土卫二
母行星:土星
轨道周期:1.37天
半径:地球半径的3.95%
质量;地球质量的0.%
可居性指数:0.35
在土星的卫星(土卫)当中,恩克拉多斯
土卫二的个头排第六大。它的直径是千米,约为最大的土卫——泰坦的1/10。恩克拉多斯大部分被新鲜、纯净的冰覆盖。冰面把到达它的阳光全部反射掉,导致恩克拉多斯的表面温度即使在正午时也只有-℃。尽管恩克拉多斯的个头不大,它的表面地貌却很丰富,从古老、多陨击坑的地貌,到形成于近至1亿年前的年轻、构造畸形的地貌都有。
恩克拉多斯早在年就被发现。但直到美国宇航局的两艘“旅行者”飞行器在20世纪80年代经过它的附近之前,科学家对它一直了解很少。年,“卡西尼号”飞行器开始对恩克拉多斯实施多次飞近探测,从而揭示了它的表面和环境的更多细节。尤其是,“卡西尼号”释放出“惠更斯”探测器,发现了从恩克拉多斯南极地区喷射的富含水的羽流。恩克拉多斯南极附近的冷火山喷到太空的羽流中,包含水蒸气、其他挥发物和固体材料,包括氯化钠晶体和冰晶,喷发量为每秒近千克。迄今已在恩克拉多斯表面发现了超过个这样的“间歇泉”。喷出的水蒸气中,有一些以“降雪”的形式坠落到恩克拉多斯表面,另一些则逃逸,提供了组成土星E环的大部分材料。美国宇航局科学家指出,这些羽流的成分与彗星的相似。
观测到的恩克拉多斯表面的“间歇泉”,再加上发现的恩克拉多斯内部热量的逃逸,以及恩克拉多斯南极地区很少的陨击坑,都表明恩克拉多斯目前的地质活动很活跃。与巨行星卫星系统中的许多卫星一样,恩克拉多斯也处于轨道共振中。它与狄俄涅(土卫四)的轨道共振造成了它的轨道偏心率,但这一偏心率被潮汐力抑制。潮汐力加热恩克拉多斯内部,并且有可能驱动恩克拉多斯的地质活动。
美国宇航局报告说,“卡西尼号-惠更斯”发现的证据表明,恩克拉多斯的冰地壳下面存在一个巨大的海洋。覆盖恩克拉多斯海洋的冰地壳厚度为30~40千米。这一海洋在恩克拉多斯南极的深度可能为10千米,海洋平均深度为26~31千米。与之对比,地球海洋平均深度
土卫六
母行星:土星
轨道周期:15.天
半径:地球半径的40.4%
质量:地球质量的2.25%
可居性指数:0.64
泰坦是土星的卫星(土卫)中最大的一颗,也是已知有稠密大气层的唯一天然卫星。泰坦是土星的第6颗椭圆体型卫星,而且它经常被描述为一颗类行星卫星。泰坦的直径比月球大50%,质量比月球大80%。泰坦是太阳系中第2大的卫星,个头仅次于木星的卫星加尼美得,而且泰坦比最小的行星——水星的个头还大,但只有水星质量的40%。泰坦在年被荷兰天文学家惠更斯发现,它是第一颗已知的土卫,是行星的卫星中已知的第六颗。
泰坦主要由水冰和岩石材料构成。与太空探测时代开始之前的金星一样,泰坦的不透明大气层也阻碍了科学家对这颗土卫的了解。这一状况持续到4年才结束。当时,美国宇航局和欧洲空间局合作的“卡西尼-惠更斯”飞行器抵达泰坦,新的探测信息不断堆积,包括发现了泰坦极地的液态碳氢化合物湖泊。在地质上依然年轻的泰坦表面基本光滑,陨击坑很少,但也发现了山脉和多座可能的冷火山。
泰坦的大气层主要由氮组成,大气中的次要成分形成甲烷-乙烷云和富含氮的有机雾霾。包括风和雨的气候,形成了泰坦表面类似于地球的地貌,例如沙丘、河流、湖泊、海洋(很可能由液态甲烷和乙烷构成)和三角洲。泰坦的气候也像地球的那样,被季节性天气模式主导。由于表面和地下的液体,以及浓密的大气层,泰坦的甲烷循环与地球的水循环有相当的可比性,只不过前者的温度低得多。
