人类会不会发现“外星生命”，这艘宇宙飞船将最早揭晓答案（组图）

宇宙中是否存在其他的生命？这艘宇宙飞船将会最早为我们揭晓答案。

主笔｜袁越

美国东部时间2024年10月14日中午12点06分，美国航空航天局（NASA）研制的木卫二探测器欧罗巴快船（Europa Clipper）在肯尼迪宇航中心发射升空。这是NASA研制的第一颗专门用于研究地外生命的太空探测器，预计将于2030年4月11日进入木星轨道，对木卫二进行为期4年的近距离考察，看看这颗木星的第四大卫星是否具备生命诞生的基本条件。

当地时间2024年10月14日，美国佛罗里达州，美国国家航空航天局在肯尼迪航天中心发射了“欧罗巴快船”（Europa Clipper）探测器。（视觉中国供图）

在此之前，欧洲航天局（ESA）研制的木星冰卫星探测器“果汁”（Jupiter Icy Moons Explorer，简称JUICE）已于2023年4月14日在法属圭亚那航天中心发射升空。但因为轨道不同，JUICE的速度较慢，预计将于2031年7月到达木星，所以欧罗巴快船将会是第一个传回消息的地外生命探测器。如果传回来的是好消息的话，人类历史将被它彻底改写。

2023年4月14日，欧洲航天局研制的木星冰卫星探测器“果汁”在法属圭亚那航天中心发射升空（TPG/alamy 供图）

可是，木卫二距离太阳非常遥远，其表面平均温度只有-171℃，那里怎么可能有生命呢？

液态水的世界

众所周知，目前已知的所有生命都只能在有液态水的地方才能生存。常压下水的冰点和沸点分别是0℃和100℃，所以此前的科学家们只在那些距离恒星既不太近也不太远的地方寻找生命，并把这样的地方称之为“宜居带”（habitable zone）。太阳系的宜居带大致位于金星和火星之间，所以早年间的行星探索全都围绕着这两颗行星进行。火星之外的那几颗行星被归到了外太阳系的范畴，那里有生命的概率被认为接近于零。

1973年，NASA发射的先驱者10号（Pioneer 10）深空探测器到达木星，成为第一个进入外太阳系的人造飞行器。1979年，NASA发射的两个旅行者号（Voyager）深空探测器再次进入外太阳系，并造访了木星的几颗卫星。其中木卫二是最让大家吃惊的卫星，它的表面极其光滑，颜色白中透黄，很像是一颗被用旧了的台球母球。更绝的是，木卫二表面几乎看不到任何陨石坑，但却布满了繁杂的条纹，很像是冰盖之间相互拉扯挤压而形成的冰脊和裂缝，这说明木卫二的内部很可能存在液态水，以及某种能量源，正是由于这些能量所引发的地质活动，以及因此而上涌的液态水把陨石坑填平了。

由旅行者2号所拍摄的木卫二高分辨率图片，图片显示木卫二有着光滑的表面（图源wikipedia）

木卫二是一颗古老的岩石星球，体积比月球还小那么一点点，其内部的岩浆应该早就冷却了。既然如此，它内部的能量是哪来的呢？答案就是它的公转轨道。众所周知，如果一颗卫星的轨道不是正圆形的话，它受到的引力会有变化。事实上，这种变化就是地球潮汐的动力来源，因此这种引力差又被称为潮汐力。木卫二的公转轨道要比月球绕地球转的轨道扁得多，它所受到的潮汐力也要比月球大得多。如此巨大的潮汐力会把木卫二内部的岩石不断地拉扯和挤压，由此产生的热量就是木卫二内部能量的来源。

木卫二内部结构（图源wikipedia）

就在天文学家们忙着分析从先驱者号传回来的数据时，地质学家们在西北太平洋的下面发现了一个海底热液喷口（hydrothermal vent），黑色的烟囱状喷口附近生活着各式各样的生命。这个惊人的发现让生物学家们意识到生命完全不需要阳光的滋养，仅凭海底热液喷出的化学物质就能生存。

2000年，科学家们又在大西洋海底发现了另一种类型的海底热液喷口，喷出的不是高达400℃的酸性热液，而是不到100℃的碱性温热海水。溶解在这种海水中的无机盐会在遇到冰冷海水之后析出，形成白色的石柱，俗称白烟囱。白烟囱周围的生物多样性虽然不如黑烟囱，但这种温和的条件恰好最适合从无到有地孕育生命。

