为欧罗巴快船的推进油箱做准备

为欧罗巴快船的推进油箱做准备

ByNASA中文

Contamination control engineers in a clean room at the Goddard Space Flight Center evaluate a propellant tank before it is installed in our Europa Clipper spacecraft. The tank is one of two that will be used to hold the spacecraft’s propellant. It will be inserted into the cylinder seen at left in the background, one of two cylinders that make up the propulsion module. With an internal global ocean under a thick layer of ice, Jupiter’s moon Europa may have the potential to harbor existing life. Europa Clipper will swoop around Jupiter on an elliptical path, dipping close to the moon on each flyby to collect data. Understanding Europa’s habitability will help scientists better understand how life developed on Earth and the potential for finding…

木卫二内部温度可能足以为海底火山提供燃料

木卫二内部温度可能足以为海底火山提供燃料

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该插图于2020年12月更新，描绘了NASA的欧罗巴快船探测器。该任务预计在2024年发射，将调查木卫二及其内部海洋是否具备适宜生命存在的条件。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 木星的卫星木卫二有一个覆盖着巨大的全球海洋的冰壳。下面的岩石层可能热到让岩质地幔足以融化，导致海底火山。 新的研究和计算机模型显示，木星的卫星木卫二的海底可能在最近发生过火山活动——而且可能仍然在发生。美国国家航空航天局(NASA)即将在2024年发射欧罗巴快船(Europa Clipper)探测器，它将飞近这颗冰冷的卫星，收集测量数据，为最近的发现提供线索。 科学家们有强有力的证据表明，木卫二的冰层和岩石内部之间存在着一个巨大的海洋。这项新研究表明，木卫二可能有足够的内部热量部分融化这一岩石层，这个过程可能为海底的火山提供能量。最近对这种内部热量是如何产生和传递的3D模型是迄今为止对这种内部热量对木卫二的影响最详细、最彻底的研究。 木卫二的岩质地幔之所以热到足以融化，关键在于木星对其卫星的巨大引力。当木卫二围绕着这颗气态巨行星旋转时，这颗冰冷的卫星的内部会发生弯曲。弯曲迫使能量进入木卫二内部，然后以热量的形式渗出(想想回形针是如何反复弯曲产生热量的)。木卫二内部弯曲得越多，产生的热量就越多。 最近发表在《地球物理研究快报》上的这项研究，详细模拟了木卫二的岩石部分在木星引力的牵引下如何弯曲和加热。它显示了热量在哪里消散，以及它如何融化岩石地幔，从而增加了海底火山爆发的可能性。 几十年来，木卫二上的火山活动一直是人们猜测的话题。相比之下，木星的卫星木卫一明显是有火山。那里的数百座火山喷发出熔岩喷泉，并喷射出高达250英里（400公里）的火山气体和尘埃，这些活动是由于木星的引力造成的相同类型的内部加热所致。但是木卫二比木卫一离它的主行星更远，所以科学家们想知道在冰封的表面下是否会有类似的效应。 科学家的发现表明，木星的卫星木卫二的内部可能由一个铁核组成，被岩石地幔包围，与冰壳下的海洋直接接触。新的研究模型揭示了内部热量如何为海底火山提供燃料。 影像来源：NASA/JPL-Caltech/Michael Carroll 在捷克共和国查尔斯大学的玛丽·贝侯科娃（Marie Běhounková）领导下，作者进一步预测，火山活动最有可能发生在木卫二的两极附近——这一纬度产生最多的热量。他们还研究了火山活动是如何随着时间的推移而演变。寿命长的能源为潜在生命的发展提供了更多的机会。 海底火山如果存在的话，可能会为热液系统提供动力，就像那些为地球海洋底部的生命提供燃料的系统一样。在地球上，当海水与热岩浆接触时，相互作用产生了化学能。正是来自这些热液系统的化学能，而不是来自阳光，帮助我们的海洋深处的生命生存。木卫二海底的火山活动可能是支持该卫星海洋潜在宜居环境的一种方式。 “我们的发现提供了更多的证据，表明木卫二的地下海洋可能是一个适合生命出现的环境。”贝侯科娃说。“木卫二是少有的可能维持了数十亿年的火山活动的行星体之一，也可能是地球之外唯一一个拥有大型水库和长期能量来源的行星。” 直接观测 当欧罗巴快船探测器在2030年达到预定目标时，NASA的科学家们将有机会对新的预测进行测试。该探测器将围绕木星运行，并对木卫二进行数十次近距离飞行，以绘制木卫二地图并调查其组成。在它收集的科学数据中，飞船将对木卫二表面进行详细调查，并对木卫二稀薄的大气层进行采样。 表面和大气观测将使科学家有机会了解更多关于木卫二内部海洋的情况，如果水通过冰壳向上渗透的话。科学家们认为，海洋和地壳之间的物质交换会在表面留下海水的痕迹。他们还认为，这种交换可能会释放出气体，甚至可能是水蒸汽柱，喷射出的粒子可能包含来自海底的物质。 随着欧罗巴快船测量木卫二的重力场和磁场，这些区域的异常，特别是两极的异常，可能有助于确认新研究所预测的火山活动。 “木卫二的海底可能会出现炎热的岩石内部和火山，这增加了木卫二海洋适宜居住的可能性，”美NASA位于南加州喷气推进实验室的欧罗巴快船项目科学家罗伯特·帕帕拉多（Robert Pappalardo）说。“我们也许可以用欧罗巴快船计划中的重力和成分测量来测试这一点，这是一个令人兴奋的前景。” 有关任务的更多信息 诸如欧罗巴快船这样的任务有助于促进天体生物学领域的发展，即对可能孕育我们所知的生命的遥远世界的变量和条件的跨学科研究。虽然欧罗巴快船不是探测生命的任务，但它将对木卫二进行详细侦察，并调查这颗冰冷的卫星及其表面下的海洋是否有能力支持生命。了解木卫二的可居住性将有助于科学家更好地了解地球上的生命如何发展，以及在我们的星球之外发现生命的可能性。 由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院管理，喷气推进实验室与位于马里兰州的约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)合作，为位于华盛顿的NASA科学任务理事会领导欧罗巴快船任务的发展。位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔太空飞行中心的行星任务项目办公室负责欧罗巴快船任务的项目管理。 有关木卫二和欧罗巴快船的更多信息，请参见： https://europa.nasa.gov

