漫话宜居星球探索（8）
胡经国
木卫三
木卫三（Ganymede，译作）是围绕着木星运转的一颗卫星，其公转周期约为7天。按距离木星从近到远排序，木卫三在木星所有卫星中排第七，在伽利略卫星中排第三。它与木卫二及木卫一保持着12∶4的轨道共振关系。木卫三是太阳系中最大的卫星，其直径大于水星，质量约为水星的一半。
木卫三是木星最大的卫星，也是太阳系中最大的卫星。它的表面主要由硅酸盐和水冰组成但是表面以下200千米被认为存在着一个由盐水构成的海洋，这个海洋夹在木卫三的冰层之间。跟木卫二和其它靠近大型行星的卫星一样，木卫三也受到潮汐热的作用这使得它表面以下的某一地层保持足够的热量，从而促液态水的形成。
木卫三是中已知的唯一一颗拥有磁圈的其磁圈可能是由富铁的流动内核的对流运动所产生的。其中的少量磁圈与的更为庞大的磁场相交迭，从而产生了向外扩散的场线。
木卫三拥有一层稀薄的含氧大气层其中含有原子氧，氧气和臭氧，同时也是大气的成成分之一。木卫三上是否拥有尚未确定。
木卫三主要由硅酸盐岩石和冰体构成，星体分层明显，拥有一个富铁的、流动性的内核。人们推测在木卫三表面之下200千米处存在一个被夹在两层冰体之间的咸水海洋。
木卫三表面存在两种主要地形。其中较暗的地区约占星体总面积的，其间密布着撞击坑，地质年龄估计有40亿年之久其余地区较为明亮，纵横交错着大量的槽沟和山脊，其地质年龄较前者稍小。明亮地区的破碎的产生原因至今仍是一个谜，有可能是潮汐热所导致的构造活动造成的。
平均半径：2631.2（地球的0.413倍）
表面积：87000000（地球的0.171倍）
体积：7.6×1010（地球的0.0704倍）
质量：1.4819×1023（地球的0.025倍）
平均密度：1.942
表面：1.428/秒2
逃逸速度：2.741/秒（6130mph）（1mph=1.609344km/h，mph为每小时英里数周期：7.15455296天（0.019588年）
公转速度：平均10.880/秒
轨道倾角：2.21°（黄道夹角）：与公转同步
转轴倾角：00.33°
反照率：0.43±0.02：最70K，平均110K最152K
视星等：4.61
研究发现，在木卫三表面崎岖冰层下，可能液态的咸水海洋。地下水源的存在，是星球上是否拥有生命迹象的重要。这项最新结果使得也成为第3颗拥有地下水源的木星卫星。另外类似的卫星，分别是木卫二木卫四。
研究人员是在分析NASA的伽利略号宇宙飞船Galileo）所传回的资料时，发现可能的地海洋。伽利略号宇宙飞船在1995年12月升空后，便开始绕着木星飞行收集资料。伽利略号飞到最接近的位置，两者仅仅相距809公里。科学家最近的发现，就是根据伽利略号所传回来资料。研究小组表示，一种用来测试磁场的仪器，在内部，侦测到一些细微的变化，暗示可能是一种具传导性的液体，例如咸水。洛杉矶分校的太空物理学家基弗森MargaretKivelson）说：在与数量庞大的资料奋战了几个月之后，我相信，在的表面冰层下，应该一层液态的水。基弗森说，这个约有几英里厚的液态水层，应该是在距离地表160公里左右的地底下，水温可能为55.56℃度不过，由于内部的高压，这个液态水层并未结冰。