白烟囱的发现彻底改变了生命起源研究的范式，从此科学家们便把注意力从达尔文预言的那个沐浴在阳光中的“温暖的小池塘”转移到了漆黑一片的海底。如今这个白烟囱理论已经成为生命起源的主流理论，大家相信只要有液态海洋和岩石，再加上一点点能量，理论上就可以诞生出生命。

木卫二三者兼备，被公认为是太阳系里除了地球之外最有可能诞生生命的星球。而欧罗巴快船将是第一艘专门用来研究它的宇宙飞船，难怪NASA的科学家们对它寄予厚望，称这次发射揭开了地外生命探索的新篇章。

2023年4月11日，美国加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室停放的“欧罗巴快船”推进组件，该飞船正在为前往木卫二做准备（视觉中国 供图）

木星和土星的冰卫星

说到地外生命探索，普通人首先想到的一定是外星人发来的无线电信号。但其实生命从最简单的单细胞形态进化成具备高等智慧的复杂形态需要漫长的过程，在地球上这个过程花费了将近40亿年的时间！考虑到目前的宇宙也只有138亿年的历史，所以外星人的出现概率是非常低的。

但是，有充足的证据显示银河系中存在大量的岩石星球，其中有液态水的星球数量肯定不小，所以生命的诞生很可能是银河系的一个普遍现象，只不过大部分这类星球上的液态水很可能存在于冰层的下方。

就拿太阳系来说，目前已经发现了好几个有可能存在冰下海洋的冰卫星。除了木卫二之外，木卫三、木卫四、土卫二、土卫六和海卫一都有可能。

为了近距离研究木星及其卫星，NASA于1989年发射了一颗木星探测器伽利略号（Galileo），并于1995年进入木星轨道，成为第一个围绕行星公转的宇宙飞船。可惜伽利略号设计有误，主天线没有能够顺利打开，只能用副天线和地球联系，这让它传回来的数据精确度不高。即便如此，它还是传回了大量有用的数据，让科学家们对木卫二有了更清晰的认识。

比如，伽利略号测量了木卫二的磁场，发现它的确自带一个特殊的磁场，而且这个磁场最有可能是它内部的某个具有导电性的东西和木星磁场相互激发所产生的。除此之外，伽利略号携带的近红外测绘光谱仪（NIMS）分析了木卫二表面冰层的化学成分，发现了硫酸盐和氯化钠的痕迹。这两个结果均指向了一个令人惊喜的事实，那就是木卫二内部的海洋很可能像地球海洋一样是咸的，其中充满了生命所需的各种微量元素。

木卫二背向行进方向的半球，由伽利略号拍摄于1996年9月7日。（图源wikipedia）

再比如，NASA动用了3处地面基站所组成的深空网络（DSN）精确追踪了伽利略的飞行轨迹和飞行速度，计算出了木卫二的转动惯量（moment of inertia），得知它的核心是一个600公里半径的铁核，中间是岩石层，最外侧是一个厚达80~170公里的水层，由此计算出木卫二海洋的储水量是地球海洋的两倍多。木卫二的冰层厚度比较难以计算，目前的猜测大约是在15~25公里之间。

如此厚的冰层增加了探索冰下海洋的难度，但2005年NASA制造的土星探测器卡西尼号（Cassini）号拍到了土卫二上空存在羽流（plume）的证据。这种羽流是从土卫二内部海洋喷出来的水蒸气柱，最高可以喷到160公里高的外太空。为了获取羽流数据，科学家修改了卡西尼号的轨道，让它以正确的姿态从羽流上方通过，然后用卡西尼号上搭载的一台质谱仪（mass spectrometer）测量了水蒸气的成分，发现其中含有水、二氧化碳、甲烷、乙烷和丙烷等小分子化合物，和地球海底白烟囱喷出的物质非常相似。

2012年，哈勃望远镜探测到了木卫二的南极上空同样存在类似的羽流，而且极大可能就是从海洋里喷出来的水。随后升空的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）进一步发现木卫二的羽流甚至可以喷到一万公里的高空，欧罗巴快船携带的表面尘埃分析仪（SUDA）将能够很方便地收集到大量羽流样本，从中寻找生命的痕迹。

除此之外，欧罗巴快船还携带了另外8台仪器设备，将会对木卫二的表面形状、温度、冰层厚度和化学元素分布等等方面进行非常详尽的探索。虽然NASA的官方发言人一直强调欧罗巴快船的主要目的并不是为了发现生命，而是为了探索生命起源可能的自然条件。但这些仪器仍然具备直接发现生命存在证据的可能性，SUDA就是其中最有可能爆出大新闻的设备。

