木卫二冰下海洋：通往深海的“捷径”可能比想象中更艰难

引言

木卫二（Europa）是木星四颗伽利略卫星之一，其冰壳之下隐藏着一个全球性的液态水海洋。这一发现使木卫二成为太阳系内最有可能存在地外生命的天体之一。然而，最新研究指出，要触及这片深海可能比科学家此前设想的要困难得多。

长期以来，科学家推测木卫二冰壳中可能存在裂缝或裂隙，让深层海洋的水能够向上涌出，在冰壳浅层形成液态水储层。这些浅层储水层如果存在，将比深埋数十公里的海洋更容易被未来的探测器探测或采样。因此，它们被视为研究木卫二宜居性的“捷径”。

但罗格斯大学（Rutgers University）地球与行星科学系副教授Lujendra Ojha领导的团队对此提出了质疑。他们的研究成果于2026年7月24日发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上，通过计算机模拟检验了水从深海上升至浅层的物理可行性。

此前许多模型将水在冰裂缝中的运动视为相对平稳的层流。但Ojha团队认为，这种假设忽略了关键物理过程——湍流。当水在狭窄裂缝中快速上升时，会形成左右、上下翻滚的涡旋运动。这种湍流使水与冰冷的裂缝壁充分混合，导致热量迅速散失到周围的冰中。

研究团队构建了二维数值模型，模拟水在裂缝（地质学上称为“岩脉”，dyke）中的湍流流动，并考虑了水的过冷现象——即水温降至冰点以下仍保持液态。在过冷状态下，水中会形成微小的冰晶（称为“冰屑”，frazil ice），这些冰晶会逐渐堆积并堵塞通道。

模拟结果显示，狭窄的裂缝（宽度仅数厘米至数米）在数小时内就会因冰晶堵塞而完全闭合。即使裂缝宽度较大，湍流导致的快速冷却也使水无法持续上升。要让足够的水量到达浅层并形成观测到的地表特征（如双脊、透镜状构造），需要的裂缝长度或数量远超现实可能。

“我们的工作表明，木卫二的冰壳可能是海洋与地表之间比预想更坚固的屏障。”Ojha说。这意味着，如果未来探测器在浅层发现液态水，这些水很可能并非来自深海，而是由冰壳内部的局部热源（如潮汐摩擦或放射性衰变）融化冰层形成的。

这一发现恰逢两大木星探测任务即将抵达。NASA的“欧罗巴快船”（Europa Clipper）于2024年10月发射，预计2030年4月进入木星轨道，将对木卫二进行49次近距离飞越。欧洲空间局的“木星冰月探测器”（JUICE）于2023年4月发射，预计2031年7月抵达木星。

“欧罗巴快船”搭载的探冰雷达将能够探测冰壳内部结构，帮助判断浅层储水层是否存在及其分布。但根据新研究，即使雷达发现浅层液态水信号，也不能直接证明其与深海连通。科学家需要结合其他数据（如表面成分、热异常）来区分水的来源。

木卫二的深海仍然是太阳系中最有希望找到生命的环境之一，但通往它的道路比想象中更曲折。Ojha团队的研究提醒我们，冰壳可能并非简单的“传送带”，而是一个复杂的过滤器。未来任务需要更精细的观测和采样策略，才能解开木卫二冰下世界的真正奥秘。

研究论文：Lujendra Ojha et al., Limited direct fluid exchange between the deep subsurface ocean and the shallow subsurface environment of Europa, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02918-2
期刊信息：Nature Astronomy
提供机构：罗格斯大学

原标题：Why Europa's hidden ocean may be more difficult to reach than scientists thought。来源：phys.org。