伽利略号的相关研究人员也表示，根据宇宙飞船最近传回来的高度显影照片，的表面活动看起来与地球相差无几。受到内部放射性元素的热度影响，地表的坚硬冰层，上是浮在一层更具活动性的冰上。不过，在人类寻找外星生物的计划上，欧罗巴，是目前科学界最主要的目标。因为，不像卡利斯托或是加尼米德，科学家在欧罗巴上所侦测到的地底海洋层并不很深，离地表只有几英里的距离。美国加利福尼亚大学行星科学家马格丽特吉在美国地球物理学联盟会议上宣布，美国航空航天局伽利略号太空船发现在木卫三表面下辽阔的液体水的迹象。
根据吉威尔逊研究小组利用伽利略号太空船上磁力计对木卫三进行的磁场测量，在这个巨大星冰层190公里的下面隐藏着像地球洋一样的咸水。吉威尔逊小组曾公布在木卫二表面以下8公里的地方隐藏有液体水的证据。
虽然冰冻水在太阳系并不少见，但目前在宇宙中只有地球被证实存在着液水。据吉威尔逊公布的证据，木卫三将加入到包括木卫二和火星在内仅有的几个拥有液水迹象的星球行列。由于液水是生命发展的重要因素，因而也被作为寻找外星生命的重要依据。木卫四
木卫四Callisto卡里斯托)是距第八近，直径为第二大。在发现的卫星中距木星最远。
木卫四比稍许小一些，但只其质量的。不像，木卫四的内部结构近乎没有它一律由或多或少的40%的与60%的或组成。这与和可能相似。
公转轨道:距木星1883000千米:4800千米:1.08e23千克e=2.718281828459）
公转周期约为16.7个地球日
转轴倾角0.4°～1.6°
平均密度1克/厘米3
表面反照率0.2
表面压力7.5×10?12巴
木卫四是木星第二大卫星它比木卫二和木卫三都远离木星，因此受到的潮汐热作用较小。尽管如此，许多科学家相信它的表面下有一层液态水。由于它的辐射强度低，所以一直被认为是木星系中最适合人类建立未来基地的地方。
如同木卫二和木卫三一样，有人认为在木卫四表面之下的咸水海洋中可能存在着外星生命。但是木卫二和木卫三，木卫四上的环境显得相对恶劣主要是因为缺乏可接触的岩石物质来自星内核的热通量较低。
科学家特伦斯约翰森论述木卫四和其伽利略卫星上生命存在可能性的问题：构成生命的基本材料我们称之为前生命时期物质在许多太阳系天体中，如在彗星、小行星和冰卫星中含量都十分丰富。生物学家相信液态水和热量是支撑生命必不可少的所以能够在另一个天体上发现液态水是十分令人振奋的。但是，对于木卫四来说，至少在目前阶段，热量是一个大问题它上头的海洋主要依靠放射性元素衰变加热而离木星相对较近的木卫二则能够依靠引力潮汐产生更多的热量。科学家在《自然》杂志上为木卫四内部的海洋提供了一个新的解释。其计算表明，木卫四的温度和压力条件使得其表面的冰层传热性较差，阻止了内部热能散失，保温效果比人们以前认为的更好。
根据计算，木卫四地表以下150公里深处可能存在一个深20公里的巨大海洋。木星的另两颗大卫星木卫二和木卫三也可能因为类似原因而拥有地下海洋。
1998年，伽利略号探测器发回的数据显示，木卫四的磁场随着木星的转动而波动不定。对这种情况的最可能解释是木卫四地表下有一个含盐的大海洋。含盐的水能导电，引起木卫四的磁场和木星的磁场相互作用而产生这种波动。西班牙科学家的新成果为上述猜想提供了进一步支持。
人们通常认为，有水的地方就有可能存在生命。但是科学家说，木卫四内部的海洋深处充满了密集的冰块和岩石。这些冰块和岩石阻止了热能的流动，使木卫四上存在生命的可能性非常渺茫
基于如上的考虑和其他科学观测，木卫二被认为是伽利略卫星中最可能存在生命的天体。土卫二