无情的辐射冲击，让木卫二的“夜侧面”也能发光

无情的辐射冲击，让木卫二的“夜侧面”也能发光

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上图为木星的卫星木卫二的艺术概念图，显示了在木卫二背向太阳的“夜侧面”，它冰冷的表面也会发光。辉光的变化和辉光本身的颜色可以揭示木卫二表面冰成分的相关信息。 图片来源：NASA / 加州理工-喷气推进实验室 新的实验在实验室中再现了木卫二（Europa）的环境，发现即使在背向太阳的“夜侧面”（nightside），这颗冰冷的卫星也闪耀着光辉，这一景象带给我们的，将远不只是炫酷的视觉效果。 天寒地冻、海洋遍布的木卫二默默地围绕木星运行，承受着辐射没完没了的无情冲击。木星用电子和其他粒子没日没夜地轰击木卫二表面，让它身处高能辐射的炼狱。然而，在这些粒子对木卫二拳打脚踢的同时，它们可能也导致了一些超乎寻常的现象：让木卫二在黑暗中也发出了光芒。 美国航空航天局（NASA）位于南加州喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）的科学家进行的新研究，首次详细介绍了这一特殊辉光的样子，以及它可能揭示出木卫二表面冰的成分的哪些信息。不同的盐类化合物对辐射的反应不同，会发出自己独特的微光。用裸眼看，这种辉光有时候看起来是绿色的，有时看起来又是蓝色或白色的，并且亮度不同，这取决于它的化学组成。 科学家用分光计将光分成不同的波长，并将不同的“特征”，也就是光谱对应到冰层的不同成分上。对于像木卫二这样的卫星，用分光计进行的大多数观测都是在卫星白天的时候通过反射的太阳光进行的，但是这些新的结果描绘了木卫二在黑暗中的样子。 “我们可以预见的是，这种夜侧面的冰冷光辉能为我们提供木卫二表面组成的更多相关信息。木卫二表面组成的变化方式可以给我们带来木卫二是否具有适宜生命存活条件的线索。”喷气推进实验室的穆尔蒂·古迪帕蒂（Murthy Gudipati）说道，他是新研究的主要作者，论文已于9月发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志上。 这是因为木卫二拥有一片巨大的全球性内部海洋，这片海洋可能会通过木卫二厚厚的冰壳渗透到星球表面。通过对表面进行分析，科学家可以了解更多木卫二表面之下物质的相关信息。 发光的“夜侧面” 科学家从先前的观测中推断出，木卫二的表面可能是由冰和地球上被称为“盐”的混合物组成的，这里的“盐”指的是像硫酸镁（泻盐）和氯化钠（食盐）这样的化合物。这项新的研究表明，在模拟木卫二的环境条件下，将这些盐掺入水冰中并用辐射对其进行轰炸时，会产生辉光。 这一现象还不足为奇，我们很容易就能想到受辐射照射的表面会发光，科学家也知道，这种光辉是由高能电子穿透星球表面、激活下方的分子而引起的。当这些分子松弛下来，它们就会将能量以可见光的形式释放掉。 “但是我们从来没有想到过会看到我们最终看到的东西，”这项研究的共同作者、喷气推进实验室的布里亚纳·亨德森（Bryana Henderson）说道，“当我们尝试用新的成分组成模拟木卫二冰层时，它发出的光辉看起来就不太一样了。我们都盯着它看了一会儿，然后说：’这和之前的不太一样，对吗？