“伽利略卫星”的“热源之谜”

张唯诚

在太阳系中，由于火星离地球较近，又很有可能存在流水和生命的迹象，人类便对火星探索倾注了最大的热情，但火星并非是太阳系中仅有的“生命星球”。离开火星，穿过一条小行星带，便进入到太阳系中寒冷而幽暗的地带，那里有一个庞然大物——太阳系中最大的行星，它就是木星。

木星是一颗巨大的气体行星，人类并没有太大的兴趣在这颗星球上寻找生命迹象。但在它的周围，4颗巨大的卫星却非常引人注目。1610年1月7日，伽利略将望远镜对准了木星。在木星旁边，他看到了3个亮点，过了几天，他发现了第4个。这4个亮点就是人类发现的第一批木星卫星，也是木星最大的4颗卫星，它们按照距离木星由近到远的顺序，分别以希腊神话中诸神的名字被命名为艾奥、欧罗巴、盖尼米得和卡利斯托，即木卫一、木卫二、木卫三和木卫四。由于这4颗卫星是伽利略发现的，人们便称之为“伽利略卫星”。据一项最新的分析显示，“伽利略卫星”非常特别，它们除了能借助潮汐波从木星那里获取能量外，还能“相互取暖”，利用运行时彼此间的引力进行内部摩擦，获取热能，大大增加了这些星球上存活生命的几率。

木卫二的表面很像地球上冰冻的海面。

木星系的“活跃星球”

20世纪70年代初至80年代末，人类开始了大规模的木星探测活动。美国先后发射了“先驱者10号”、“先驱者11号”、“旅行者1号”和“旅行者2号”4个探测器，对木星系统进行考察。

1989年10月18日，美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机将一个名为“伽利略号”的探测器送入太空，专门用于探测木星和它的卫星。1995年12月7日，“伽利略号”探测器进入木星轨道绕木星飞行，并飞临木星的几颗卫星进行了近距离探测。至此，人类更加深入地了解了“伽利略卫星”。

在“伽利略卫星”中，木卫一距离木星最近。它的颜色鲜艳，是一个“火山王国”，其喷出的熔岩物质是地球火山喷出物的100倍。与它相邻的木卫二却是一个冰冻世界，表面陨石坑很少，并且长年覆盖光洁平整的冰层，部分区域很像地球上的冰冻海洋。木卫三和木卫四都是卫星中的大个子，其中木卫三是太阳系中最大的卫星，体积是火星的3/4，比水星还要大一些。据初步探测结果表明，这2颗卫星的冰层下也可能隐藏着液态的咸水。

令人疑惑的是，“伽利略卫星”远离太阳，那么这些小星球是如何保持足够的温暖，并使内部物质呈液态的呢？对于这个问题，科学家们已有了一个基本共识，他们把原因归咎于卫星的行星宿主——木星。在轨道上运行时，这颗巨行星的质量产生了由引力导致的拉扯力或潮汐力，这对卫星形成了拉伸和挤压，进而导致星球内部物质因摩擦产生了热量。因此，木卫一的内部呈熔融状态，热流冲出地表，造成了蔚为壮观的火山喷发，促使紧邻木卫一的其他3颗“伽利略卫星”的内部温度也升高，从而使冰壳下的海水保持液态。

“共振”之下热流涌动

但很少有人认真考虑过卫星间的引力挤压。对此，美国宇航局喷气推进实验室的行星科学家哈米什·海伊解释道：“这是因为这些卫星比木星小得多，你会认为基本上木卫一对木卫二产生的潮汐力是如此之小，乃至于根本不值得去考虑。”

为了研究“伽利略卫星”之间的引力挤压，海伊与亚利桑那大学的2位行星科学家一起计算了木卫潮汐力对彼此内部“海洋”作用力的大小。他们发现，潮汐的重要性取决于海洋的深度。假若海洋规模合适，邻近的卫星就能以合适的频率相互推拉潮汐波，产生共振。当进入到一种共振状态时，潮汐波就会变得更大，这类似于在秋千上摆动双腿，或用整齐的步伐晃动一座桥。

木卫一距离木星非常近，所以，它承受着木星的强大潮汐力。不仅如此，木卫二和木卫三也对木卫一形成了一种交互性的引力关系：木卫一的公转周期是木卫二的2倍，而木卫二的公转周期又是木卫三的2倍，由此产生的潮汐波使木卫一时而延长时而缩短，内部在伸缩运动中产生摩擦，摩擦孕育了热能，导致星体内的物质被熔化，并从地表喷涌而出，形成了蔚为壮观的火山喷发。

寻找宇宙生命的几率增加

研究小组发现，木卫二对木卫一的这种影响最大。尽管木卫二远离太阳，表面极为寒冷，但木星和木卫一的巨大潮汐力使木卫二的内部温度升高，从而释放热量使海水保持液态。

那么，木卫三和木卫四的情况又如何呢？它們个头巨大，对木卫一和木卫二的影响也是明显的，同时，它们在这种引力关系中产生了内部活力。“伽利略号”的探测表明，木卫三的冰层下也可能隐藏着水温在-55℃左右的液态咸水，所处位置比木卫二深得多。由于卫星内部的高压，这个液态水层并没有结冰。液体水是生命存在的重要条件，因此木卫三也被人们作为寻找外星生命的一个目标。

木卫四的个头仅比木卫三小一点，表面都是环形山，其地表之下可能隐藏着一个含盐的海洋。但木卫四的内部海洋深处充满了密集冰块和岩石，这阻止了热能的流动，所以木卫四上存在生命的可能性十分渺茫了。

目前，人们把在木星系统中寻找生命迹象的目标主要锁定在木卫二上，一些进入木卫二冰层之下的探索计划也正在酝酿之中。而“伽利略卫星”之间的“相互温暖”现象表明：一些星球有能力依靠自身的运行产生热能，不一定要依赖恒星，这又大大增加了人类在宇宙中发现生命的几率。

木星的4颗大卫星被称为“伽利略卫星”，是人类用望远镜发现的首批卫星。