土卫二（Enceladus恩克拉多斯）是土星的第六大卫星，于1779年威廉赫歇尔所发现。在旅行者号于1980年探测土星之前，人们只知道土卫二是一个被冰覆盖的卫星。旅行者号显示土卫二直径约为500公里（相当于土星最大卫星土卫六直径的，而且其表面几乎能反射的阳光。旅行者1号发现土卫二的轨道位于土星E环最稠密的部分，表明两者之间可能存在某种联系而旅行者2号则发现尽管该卫星体积不大，但是在其表面既存在古老的撞击坑构造，又存在地质活动所造成的较为年轻的扭曲构造其中一些地区的地质年代甚至只有1亿年。
土卫二是外太阳系中迄今为止观测到存在喷发活动的个星体之一（另外两个分别是和）。分析认为喷的物质是星体表面以下的同时，在喷射的羽状物中发现了奇特的化学成分因此土卫二也被认为是的重要研究对象。此外，喷射现象也为E环的物质来源于土卫二的观点提供了重要证据。513.2×502.8×496.6公里252.1±0.1公里（0.0395倍地球半径1.08022±0.00101）×1020千克1.6096±0.0024克/立方厘米0.111米/秒（0.0113倍地球表面重力0.239公里/秒(860.4公里/小时)237948公里1.370218地球日或118386.82秒1.375±0.008（几何反照率最32.9K，平均75K最145K
视星等：11.7
表面压力：极小，但变化很大91%，氢4%，二氧化碳3.2%，甲烷1.7%
命名：恩克拉多斯
土卫二是土星第六大卫星它虽然比较小，但却可能孕育着生命。实际上，土卫二是三个外层太阳系星体中观察到有火山喷发的星体之一。更为重要的是，它的喷发物包含大量的水使得许多专家相信这卫星冰冷的表面下存在着一个液态的海洋。有水的地方，就可能存在生命。
2005年7月14日，科学家在卡西尼号飞掠土卫二时拍摄的照片中发现了一个位于南极地区、构造变形的特别区。位于北纬60°其间遍布裂缝和山脊，同时也存在着少量微型撞击坑这表明是土卫二表面最年轻的地貌，同时也是所有中等大小的冰冻卫星上的最年轻地貌其间的撞击坑构造表明该地区的某些可能只有5万年的历史，甚至可能更年轻。靠近该区域的中心区分布着4个裂缝带，以及众多的山脊这些山脊被非正式地命名为虎皮条纹。这些裂缝可能是该地区最年轻的地质它们的四周分布着呈薄荷绿色、带有粗糙纹理的冰体这些冰体在其地区常常出现在岩石露头中或裂缝壁上。在该地区的平坦地带发现了蓝冰这表明该地区十分年轻，以致还未来得及被覆盖上一层来自E环的带有细密纹理的冰体。可见光和红外线测绘分光计（VIMS）的探测结果表明分布于虎皮斑纹四周的绿色物质在化学结构上与土卫二的其地表物质存在差异同时在虎皮斑纹中发现了透明的冰体这说明这一地质构造十分年轻（可能于1年），或者该地质构造表面的冰体近期曾受到热源影响。另外，该仪器还在虎皮斑纹中测得结构比较简单的这在该卫星上尚属首次发现。
卡西尼号对南极地区分布蓝冰的地区之一进行了观测，并拍下了高分辨率的照片照片显示该地区存在着剧烈的地质变形，并发现了一些直径为10100米的巨石。
土卫二南极地区四周环绕着一系列相互平行的、呈Y形和V形的山脊和峡谷。这些山脊和峡谷的形状、走向和位置都表明它们是土卫二的整体形变造成的。，存在着两种理论解释这种产生。第一种认为土卫二绕土星运行的轨道缩小了，从而导致土卫二自转速度的提高，这种变化进而导致土卫二自转轴的调整。第二种理论认为大量从土卫二内部喷发出的温暖的、低密度的物质导致这种所在区域从土卫二南半球中纬度地区位移至高纬度地区。结果，土卫二的椭球体因为这种变化做出相应的调整。根据自转轴变化理论所得出的推结果之一是土卫二的南北两极均曾有过类似的变化。不过与推论相反，土卫二的北极地区却密布着撞击坑，且地质年龄也较南极地区得多。土卫二地壳厚薄不均或许可以解释这种差异。这种地壳厚度的变化得到了南极地区边缘Y形、V形和毗邻南极地区地质年龄之间相互关联的佐证：Y形的、不连贯的和纵贯南北的断裂带是较年轻的推测认为这种对应的地壳厚度较薄；而V形则毗邻着那些地质年龄较、撞击坑分布稠密的地区。喷发水和其易挥发物质冰火山
