木卫二冰壳雷达揭示隐藏海洋线索

木卫二：冰封星球下的海洋之谜

长期以来，木星的卫星木卫二（欧罗巴）被天体生物学家视为寻找地外生命的高价值目标。这颗比地球月球略小的卫星，拥有一个巨大的地下液态水海洋，科学家估计其水量可能是地球所有海洋总水量的两倍。在地球上，水意味着生命，因此科学家急于通过各种手段探索木卫二，以判断它是否可能孕育我们所知甚至未知的生命形式。自从2003年NASA的伽利略号探测器对木卫二进行深度探测后，科学家不得不依赖其他方法来研究这颗小卫星，其中包括使用地基仪器来研究木卫二的冰面。

历时13年的雷达观测

一项在近期美国天文学会第248届会议上提出的研究报告，详细描述了这项创新性的研究。研究人员利用NASA的戈德斯通太阳系雷达（Goldstone Solar System Radar）与美国国家科学基金会绿岸望远镜（Green Bank Telescope, GBT）的组合，开展了从2011年至2024年长达13年的观测。研究的核心目标，是探究木卫二冰面如何反射雷达信号，以填补长达数十年的知识空白——上一次类似的研究还要追溯到1987年至1991年，当时使用的是戈德斯通雷达与阿雷西博天文台的组合。

惊人的雷达反照率与镜面反射

最终，研究人员发现木卫二表面的雷达亮度（即雷达反照率）远高于太阳系其他天体。这一发现与1987-1991年的研究结果高度吻合。更令人惊讶的是，木卫二的冰面表现得更像一面镜子，而不是通常观察到的其他太阳系天体表面的漫反射表面。这项研究还证实了一种被称为“相干后向散射效应”（Coherent Backscatter Opposition Effect, CBOE）的光学与雷达现象的存在。该效应解释了为什么木卫二以及其他伽利略卫星——特别是木卫三（盖尼米得）和木卫四（卡利斯托）——的表面比其它太阳系天体更亮。当雷达信号穿过纯净的水冰时，CBOE能够产生极高的雷达反射信号，这进一步增加了这三颗卫星都拥有液态水地下海洋的证据。

地基雷达的优越性与未来应用

这项研究也展示了利用地基仪器研究如此遥远天体所具有的精确性和高效性。绿岸天文台的科学家、该研究的合著者Will Armentrout博士表示：“未来的行星科学和太空飞行任务，比如NASA的欧罗巴快帆任务，都可以从这种雷达科学中受益。随着绿岸望远镜雷达能力的不断进化，以及正在开发的新技术，我们期待为科学界提供更强大的雷达能力。” 目前，NASA的欧罗巴快帆任务正处于前往木卫二的巡航阶段，预计于2030年4月抵达，并于2031年春季开始围绕木卫二进行科学探测，计划进行近50次近距离飞掠。

历史回顾与科学意义

木卫二由伽利略·伽利雷于1610年发现，先后被旅行者号和伽利略号探测器近距离观测。直到1995年，伽利略号探测器才通过磁力计数据，确认了木卫二地下液态水海洋的存在。这项全新的雷达研究，不仅验证了早期的发现，还提供了关于木卫二冰层物理特性的新见解，为即将抵达的欧罗巴快帆探测器提供了至关重要的背景信息。

关键概念解析

• 雷达反照率：指表面反射雷达辐射的能力。木卫二异常高的反照率表明其冰层非常纯净。
• 相干后向散射效应（CBOE）：当电磁波（如雷达波）穿过含有微小散射体的介质（如纯净冰层）时，会发生一种干涉效应，导致在特定方向上反射强度异常增强。
• 镜面反射：与漫反射不同，镜面反射意味着表面极其平滑，能将雷达波束像镜子一样集中反射回接收器，这在地质学上可能预示着特定冰层结构。

这项研究最终不仅确认了木卫二冰层的独特雷达散射特性，也为人类最终揭开这颗冰冷卫星的秘密铺平了道路。

原标题：Europa's ice shell secrets unlocked by ground radar study。 来源：phys.org。

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