这张概念图描绘了 NASA 的欧罗巴快船航天器，其太阳能电池板已完全展开，正在绕木星轨道运行。图片来源：NASA

即使没有发现生命的迹象，欧罗巴快船也会为人类探索生命起源的努力做出决定性的贡献，因为这就意味着生命起源绝不仅仅只需要液态水和岩石，还需要一些别的东西。

让我们拭目以待吧。

人类共同的心声

探寻生命起源是人类共同的心声，NASA非常希望把欧罗巴快船打造成一个属于全人类的科学项目，为此NASA模仿此前的先驱者号金属铭牌和旅行者号金唱片，为欧罗巴快船设计了一块直角三角形的金属板，上面携带了很多非常有意思的信息。

这块金属板是由金属钽制成的，厚1毫米，两个直角边分别为18厘米和28厘米长。这块金属板本身属于放射线防护罩的一部分，向外的那一面刻着用103种语言发出的“水”的声波图案，象征着这台探测器是从一个水世界向另一个充满水的星球带去的问候。

向内的一侧内容更多，包括一张木星系统示意图，以及美国著名天文学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）手写的德雷克公式，这组公式被认为是地外生命探索的理论基础。

这一面还刻画了一个被称为“水坑”（water hole）的示意图，画的是氢原子和羟基的频谱线。氢原子是H，羟基是OH，合起来就是水的分子式（H2O），象征着生命诞生的关键因素。除此之外，这个“水坑”还可以指宇宙背景噪音中那个比较安静的频段，大致位于氢原子的1420兆赫和羟基的1660~1666兆赫之间。科学家相信这个频段是外星人最有可能用来联系其他外星人的频段，所以这张图还象征着智慧生命在宇宙间相互联系的密码。

不过，这一面最有意思的部分是美国桂冠诗人艾达·李蒙（Ada Limón）手写的一首诗，这是专门为木卫二创作的，NASA公布诗作的当天还向全世界征集支持者签名，结果收到了超过260万个签名，NASA把这些名字刻在了一个芯片上，并把这块芯片镶嵌在了金属版上。

下面就是这首诗的英文原版，以及由ChatGPT翻译的中文版本：

《In Praise of Mystery: A Poem for Europa》

Arching under the night sky inky

with black expansiveness, we point

to the planets we know, we

pin quick wishes on stars. From earth,

we read the sky as if it is an unerring book

of the universe, expert and evident.

Still, there are mysteries below our sky:

the whale song, the songbird singing

its call in the bough of a wind-shaken tree.

We are creatures of constant awe,

curious at beauty, at leaf and blossom,

at grief and pleasure, sun and shadow.

And it is not darkness that unites us,

not the cold distance of space, but

the offering of water, each drop of rain,

each rivulet, each pulse, each vein.

O second moon, we, too, are made

of water, of vast and beckoning seas.

We, too, are made of wonders, of great

and ordinary loves, of small invisible worlds,

of a need to call out through the dark.

《赞美神秘：献给欧罗巴的诗》

在漆黑浩渺的夜空下弯曲延展，

我们指向那些我们熟知的行星，

在星星上迅速许下愿望。来自地球，

我们如同在阅读一本无误的宇宙之书，

专业而清晰。

然而，在我们天际下仍有许多神秘：

鲸鱼的歌声，风中摇曳的树枝上，

鸣唱的鸟儿发出它的呼唤。

我们是充满敬畏的生物，

对美景、对叶子与花朵、

对悲伤与快乐、阳光与阴影充满好奇。

但连接我们的不是黑暗，

不是太空那冰冷的距离，

而是水的馈赠，每一滴雨水，

每一条小溪，每一次脉动，每一条血管。

啊，第二颗月亮啊，我们也是由水构成，

由浩瀚且召唤着的海洋构成。

我们也是由奇迹构成，由伟大

而平凡的爱构成，由小而看不见的世界，

由在黑暗中呼唤的渴望构成。

结语

这块金属板的背面还印上了罗纳德·格里利（Ronald Greeley）的头像，他是美国地外行星探索项目的奠基者，也是欧罗巴快船项目的前负责人，可惜他已经于2011年去世了，享年72岁。太空研究领域有很多这样的人，他们为探索宇宙奥秘贡献了自己的一生，但却因为大部分项目的持续时间太长，没能看到结果就去世了。但我们不能忘记这些人的贡献，人类的知识宝库就是在这些人的努力下，一代一代地传承下来并发扬光大的。