这得是另一种光辉吧？’因此，我们用分光计对它进行了测量，每种类型的冰都拥有不同的光谱。” 为了能在实验室中研究木卫二表面的实体模型，喷气推进实验室团队为木卫二的高能电子和辐射环境测试（High-Energy Electron and Radiation Environment Testing，ICE-HEART）建造了一种被称为“冰室”（Ice Chamber）的独特仪器。他们将ICE-HEART带到位于马里兰州盖瑟斯堡的一处高能电子束工厂，然后开始进行另一项完全不同的研究：观察木卫二冰层下的有机物质对辐射冲击会作何反应。 他们并没有料到会看到辉光本身的变化与不同的冰层成分具有相关性，正如这项研究的作者所说，它完全出于机缘巧合。 “我们看到氯化钠盐成分发出的辉光水平非常低，这一瞬间正是我们改换研究思路的转折点。”论文的共同作者弗雷德·贝特曼（Fred Bateman）说道。贝特曼对实验的进行做出了贡献，他还向位于马里兰州美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的医疗工业辐射设施（Medical Industrial Radiation Facility）的冰层样品送去了辐射光束。 一颗卫星能在黑暗天空中可见似乎并不是一件反常的事情，在地球上我们就能看到月亮，因为在夜里它也能反射阳光。但科学家表示，木卫二发出的光是由完全不同的机制引起的，想象一下，有一颗卫星能持续不断地发出光辉，即使是在它背对太阳的“夜侧面”，也能发光。 “如果木卫二不处在这种辐射之下，它看起来就会像我们所看到的月球一样，即背向太阳的一侧是黑暗的，”古迪帕蒂说，“但正是因为它遭受着木星的辐射轰炸，所以它在黑暗中也能发光。” NASA即将进行的旗舰飞越任务木卫二快船（Europa Clipper）计划于2020年代中期发射，它将在绕木星轨道运行时多次飞越木卫二观察它的表面。任务科学家正在审查上述研究的发现，评估探测器上的科学仪器是否能够检测到这种辉光。探测器收集到的信息可能会与这项研究中的测量结果进行比较，来确认木卫二表面上的盐成分，或缩小可能含有的化学物质范围。 “在实验室中你通常不会说，’到了那边我们可能就会发现它。’”古迪帕蒂表示，“通常情况正好相反：去到那边之后，发现一些新东西，然后尝试在实验室中进行解释；而我们的假设又能再通过一种简单的观察来验证，这就是科学的意义所在。” 类似木卫二快船这样的任务，将有助于天体生物学领域的发展，对于我们认为可能承载着生命的遥远星球，这些任务是对相关变量和条件的一种跨学科研究。虽说木卫二快船不是一次探测地外生命的任务，但它将对木卫二进行详细的侦察，调查这颗冰冷的卫星及其地下海洋是否具有维持生命存在的能力。了解木卫二的可居住性将有助于科学家更好地了解地球生命是如何发展演化的，还能为我们在地球之外寻找生命带来希望。 想了解木卫二和木卫二快船的更多相关信息，请访问：europa.nasa.gov。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/europa-glows-radiation-does-a-bright-number-on-jupiters-moon