泰坦被认为是一个富含复杂有机化合物,因而就算没有生命也会促进生命出现的环境。可能存在的泰坦地下海洋,则直接充当催化生命、甚至有可能存在生命的环境。虽然“卡西尼-惠更斯”任务并未配备能探察生物指征或复杂有机化合物的设备,但它依然证明了泰坦表面环境与原始地球颇有些相似。科学家猜测,目前的泰坦大气层与早期地球大气层的成分类似,只是泰坦大气层中缺乏水蒸气。多项实验证明,向类似于泰坦大气层的混合气体添加紫外辐射,能产生复杂分子和像索林(发现于星际空间的黏性固体物质)之类的聚合物。科学家年10月报告说,当施加能源给类似泰坦大气的混合气体时,生成了5种碱基(DNA和RNA的组成成分)及其他许多种化合物,其中包括蛋白质的构建单元——氨基酸。美国宇航局年4月3日报告说,通过模拟泰坦大气,推测泰坦表面可能存在复杂有机化合物。
实验室模拟结果让一些科学家相信,泰坦表面和地下存在足够多的有机材料,因而能启动类似于地球生命起源那样的化学进化过程。虽然泰坦表面缺乏水,但多种理论推测,含水天体对泰坦的撞击会把水带给泰坦(地球水最初也可能就是这么来的),这些水以泰坦地下海洋的形式被保存。还有理论指出,泰坦地下千米可能存在液态氨的海洋。就算在这样的海洋里,依然可能存在生命。泰坦内核及上层之间的热传导,对于维持地下海洋中的生命来说至关重要。探察泰坦生命取决于生命效应,例如,可以检测泰坦大气中的甲烷和氮是否源于生物来源。
泰坦拥有地下海洋
有科学家提出,就像地球生物可以居住在水中一样,泰坦表面的液态甲烷湖泊里也可能存在生命。这些生物吸入的是氢而不是氧,用乙炔而不是葡萄糖代谢氢,呼出甲烷而不是二氧化碳。尽管地球生物都以液态水作溶剂,泰坦生命却可能以液态碳氢化合物作溶剂,例如甲烷和乙烷。相对于甲烷而言,水是更强的溶剂。然而,水的化学反应性更强,能通过水解作用分解有机大分子。而以碳氢化合物作溶剂的生命形式,则不会面临这种生物分子被摧毁的风险。
不过,美国宇航局年在一篇新闻稿中说:“迄今为止,以甲烷为基础的生命形式依然只是猜想。科学家尚未能在任何地方探察到这样的生命。但一些科学家相信,探测到的化学指征支持这样一个论点:泰坦表面存在奇异的原始生命形式,或者生命的前驱形式。”
有科学家猜测,大型小行星或彗星撞击地球,携带微生物的地表岩石可能被撞出。它们逃离地球引力,把生命带到宇宙中别的地方,其中包括泰坦。在遥远的将来,泰坦的环境条件将比现在宜居得多。50亿年后,太阳将变成一颗红巨星,表面温度大大上升,足以让泰坦表面存在液态水。随着太阳的紫外线输出下降,泰坦大气上层雾霭将消失,对泰坦表面的反温室效应会减弱,大气中的甲烷会发挥更好的温室效应,从而促进泰坦表面升温,不再寒冷。这些有利条件,将会让泰坦的宜居环境持续好几百万年,足够演化出生命。不过,泰坦上的氨,会导致化学反应的进程变慢。
木卫二
母行星:木星
轨道周期:3.天
半径:地球半径的24.5%
质量:地球质量的0.8%
可居性指数:0.49
