5 欧罗巴的深渊
一个科普创作者必须把一样东西看作**，这样东西就是信源。对于科普创作而言，信源有广义和狭义两个概念。广义的信源就是信息的来源，我们在日常口语交流中一般都是指这个含义。而狭义的信源，也就是准确的概念，是指：数据、观点、事实的最初来源。注意，“最初”两个字很重要。如果较真的话，只要不是最初来源，都不能称为“信源”。当然，需要较真的场合并不是很多。
亲爱的读者，你们在听科普节目、观看科普视频、阅读科普文章的时候，最需要注意的也是信源。你首先要关注的是内容中有没有提到信源，假如没有提到信源，只告诉你故事和结论，那么就要存疑，不是说肯定有问题，而是不能无条件地相信。假如内容中提到了信源，那么你就要看这个信源是一手的还是二手的，然后再看这个信源的公信力及可靠度如何。
比如，这本书我们讲的都是与天文和太空探索有关的事情，那么，在这个领域，NASA就是最好的一手信源。当然，除了美国，各个国家的官方科研机构也都是很好的一手信源。只有来自这些机构的官方消息，或者这些科研机构发表在有影响力的国际顶级学术期刊上的论文，才最值得我们相信。一个不注重信源的科普人肯定是走不远的，我深知这一点，因此在这方面我从未放松对自己的要求。而我要努力做到的是，我讲述的故事素材都有可靠的信源。所以，我常常把我的文献助理牛牛小编往死里逼，逼她找到最可靠的一手信源。
好，开始这一章的科学故事。
太阳系中有一颗神奇的星球——欧罗巴（Europa），这颗星球最初叫木卫二。为了充分了解2016年9月26日NASA宣布的重大发现的意义，让我先带你简要回顾一下人们对这颗迷人星球的探索简史。
400多年前，伽利略把他自制的望远镜对准了木星，他发现有四颗明亮的小星星围绕着木星转。这四颗小星星是人类历史上首次在地球以外发现的行星卫星，木星的这四颗卫星就被后人称为伽利略卫星。根据它们绕行轨道距离木星的远近，被依次编号为一、二、三、四。不过后来天文学家发现木星的卫星远不止四颗，还有很多卫星夹在这四颗大卫星轨道的中间，但名字早就约定俗成了，所以也没法重新编号，一直沿用下来了。这四颗卫星每一颗都还有一个别名，其中第二颗被命名为Europa，欧罗巴，希腊神话中的腓尼基公主。
1977年，美国人发射了著名的旅行者1号和2号探测器。这两个探测器在1979年成功地近距离飞掠过木星，而且都成功地拍下了木星四颗卫星的快照。这是人类第一次看到欧罗巴的表面特征，尽管当时的旅行者号探测器携带的相机质量和今天的相差甚远，每两千米才能成一个像素。即便是这样，当天文学家们看到欧罗巴照片的时候还是震惊不已，因为他们此前从未看过外表是这样的星球，甚至连想象都没有想象过。欧罗巴的总体颜色竟然是迷人的白色！这个颜色本身就大大地出人意料，更有意思的是，白色的表面还布满了条纹，总体样子就像一个布满了裂缝的鸡蛋。
有经验的天文学家一看到欧罗巴的照片，马上就意识到这颗星球不同寻常。首先，这个颜色说明它极有可能是一个大冰球，不是水冰就是干冰。要知道，如果我们回到六七亿年前，从太空中看地球，地球基本上就是这个样子，那时候的地球也是个大冰球，表面完全被冰雪覆盖。更耐人寻味的是欧罗巴表面的这些条纹，它们更加令天文学家们浮想联翩，做出各种各样的猜测。
但旅行者号的任务很重，要拜访的星球很多，所以它拍了一张快照就与木星永别了。为了揭开木星系统，尤其是欧罗巴的众多谜团，NASA批准了伽利略号探测计划。1995年12月，飞了6年多的伽利略号（Galileo）探测器终于抵达木星轨道。这个探测器非常长寿，对木星系统进行了长达14年的详细观测，我们今天对木星系统的大多数知识都来自伽利略号探测器。
伽利略号详细考察了欧罗巴，一连串诱人的发现使得NASA将原计划的3次飞掠欧罗巴增加到了12次。欧罗巴没有让天文学家们失望，它是太阳系中最耀眼的明星之一，值得几代人为它献出青春。原因只有一个，欧罗巴有可能孕育生命。这个惊人的推测是如何得出的呢？让我给你讲一下伽利略号对欧罗巴的描述。
