出現在相同的位置，也就是南極附近，這就是非常好的交叉證據。

不過，斯帕克斯在發言的最後，還是用謹慎的口吻說：“我們並沒有聲稱已經證明了羽流的存在，而是提供了表明這種活動可能存在的證據，謝謝。”

實際上，從另外三位科學家的發言中，我們可以聽出，這次發現的已經是非常紮實的證據了。NASA不輕易召開新聞發布會，凡是正式召開發布會的，那一般不會搞錯。估計大家都跟我一樣，很想知道哈勃太空望遠鏡能不能進一步分析羽流的光譜，從而分析出更多的化學成分。

很遺憾，其他科學家的發言可以很明確地證實，哈勃太空望遠鏡的能力有限，隻能到這一步了，無法給出更多我們想知道的東西。好消息是，取代哈勃太空望遠鏡的下一代太空望遠鏡，也就是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb space telescope, JWST），將有能力告訴我們歐羅巴表麵噴出的水汽中都有些什麽。但壞消息是，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的發射日期不斷推遲。我幾乎每年都會看到消息說有望在明年發射，但最新的說法還是“有望在明年發射”。

關於歐羅巴噴出的羽流，目前能夠掌握的信息還很有限。首先，我們知道這種噴流是一種間歇泉，它噴發的地點和時間似乎是隨機的，至少我們目前還沒有找到規律。然後，關於它噴出的水量，我們隻能說，目前觀察到的噴發量是每秒鍾能噴出5—7噸水，也就是說8分鍾就可以把一個奧運會標準遊泳池的水噴完，這個量相當驚人。但這並不意味著所有的間歇泉都有這個規模，我們隔了那麽遠，當然是規模越大的間歇泉越容易被我們觀察到。說不定在歐羅巴上遍布著大小不一的間歇泉，也說不定就像火山一樣，要麽不噴，一噴就驚天動地，對此我們一無所知。

除了這些，對於歐羅巴的噴流，目前沒有更多的信息了。盡管各路媒體刨根問底，問了很多問題，希望能從科學家嘴裏多挖點料出來，但NASA的科學家們態度都很嚴謹，沒有證據的事情一概不會亂說，用詞都很謹慎小心。

但是，我還是在科學家回答媒體的提問中得知了一個非常好的消息。NASA正在實施一項名為“歐羅巴計劃”的工程，目的是建造一個探測器，專門用於飛掠歐羅巴噴射出的羽流，采集羽流的樣本，從而揭開歐羅巴冰下海洋的秘密。

到這裏，歐羅巴的探索故事就講完了，但故事還沒有結局，隻要人類文明還生生不息，那麽所有的太空探索故事都是正在進行時。

歐羅巴的冰下海洋確實是人類發現的第一個地球以外的海洋，但不是唯一的。你可能不知道，歐羅巴的水蒸氣羽流也不是NASA宣布的第一個外星球上的水蒸氣羽流，歐羅巴一直在和另外一顆星球競爭“最適合外星生命發生地”的頭銜，它們你追我趕，都擁有大批的支持者，截至今天，歐羅巴反而還稍遜一籌。

知道歐羅巴的對手是誰嗎？下一章告訴你。

知識專題1：生命指征物質

O2氧氣

氧在自然界中的分布十分廣泛，占地殼質量的48.6%，是豐度最高的元素。在動物呼吸、燃燒、有機物的腐敗等一切氧化過程中都有氧氣參與。除了稀有氣體、活性小的金屬元素（如金、鉑、銀），大部分元素都能和氧發生反應，這種反應就是氧化反應，經反應產生的物質被稱為氧化物。

氧氣有三種形態：

·液態：液氧呈天藍色

·固態：固氧是藍色晶體

·氣態：氣態氧無色無味

氧氣是人類生存不可缺少的物質，但是過度吸入氧氣會引起中毒，嚴重的會引發肺炎，最終導致呼吸衰竭，窒息而死。在一個大氣壓的純氧環境中，人隻能存活24個小時。在兩個大氣壓的高壓純氧環境中，人最多隻能停留2個小時，否則會引起腦中毒、精神錯亂、記憶喪失。

H2O水

水是太陽係中最常見的物質之一，水分子也是地球表麵最多的分子，有氣態、液態和固態三種形態，常說的水通常指液態水。地球總含水量達13.86億立方千米，其中隻有2.53%是淡水：

·68.69%是固體冰川，約2409萬立方千米

·30.06%是地下水，約1054萬立方千米

·0.3%是河流水、淡水湖泊水以及淺層地下水，約11萬立方千米

·0.04%是大氣水，約1.4萬立方千米

·0.91%是其他淡水水體，約31.9萬立方千米

在太陽係中，月球、木星、土星、天王星、火星、水星、海王星、冥王星、泰坦（土衛六）、恩克拉多斯（土衛二）和歐羅巴（木衛二）都含有固態水（冰），其中恩克拉多斯（土衛二）和歐羅巴（木衛二）已被證實含有液態水。

水是萬能溶劑，尤其適合溶解生命世界中的許多物質並促使它們反應，如果沒有液態水，與地球生命類似的生命體將無法進化，生命體中存在大量的水，在所有細胞中，水占70%—85%。

·水易於流動和溶解，因此可以溶解營養素、激素和代謝產物，促進人體細胞的循環

·水蒸發能帶走熱量，使人體降溫

·水的比熱容很高，不容易升溫和降溫，能穩定生物體的溫度

CH4甲烷

甲烷，俗稱瓦斯，是最簡單的有機物，是地球上的天然氣、沼氣和礦井中坑氣的主要成分。甲烷也是含碳量最小、含氫量最大的烴。

在地球上，95%以上的甲烷都是由生命產生的，比如：

·有機廢物的分解產生

·天然源頭（如沼澤）產生，占23%

·從化石燃料中提取，占20%

·動物（如牛）的消化過程中產生，占17%

·稻田中的細菌產生，占12%

·在缺氧條件下加熱或燃燒生物物質也會產生

植物和落葉都能產生甲烷，而且其生成量會隨著溫度和日照條件變化，活體植物產生的甲烷是腐爛植物產生的10—100倍。雖說甲烷並不是隻能靠生命參與產生，其他無機化學反應也能產生甲烷，但產生的效率遠遠沒有微生物的效率高。

(1)如果你沒有看過這種奇妙的景象，可以到“科學有故事”的微信公眾號中回複關鍵詞“高速攝影”，就可以看到在高速攝影鏡頭中，物體和水是如何互動的，非常好看。

(2)羽流（plume）：流體力學專業用語，指一柱流體在另一種流體中移動。