欧罗巴(木卫二)是第6靠近木星的木卫,也是太阳系中第6大卫星,在木星的4颗大卫星(依娥、欧罗巴、加尼美得和卡里斯托)中个头最小。欧罗巴在年由意大利天文学家伽利略最早发现,它的命名是根据希腊神话中后来成为宙斯情人之一的克里特岛国王米诺斯之母的名字。欧罗巴除了得到地面望远镜的观测外,还被一系列太空探测器飞近探测过,其中第一次飞近探测是在20世纪70年代。
欧罗巴比月球小一点,主要由硅酸盐岩石构成,其地壳由水冰组成,内核可能为铁、镍。欧罗巴有稀薄的大气层,主要成分是氧。欧罗巴表面有条纹(实际上是裂缝),陨击坑相对罕见。欧罗巴的表面在太阳系中已知的固态天体中最光滑。根据这一表面的明显年轻和和光滑,科学家猜测欧罗巴表面下存在液态水海洋,这个海洋中可能孕育着外星生命。这一假说认为,来自潮汐可挠性的热量导致欧罗巴海洋保持液态,并且驱动类似于板块构造的地质活动。美国宇航局年9月8日报告说,他们发现的证据支持一种早期推测——欧罗巴的厚厚冰壳中存在板块运动。这是首次发现在地球之外的另一个天体上有如此地质活动的迹象。科学家年5月12日宣布,来自欧罗巴地下海洋的海盐可能覆盖着欧罗巴表面的一些地质特征,这表明地下海洋与海底之间有相互作用。在确定欧罗巴是否支持生命方面,这一点可能很重要。
美国宇航局年12月宣布,在欧罗巴的冰地壳上探察到了黏土状矿物质——层状硅酸盐。此外,“哈勃”太空望远镜发现欧罗巴表面存在水蒸气羽流,并且这些羽流与在土星卫星之一——恩克拉多斯表面观测到的羽流类似,后者据推测是由低温喷泉喷发形成的。
美国宇航局9年发射的“伽利略号”探测器,提供了有关欧罗巴的现有数据中的大部分。至今尚无任何飞行器登陆欧罗巴,但它耐人寻味的特征激发科学家提出了探测它的多个雄心勃勃的建议。欧洲空间局的“木星含冰卫星探索者”是一项飞往加尼美得的任务,计划在年发射,但它也将两次飞近探测欧罗巴。美国宇航局的“欧罗巴多次飞近探测任务”,则将在21世纪20年代中期发射。
木卫三
母行星:木星
轨道周期:7.天
半径:地球半径的82.7%
质量:地球质量的2.5%
可居性指数:0.35
加尼美得(木卫三)是木星的最大卫星,也是太阳系中最大的卫星和第9大天体,还是唯一已知拥有磁层的卫星。加尼美得是距离木星第7远的木卫,也是4颗最大木卫中距离木星第3远者。4颗最大的木卫,是首次被伽利略发现环绕其他行星的卫星群体。加尼美得大约7天环绕木星一圈,并且它与欧罗巴及依娥构成1:2:4的轨道共振。加尼美得的直径是千米,比水星直径还大8%,但它的质量只有水星的45%。加尼美得比土卫六泰坦大2%,泰坦是太阳系中第2大卫星。加尼美得的质量是月球的2.02倍。
加尼美得由大约相等质量的硅酸盐岩石和水冰组成。它是经过完全分化的天体,有一个富含铁的液态内核,和一个水量超过地球海洋总水量的地下海洋,科学家认为这个海洋可能支持生命存在。加尼美得的表面由两种主要类型的地貌组成。覆盖加尼美得表面约1/3的暗色区域密布陨击坑,它们形成于40亿年前。覆盖加尼美得表面其他部分的浅色区域有大面积的沟槽和山脊,它们只比暗色区域年轻一点点。浅色区域地貌成因尚不完全清楚,但有可能是由潮汐加热造成的板块运动所致。
加尼美得的磁层,可能是通过它的液态铁内核中的对流形成的。这个微不足道的磁层被深埋在巨大磁场内,只显示为磁力线的局部扰动。加尼美得的稀薄氧大气层中包含氧气和臭氧等,还有微量原子氢。加尼美得是否拥有与其大气层有关的电离层,目前尚不清楚。