欧罗巴的体积是地球体积的1.5%，质量是地球质量的8‰，表面重力大约为地球的1%。但是，这么一个小个子蕴含的水量却是地球的两倍甚至更多。因为它其实是一个超级巨大的冰水混合球。最外层是一个薄厚不均的坚硬冰壳，最薄的地方可能还不到10千米，平均厚度在15—25千米。在冰层之下则是深达一万多米的液态海洋，而且很可能跟地球一样，是含盐的咸水。这是因为伽利略号发现了欧罗巴的感应磁场，最简单的解释就是，欧罗巴的液态海洋是导电的咸水。欧罗巴表面的条纹是裂缝和峭壁，这说明欧罗巴有活跃的板块活动，它的内心很可能是温暖的。
科学家们是如何确信欧罗巴十多千米厚的冰层下面是液态海洋的呢？证据当然不止一个，但其中有一个是最直观、也最具有说服力的证据。
伽利略号在欧罗巴的表面拍到了一个陨石坑，这个陨石坑的外形很特殊，与我们在月球或者其他岩石表面上看到的陨石坑有一个明显的区别：欧罗巴上的陨石坑的中心是凸起的。在用高速摄影机拍摄的、把物体扔入水中的画面里，你会发现，当一个物体掉入水中时，水坑的中心是会向上凸起的，与欧罗巴上的陨石坑的形态极为相似。(1)
这个陨石坑的形态被认为是欧罗巴厚冰模型的最佳证据。想象一下，一颗陨石猛地撞击到欧罗巴表面厚厚的冰层上，瞬时产生的高温融化了冰，形成了一个暂时的液态湖，在湖水的剧烈波动中，严寒又冻住了湖水，形成了这种独特的撞击坑形态。
为什么科学家们推测欧罗巴很可能孕育生命？就是因为欧罗巴有液态海洋，这是我们第一次在地球之外发现海洋，是一次划时代的重大发现。虽然这个海洋被厚厚的冰层覆盖着，没有一丝光亮，但别忘了，在地球一万米深的大洋深处，依然是一个生机勃勃的地方。既然地球可以在一万米深的海底孕育生命，别的星球为什么不可以呢？这个推测让一大拨天文学家激动难眠，寻找外星生命永远是NASA的第一推动力。
不过，激动之后，还是要回归理性。一个显而易见的问题让科学家伤透了脑筋——如何才能钻透至少几千米厚的冰层，到欧罗巴的海洋中去探索呢？要知道，哪怕是在地球上，一个几十人的小组带上全世界最精良的重型装备，要在南极钻入几千米深的冰层取样，也是一项极为艰巨的任务，更何况这是在距离地球五六亿千米的欧罗巴啊！要想一窥欧罗巴的海洋，真的是比登天还难。
然而，山重水复疑无路，柳暗花明又一村。令人万万没想到的是，一个科研小组利用哈勃太空望远镜在2014—2016年的重大发现，让欧罗巴海洋生命之谜的答案突然变得触手可及，这就是一开篇提到的那次吊足人胃口的新闻发布会。
2016年9月25日，星期天，NASA的官方推特上写道：“星期一，我们将宣布一个来自木卫二欧罗巴的新闻。剧透警告：不是关于外星人的。”
NASA以视频电话会议的形式召开了一次新闻发布会，代表官方的是四位科学家——NASA总部的天体物理学家保罗·赫兹（Paul Hertz）、天文学家威廉·斯帕克斯（William Sparks）、地球与大气科学家布兰妮·施密特（Britney Schmidt），以及在戈达德航天中心负责哈勃望远镜的科学家詹妮弗·怀斯曼（Jennifer Wiseman）。当然，参加这场新闻发布会的还有NASA邀请的各路媒体。新闻发布会持续了一个小时左右。
这就是我之前提到的第一手信源，虽然对这场新闻发布会的二手报道很多，但不同网站的报道几乎全部出自同一篇新闻稿。也就是说，如果最初这篇新闻稿有疏漏或者错误，那么你在所有新闻网站看到的新闻都是这样报道的，你还会以为这是互相印证所以是正确的呢。因此，科普文章是否用心，在很大程度上是看它选取的信源有多少是第一手的，有多少是第二手的。一般来说，第一手信源越多，文章的可信度就会越高。
回到这次的新闻发布会。首先是来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家威廉·斯帕克斯发言，他是这项研究的主要领导者。他开门见山地说道：“今天我们正在提出新的来自哈勃的证据，证明水蒸气羽流(2)从欧罗巴的冰面喷出。”他接着说道：“如果欧罗巴上出现了羽状物，肯定很重要，因为这意味着我们不必钻透一个无底洞就能探索欧罗巴的海洋，进而找到欧罗巴海洋中的有机化学物质，甚至生命的迹象。”