在80年代初期旅行者号对土卫二进行观测之后，科学家们基于以下理由认为可能存在着地质活动：年轻的、具有高反射度的表面和处于E环核心区的位置。土卫二和E环的联系使科学家猜想认为土卫二正是E环上散布的物质的来源即从土卫二内部喷射出的水蒸气最终构成了E环。不过，旅行者号的观测结果未能提供确凿证据证明土卫二现今仍处于活跃状态。
土卫二上没有降雨，但是它表面存在间歇泉，有大量水蒸气从里喷出，这个过程被称作冰火山Cryovolcanism）喷发。
通过卡西尼号仪器的观测，科学家最终发现土卫二上存在着喷发水和其易挥发物质、而非石块的冰火山。2005年1月和2月，卡西尼号上的成像科学子系统（ISS）首次观测到土卫二南极地区喷发出的由细小冰晶构成的羽状物。在2005年2月17日的中，磁力计观测到的关于土卫二大气的数据也证明之前成像科学子系统所观测到的现象是真实的该数据显示当时土卫二附近的离子回旋波的能量有所增强。离子回旋波是和相互作用的产物通过测定离子回旋波的可以确定物质的成经过测定，这种物质是经过电离的水蒸气。在其后的两次中，磁力计发现土卫二大气中的气体大部分都集中于南极地区其地区的大气浓度则相对十分稀薄。在2月17日和7月14日的中，紫外线摄谱仪（UVIS）观测到两例现象。在2月的中，紫外线摄谱仪未能找到土卫二赤道地区存在大气的证据，但在月观测掩星现象的过程中探测到了的存在。
由于卡西尼号偶然穿越了气体云，离子和中性粒子分光计（INMS）和宇宙尘埃分析仪（CDA）因而能够直接获取羽状物样本。离子和中性粒子分光计对气体云的物质成进行了测定，发现其中大部分为水蒸气，并包含少量的分子态氮、甲烷和二氧化碳。宇宙尘埃分析仪发现越靠近土卫二，颗粒物质数量越多，这证明土卫二的确是E环物质的主要来源地。离子和中性粒子分光计以及宇宙尘埃分析仪的数据表明卡西尼号穿越的气体云确为冰火山所喷发的、富含水分的羽状物这种羽状物来源于南极地区的喷射口。
2005年11月，这种喷射活动得到了进一步确认成像科学子系统拍摄到了土卫二南极地区类似喷泉的冰晶喷射活动（实际上，2005年2月，卡西尼号已经拍摄到羽状物，只是仍需要进一步对高相位角度拍摄的照片即当太阳处于土卫二身后时所拍摄的照片进行研究以真正确认其存在这些照片还需要同其土星卫星的高相位照片进行对比）11月的观测结果显示羽状物完整，发现该羽状物由数个独立的喷射活动的喷射物（或许来自数个不同的喷射口）共同构成，并扩展至距表面近500公里的。这一观测结果使得土卫二成为第四颗被证实存在火山活动的太阳系天体之前的三颗分别是、海卫一和木卫一。2007年10月，在成像科学子系统观测到尘埃喷射活动的同时，紫外线摄谱仪观测到了气体喷射活动。卡西尼号的观测数据显示羽状物中含有更多的化学物质，包括简单和复杂的碳氢化合物，如、和。这项发现提高了土卫二表面存在生命的可能性。卡西尼号上的离子和中性粒子分光计对羽状物的物质成进行测量后发现其与大部分彗星的物质成相近。