加尼美得是由意大利天文学家伽利略在年1月7日率先观测到的,同样,它的名字也来源于希腊神话。从美国宇航局的“先驱10号”飞行器开始,多艘飞行器近距离探测了加尼美得。美国宇航局的两艘“旅行者号”飞行器校准了对加尼美得直径的测量,而美国宇航局的“伽利略号”飞行器则发现了加尼美得的地下海洋及其磁场。计划中的下一次木星系统探测任务,是欧洲空间局的“木星含冰卫星探索者”。在飞近探测木星的其他3颗最大卫星后,这艘探测器将进入环绕加尼美得的轨道。
木卫四
母行星:木星
轨道周期:16.天
半径:地球半径的75.7%
质量:地球质量的1.8%
可居性指数:0.35
卡里斯托是排在加尼美得之后的木星第2大卫星,也是太阳系中第3大卫星和太阳系中没有完全分化的最大天体。伽利略在年率先发现了卡里斯托。卡里斯托的直径为千米,相当于水星直径的99%,但只有水星质量的大约1/3。卡里斯托在4颗大木卫中距离木星最远,轨道半径大约为.3万千米。与其他3颗大的木卫不同,卡里斯托未处在轨道共振,因此没有被潮汐明显加热。卡里斯托的自转被潮汐锁定至它环绕木星的轨道,因此它的同一个半面总是朝内,木星看上去几乎静止在卡里斯托的天空中。与其他距离木星较近的木卫相比,由于距离木星更遥远(卡里斯托刚好处于木星的主要辐射带之外),因此卡里斯托较少被木星的磁层影响。
卡里斯托由大约相等数量的岩石和冰组成,平均密度大约是每立方厘米1.83克,在木星的所有大卫星中密度和表面引力都最低。分光镜在卡里斯托表面探测到的化合物包括水冰、二氧化碳、硅酸盐及有机化合物。美国宇航局“伽利略号”飞行器的探测表明,卡里斯托可能有一个小的硅酸盐内核和一个地下海洋,这个海洋位于地面下超过千米。
在太阳系中,卡里斯托的表面最古老,陨击坑密度最大。它没有显示出诸如板块构造或火山活动的任何地下过程指征,没有发生过全面地质活动的任何迹象。因此,卡里斯托的演化被认为主要受撞击过程的影响。卡里斯托表面的明显特征包括多环结构、不同形状的陨击坑、陨击坑链及与之相关的陡坡、脊和沉积物。在较小规模上,卡里斯托表面特征各异,由高地势最高点的小规模闪亮冰霜沉积物组成,这些高地势的周围是由暗色材料构成的低地势平原。这被认为源自由升华过程推动的小地形剥蚀。由于缺乏小陨击坑,但又存在大量小的鼓起(这些鼓起被认为是小地形的残迹),这一理论得到了支持。这些地形的绝对年龄未知。
卡里斯托被非常稀薄的大气层包裹,这一大气由二氧化碳和可能的分子氧构成。此外,卡里斯托也被一个相当强烈的电离层覆盖。科学家推测,木星形成后,来自于环绕木星的气体和尘埃盘中的材料逐渐吸积成了卡里斯托。这种缓慢吸积过程,以及缺乏潮汐加热,意味着没有足够的热量来支持迅速的分化。卡里斯托形成后,其内部开始缓慢对流,导致部分分化,可能形成地下海洋及一个较小的岩石内核。
卡里斯托可能存在的地下海洋意味着这样一种可能性:这个海洋中存在生命。不过,卡里斯托地下海洋支持生命的条件被认为不如附近的欧罗巴好。从美国宇航局“先锋10号”和“先锋11号”到“伽利略号”和“卡西尼号”的多艘空间探测器,已经研究过卡里斯托。由于卡里斯托的低辐射水平,它长期以来被认为是未来探索木星系统所需的人类基地的最佳选址。
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