斯帕克斯说，他们找到了非常重要的证据，说明欧罗巴的表面有巨大的喷泉，这些喷泉形成的羽毛状痕迹甚至在遥远的地球都能看见。假如这个发现属实，那么最大的好消息就是，我们不必考虑在欧罗巴上钻探就能取到冰下海洋的水样了。说不定运气好，直接就能发现欧罗巴的海洋生命，光想想就令人激动。假如欧罗巴冰层下的大洋中有鱼，那么鱼很可能会顺着喷泉口给喷出来。最差的情况，我们也可以顺着喷泉口放一个探测器下去。总之，免去了冰上钻探这个艰巨的任务，显然可以让人类提前好几代揭开欧罗巴海洋之谜。
那么，科学家们到底发现了什么样的证据呢？
其实，早在2012年，一支由洛伦茨·罗斯（Lorenz Roth）博士领导的团队，就开始利用哈勃太空望远镜观测欧罗巴周围的光谱图像，结果，他们发现了氢气和氧气的光谱。于是，罗斯团队据此推断，欧罗巴有水汽喷出，因为这些水在电离作用下，分解成了氢气和氧气。正是罗斯团队的这个发现，激发了斯帕克斯的强烈兴趣。他从2014年开始，就陆陆续续地利用哈勃望远镜的紫外线成像功能，给欧罗巴拍快照。这话说起来容易，但真实的科学研究哪有那么简单？它跟普通人理解的拍照完全不是一个概念。
斯帕克斯的团队在一种被称为时间标记的模式中进行观察，他们需要记录图像中每个光子到达的位置和时间，然后从事件表中重建图像，其中包含了大约5000万个事件。他们还要为此开发专门的软件。这项工作耗去了两年时间，最终才得到了几张照片。但这几张照片可以证明欧罗巴的表面存在水蒸气羽流喷射。
需要特别说明的是，这些照片必须在欧罗巴从木星的表面掠过时拍摄。以木星为背景，才能有光从欧罗巴的背面射过来，否则，仅仅靠反射太阳光，我们不可能拍摄到欧罗巴的水蒸气羽流喷射。
那两组照片虽然都是用哈勃望远镜拍摄的，但是它们采用的方法完全不同，因此可以看成是独立研究的成果。从照片上可以看出，重要的证据几乎出现在相同的位置，也就是南极附近，这就是非常好的交叉证据。
不过，斯帕克斯在发言的最后，还是用谨慎的口吻说：“我们并没有声称已经证明了羽流的存在，而是提供了表明这种活动可能存在的证据，谢谢。”
实际上，从另外三位科学家的发言中，我们可以听出，这次发现的已经是非常扎实的证据了。NASA不轻易召开新闻发布会，凡是正式召开发布会的，那一般不会搞错。估计大家都跟我一样，很想知道哈勃太空望远镜能不能进一步分析羽流的光谱，从而分析出更多的化学成分。
很遗憾，其他科学家的发言可以很明确地证实，哈勃太空望远镜的能力有限，只能到这一步了，无法给出更多我们想知道的东西。好消息是，取代哈勃太空望远镜的下一代太空望远镜，也就是詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb space telescope, JWST），将有能力告诉我们欧罗巴表面喷出的水汽中都有些什么。但坏消息是，詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射日期不断推迟。我几乎每年都会看到消息说有望在明年发射，但最新的说法还是“有望在明年发射”。
关于欧罗巴喷出的羽流，目前能够掌握的信息还很有限。首先，我们知道这种喷流是一种间歇泉，它喷发的地点和时间似乎是随机的，至少我们目前还没有找到规律。然后，关于它喷出的水量，我们只能说，目前观察到的喷发量是每秒钟能喷出5—7吨水，也就是说8分钟就可以把一个奥运会标准游泳池的水喷完，这个量相当惊人。但这并不意味着所有的间歇泉都有这个规模，我们隔了那么远，当然是规模越大的间歇泉越容易被我们观察到。说不定在欧罗巴上遍布着大小不一的间歇泉，也说不定就像火山一样，要么不喷，一喷就惊天动地，对此我们一无所知。
