木卫二：远征路上的水基地

■ 孙天锡

木卫二是木星的第六颗已知卫星，论大小它是老四，其表面物质为水冰。木卫二与木卫一一样，都是岩质星球，而且它们的主要化学组分亦大体一致，都是由硅酸盐岩石构成，只是木卫二只有一层薄薄的冰的外壳（资料表明，其表面冰层的厚度不超过150千米）。从“伽利略”号传回的资料表明，木卫二内部拥有层状结构，很可能其小小的内核是熔融的。

木卫二的表面完全不像内太阳系中任何一颗星球的表面。它是几乎绝对光滑的，只在极少的地方高出水平面几百米。木卫二上很少能看到陨石坑，到目前为止，直径大于5000米的陨石坑只发现了三个。这些事实表明木卫二表面的冰层十分年轻，可能只有3000万年的历史。

有裂谷的卫星亦有水

与我们的月球一样，在木星的许多卫星上，陨石坑也很多。那么，木卫二上的陨石坑为什么那么少呢？是否正是因为其内部的某种构造活动“抹去了”大部分陨石坑呢？当然，还有其他的一些说法，譬如：氨或者甲烷的升华物侵蚀掉了木卫二的大部分地形。此外，木卫二表面那犬牙交错的裂隙亦表明木卫二内部一定存在活跃的地质构造运动，其证据相当确凿：

1.冰板块。尽管人类尚未登陆木卫二，但我们从“伽利略”号发回的图像中，已能看出那里存在着某些活动的迹象：小块的冰壳就像冰筏漂浮在无形的海洋上，有的倾斜翘起，有的原地旋转；暗色的冰条和岩石条带看起来是从某一个扩张脊向外扩张的。这些暗色条带就像七巧板一样拼合在一起，从而隔出了若干跨度达几百千米的、冰的板块。美国航空航天局总部的道格拉斯·伊斯贝尔和加州帕萨迪纳喷射推进实验室的富兰克林·奥唐奈认为，恰恰是木卫二上那些冰火山的喷冰和构造板块的折腾，重整了木卫二凌乱的表面。

伽利略影像组成员、亚利桑纳大学的罗纳德·格里利博士明确指出：“木卫二冰壳处处体现出各种板块构造运动交叠的迹象，在许多地区，我们看到冰壳曾以扩张的形式被拉开过，就如同地球的海底正在发生的那样。”

2.软流圈。探测器图像表明，木卫二表面那些庞大的冰板块显然正在断开并互相分离着，有的翘起，有的旋转。假如木卫二的冰板块也是漂浮在水面上的话，这种运动的最早方式也许就像地球极地的浮冰块那样。如果那些七巧板似的碎块能如此巧妙地拼合在一起，其边缘又能如此吻合，那它下面一定是或曾经是液体，或者至少是半黏性状态的冰，就如同地球上的软流圈一样。

3.岛弧。木卫二表面有不少弧形脊，类似地球上一个岩石圈板块向另一个岩石圈板块俯冲时形成的岛弧。这就暗示，木卫二的弧形脊可能是压性的。

4.裂谷。伽利略影像组成员、亚利桑纳大学的罗伯特·苏里文博士指出，木卫二的表面被十分复杂的脊岭系统交叉覆盖着。他说：“无论从什么角度来看，木卫二的脊岭都是很明显的。而双脊这种形式则是最常见的。”

5.应力场。在重力场作用下，木卫二受制于木星及其其他卫星的不同方向的引力拖曳。在木星的每一天里，木卫二被动地交替引张和压缩。然而，木卫二外壳又是刚性的，这种伸缩最终导致其外壳破裂。这一过程缓慢而持久，并可导致冰火山和间隙泉的喷发。而我们的地球在转动时，其板块则主要承受着经向力与重力的合力在水平面南北方向上分力的挤压。至此，木卫二的板块构造已能与地球的相类比（见下面的表格）：

地球与木卫二的板块构造

木卫二上存在裂谷，存在板块运动，那么，它上面能有水存在吗？回答大多是肯定的。有科学家认为，木卫二反复伸缩所产生的热量足以融化很深的冰层，造就了地表下的湖泊或海洋。

不少科学家相信，木卫二的冰壳下存在着液态海洋，并可能深达100千米！亚利桑纳大学的科学家认为，除非在冰壳下存在着液态海洋，否则就无法用任何机制来解释下述被称为“弯曲”的现象：

“弯曲”表现为一串弧形裂隙，就像平面上的波浪。“弯曲构造”在整个太阳系中是很独特的，是由“航海者”号于1979年发现的，之后则由“伽利略”号负责对此特殊现象的研究。

负责该研究的亚利桑纳大学博士格雷戈里·H.霍帕认为，由于木卫二轨道受到比它大的另两颗卫星——木卫一和木卫三的影响而变得有点古怪，使得它与木星之间的距离忽近忽远。这就导致那个假设的地下海洋产生潮汐，忽涨忽落。经过计算，这种潮汐的涨落可达30米之多，从而可导致木卫二冰壳的“弯曲”现象。