多种观测仪器的观测结果表明在土卫二南极地区，这种从受压的地下腔室中喷发羽状物的活动类似地球上的喷泉。由于离子和中性粒子分光计和紫外线摄谱仪均未在喷射物质中发现该物质能够起到防冻作用，科学家预测在土卫二地下受热、受压的腔室中流动着温度至少达到3℃、近乎纯净的液态水。由冰融化为纯水，比之氨水混合物的融化需要更多的热量。这种热量可能来自引力潮汐能或辐射源所产生的能量。另一种产生羽状物的途径是土卫二表面温暖的冰的。2005年7月14日，卡西尼号上的红外成份分光计（CIRS）在靠近南极点的地区发现了一个温暖区域该区域的温度达到了8590开尔文度，部分区域的温度甚至高达157开尔文度（116℃），远较地表接收阳光辐射产生的温度高这表明该区域受到了土卫二内部热源的加热。在这种温度下，该区域的冰体能够以较其区域冰体快得多速度升华，并产生羽状物。这种假说受到了较多关注，因为加热地表冰体的地下层物质为呈半流质状态的氨水混合物，那么不需要太多的能量就可以产生羽状物。不过，羽状物中富含的大量冰晶显然更支持冷喷泉模式假说，并削弱了冰体升华假说的可信性。
此外，基辅等人还提出了笼型水合物的来源理论该理论认为，当虎皮斑纹破裂时，蕴藏于其中的二氧化碳、甲烷和氮暴露于之中，从而被释放出来。该理论并不需要冷喷泉模式假说中用于融冰的热能的存在，也能在缺少氨的情况下解释得通。
2008年，科学家们观测到了从土卫二表面喷出的水蒸气。这一观测结果证明该卫星上存在着液态水，并支持了土卫二有可能存在生命的观点。
坎迪斯汉森是美国航空航天局位于加州的的一名科学家在发现了这些速度高达2189公里/小时这种速度十分罕见，往往只有在含有水的情况下才能达到这种速度的羽状物后，他领导一个团队开始研究这些物。
卡西尼号提供的资料显示在土卫二的冰冻表面之下可能存在着一个全球性的海洋。卡西尼号对其所捕获的冰晶颗粒进行分析后发现，这些冰晶颗粒是由盐水凝集而成的这种状况一般只发生于大面积的水体之中。因此土卫二上也可能存在外星生命。另一种观点则认为土卫二上存在的并非大面积的海洋，而是分布广泛的溶洞，这些溶洞之中充满了液态水。
2009年8月13日，科学家对外公布了对土卫二南极地区喷射出的水蒸气进行分析的最新结果，他们在冰晶颗粒中发现了高浓度的盐分。此外，卡西尼号还发现了诸如碳酸盐和尘埃颗粒等有机化合物的踪迹。这些证据都有力证明在该卫星表面之下存在着一个海洋。其中的尘埃颗粒甚至可能提供关于海洋的细节情况，而通常获取这些情况需要进行深层钻探。
土卫二地下液态水的存在表明在其内部存在着内部热源。现在，科学家相信放射性衰变和潮汐效应共同提供了液态水存在所需要的热量因为潮汐效应是无法提供如此多的热量的如土星的另一颗卫星土卫一比土卫二更为靠近土星，且其轨道离心率更大这意味着相比于土卫二，受到了更为强大的潮汐效应的影响但是，老旧而布满创伤的表面表明该卫星似乎早已停止了地质活动。
美联社分析说，这一假说具有重大意义。若经证实，土卫二便具备了产生生命的三大条件：持续的热源、有机物和液态水。马特森说：这告诉我们，以土卫二的内部条件，它曾经或仍然可能发生生化反应。当然，一切假说毕竟只是一种合理猜测。现在断言土卫二上是否存在生命为时尚早。土卫二可能存在开花植物样的生命
2011年12月4日编写于重庆
2022年2月4日修改于重庆
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