除了这些，对于欧罗巴的喷流，目前没有更多的信息了。尽管各路媒体刨根问底，问了很多问题，希望能从科学家嘴里多挖点料出来，但NASA的科学家们态度都很严谨，没有证据的事情一概不会乱说，用词都很谨慎小心。
但是，我还是在科学家回答媒体的提问中得知了一个非常好的消息。NASA正在实施一项名为“欧罗巴计划”的工程，目的是建造一个探测器，专门用于飞掠欧罗巴喷射出的羽流，采集羽流的样本，从而揭开欧罗巴冰下海洋的秘密。
到这里，欧罗巴的探索故事就讲完了，但故事还没有结局，只要人类文明还生生不息，那么所有的太空探索故事都是正在进行时。
欧罗巴的冰下海洋确实是人类发现的第一个地球以外的海洋，但不是唯一的。你可能不知道，欧罗巴的水蒸气羽流也不是NASA宣布的第一个外星球上的水蒸气羽流，欧罗巴一直在和另外一颗星球竞争“最适合外星生命发生地”的头衔，它们你追我赶，都拥有大批的支持者，截至今天，欧罗巴反而还稍逊一筹。
知道欧罗巴的对手是谁吗？下一章告诉你。
知识专题1：生命指征物质
O2氧气
氧在自然界中的分布十分广泛，占地壳质量的48.6%，是丰度最高的元素。在动物呼吸、燃烧、有机物的腐败等一切氧化过程中都有氧气参与。除了稀有气体、活性小的金属元素（如金、铂、银），大部分元素都能和氧发生反应，这种反应就是氧化反应，经反应产生的物质被称为氧化物。
氧气有三种形态：
·液态：液氧呈天蓝色
·固态：固氧是蓝色晶体
·气态：气态氧无色无味
氧气是人类生存不可缺少的物质，但是过度吸入氧气会引起中毒，严重的会引发肺炎，最终导致呼吸衰竭，窒息而死。在一个大气压的纯氧环境中，人只能存活24个小时。在两个大气压的高压纯氧环境中，人最多只能停留2个小时，否则会引起脑中毒、精神错乱、记忆丧失。
H2O水
水是太阳系中最常见的物质之一，水分子也是地球表面最多的分子，有气态、液态和固态三种形态，常说的水通常指液态水。地球总含水量达13.86亿立方千米，其中只有2.53%是淡水：
·68.69%是固体冰川，约2409万立方千米
·30.06%是地下水，约1054万立方千米
·0.3%是河流水、淡水湖泊水以及浅层地下水，约11万立方千米
·0.04%是大气水，约1.4万立方千米
·0.91%是其他淡水水体，约31.9万立方千米
在太阳系中，月球、木星、土星、天王星、火星、水星、海王星、冥王星、泰坦（土卫六）、恩克拉多斯（土卫二）和欧罗巴（木卫二）都含有固态水（冰），其中恩克拉多斯（土卫二）和欧罗巴（木卫二）已被证实含有液态水。
水是万能溶剂，尤其适合溶解生命世界中的许多物质并促使它们反应，如果没有液态水，与地球生命类似的生命体将无法进化，生命体中存在大量的水，在所有细胞中，水占70%—85%。
·水易于流动和溶解，因此可以溶解营养素、激素和代谢产物，促进人体细胞的循环
·水蒸发能带走热量，使人体降温
·水的比热容很高，不容易升温和降温，能稳定生物体的温度
CH4甲烷
甲烷，俗称瓦斯，是最简单的有机物，是地球上的天然气、沼气和矿井中坑气的主要成分。甲烷也是含碳量最小、含氢量最大的烃。
在地球上，95%以上的甲烷都是由生命产生的，比如：
·有机废物的分解产生
·天然源头（如沼泽）产生，占23%
·从化石燃料中提取，占20%
·动物（如牛）的消化过程中产生，占17%
·稻田中的细菌产生，占12%
·在缺氧条件下加热或燃烧生物物质也会产生
植物和落叶都能产生甲烷，而且其生成量会随着温度和日照条件变化，活体植物产生的甲烷是腐烂植物产生的10—100倍。虽说甲烷并不是只能靠生命参与产生，其他无机化学反应也能产生甲烷，但产生的效率远远没有微生物的效率高。
(1)如果你没有看过这种奇妙的景象，可以到“科学有故事”的微信公众号中回复关键词“高速摄影”，就可以看到在高速摄影镜头中，物体和水是如何互动的，非常好看。
(2)羽流（plume）：流体力学专业用语，指一柱流体在另一种流体中移动。