当这种潮汐应力超过冰壳的抗拉强度时，裂隙就产生了。这种裂隙沿着波状曲线在木卫二表面延伸，直到潮汐应力逐渐减弱到小于冰壳的抗拉强度。“弯曲构造”上的每一段弧长约200千米，要形成它只需3.5天，正好等于木卫二沿木星的轨道周期。格雷戈里·H.霍帕很风趣地说：“你大概可以跟得上它们的裂开速度，它们延伸到哪儿，你可以开车跟到哪儿。此外，由于那儿没有足够的空气来传播声音，所以你只能依靠感觉到的振动来观察它的裂开。”木卫二在其冰壳下到底有没有液态海洋，最终的答案可能要再等些时间。美国航空航天局曾计划在2003年再做一次木卫二的轨道探测，包括使用穿透冰壳的雷达、使用机器人探测器来探测冰壳下到底有没有海洋。但可惜的是，我们并没有看到下文。

值得指出的是，木卫二的大气层中还有分子氧。这一结论是由巴尔的摩约翰斯·霍普金斯大学和太空探测科学院的研究联队共同得出的，已发表在《自然》杂志上。

工程所在地区基准路面结构温度调整系数为0.92，计算得到温度调整系数kT2为0.94。对于无机结合料稳定粒料，疲劳开裂模型参数a＝13.24，b＝12.52。弯拉强度为1.8MPa。

在已得到研究的太阳系61颗卫星中，除木卫二外，还有3颗卫星存在大气层：木星的木卫一、土星最大的卫星土卫六以及海王星最大的卫星海卫一。

约翰斯·霍普金斯大学的首席研究员多伊尔·霍尔指出：“木卫二的氧气是那样稀薄，以至于其表面压力只相当于地球的1/107。假如将木卫二所有的氧气放在地球大气压力下压缩的话，最多只能灌注12个休斯敦航天舱。哈勃太空望远镜在如此远的距离竟能逮住如此稀薄的气体痕迹，实在是令人惊叹！”

与地球上21%含量的氧气不一样，木卫二氧气的成因主要是非生物的。木卫二冰壳暴露于太阳光下，并受到带电粒子和带电尘埃的撞击，所有这一切使得冰壳表面产生水蒸气和水分子的气体状碎片。一旦这些气体状水分子形成，一系列化学反应也就随之产生，并最终形成氢、氧分子。相对轻的氢逃逸至太空，较重的氧留了下来，形成了200千米厚的大气层。

有了水体，有了分子氧，那么生命呢？有人警告说，不要把木卫二上发现的稀薄氧气曲解为生命的证据。木卫二距离太阳太遥远了（7.8亿千米），以至于其表面温度竟然冷到－145℃，因此，不可能支持生命系统。

但仍然有人认为：“地球生命的三大必备条件，木卫二好像都具备。木卫二存在水冰是明显的，太阳系普遍存在有机物也是一种常识，最大问题是如何评价产生于木卫二内部的热。图像表明，木卫二冰板块的运动已证明木卫二有足够的热能。”美国模拟实验亦得出结论，当太空陨石撞击木卫二时，有可能产生放电现象，所产生的电流及火花能够为复杂有机物的产生创造条件。

人类远征路上的补水基地

地球人类要开始远征，绝不会向着太阳进发，总不能“飞蛾扑火”吧？人类的远征路途只能背着太阳，沿着火星→木星→土星→天王星→海王星→冥王星这样的路线，因此，木卫二是必经之地。

木卫二与地球的直线距离大约为6.84亿千米。我们到达木卫二需要多长时间呢？

太空飞船的速度问题一直是个十分严肃的问题。首先，要把一艘飞船加速到接近光速需要消耗极大的能量；其次，飞船以这样高的速度飞行，不管碰到什么东西，都会造成巨大损害。就拿以1/10光速飞行的飞船为例，如果碰上一粒沙子，其效果就相当于引爆1吨T N T炸药！于是，美国科罗拉多州鲍尔航空航天技术公司的基尔斯顿教授提出了他的方案：以光速的1/500，也即每小时80.78万千米的速度进行航天为最佳。

假如他的观点是正确的，而且能够实施的话，那么，要到达6.84亿千米之外的木卫二，路上大约只需要846小时，即35.25天！

然而，人类的飞船目前还远远达不到这种速度。火星比木卫二要近得多，从地球飞到火星目前就需半年时间。我们不妨据此来推算一下人类飞船目前的实际速度：

地球与火星的距离是有变化的，其范围为5570万～12000万千米。为了推算方便，取其平均距离8785万千米。这段距离既然需要半年的时间，那么，人类飞船目前的实际速度约为20000千米/时。显然，这20000千米/时的实际速度根本就不能与基尔斯顿提出的80.78万千米/时的最佳速度相比，还差得远呢！

现实一点，如以20000千米/时的实际速度来测算，那么，我们从地球飞到木卫二的时间约为3.9年。看来，一路上一点补给的水都没有，却要飞行将近4年，这无论如何是一种灾难。虽然用于航天器运转的燃料电池工作的副产品之一就是水，但航天器上的氢与氧能够维持更长时间的宇航需要吗？我们为什么不充分利用木卫二表面如此丰富的水冰来制造更多的氢、氧，以补给星际远征的需要呢？