美国犹他州东部有一片干燥的荒漠,黄沙、红岩、烈日,怎么看都和“海洋”两个字搭不上边。但就在这片荒漠里,地面上有两个不起眼的泉眼,常年往外冒着带气泡的水,喷得高的时候能蹿出好几米。水是凉的,泡泡是二氧化碳,喝一口大概和没加糖的苏打水差不多。当地人给它们起了个名字:汽水间歇泉。
科学家对这两股冷泉产生了浓厚的兴趣,但他们关心的不是口感,而是几亿公里之外土星的卫星土卫二,以及木星的卫星木卫二。
这两颗卫星的冰壳之下,藏着液态海洋。而更让人兴奋的是,这些海洋偶尔会“打喷嚏”。土卫二的南极曾被卡西尼号探测器拍到大规模的羽流喷发,冰粒和气体从地壳裂缝中喷涌而出,直冲太空。木卫二表面也发现了富含二氧化碳的沉积物,暗示那里也可能有类似的喷发。
这些羽流是科学家梦寐以求的样本窗口。外星海洋深埋在几十公里厚的冰层下面,我们没法凿开冰盖去取水,但如果海洋自己把东西喷出来了,一艘飞船只需要飞过去“张嘴接住”就行。分析羽流里的成分,就有可能判断冰层下的海洋是否具备孕育生命的条件。
但有个棘手的问题:喷出来的东西,能代表海洋里的原貌吗?
海水从地下深处一路向上,穿过岩层或冰层的裂缝,经历压力骤降、温度变化、与周围物质的化学反应,最后以羽流的形式喷射到真空环境中。这一路折腾下来,成分难免会发生变化。如果我们天真地把羽流成分等同于海洋成分,结论很可能会跑偏。
这就是犹他州那两股汽水泉派上用场的地方。
行星科学研究所的高级科学家摩根·凯布尔带着团队,2024年跑到犹他州的绿河镇,找到了水晶间歇泉和香槟间歇泉这两个天然实验场。它们的驱动机制和冰卫星上的羽流惊人地相似:都是二氧化碳溶解在水中,在压力释放时猛烈膨胀,把水推出地表。区别只是一个发生在沙漠里,一个发生在零下一百多度的冰壳上。
团队在泉眼旁摆上黑色塑料收集箱,接住喷出来的水,然后拿去做化学分析和生物分析。同时,他们也采集了地下蓄水层中未经喷发的水样作为对照。
结果很有意思,也很重要。
首先,喷出来的水和地下水确实不一样。比如酸碱度(pH值,衡量一种液体是偏酸还是偏碱的指标)就存在明显差异。这意味着,未来探测器分析木卫二或土卫二的羽流时,不能简单地把数据等号替换成海洋的真实状态,中间需要一个"翻译"过程。
其次,好消息是:喷发确实能把深层物质带上来。和未经喷发的浅层水相比,间歇泉喷出的水在成分上更接近深层蓄水层的特征。这对外星探测意义重大:如果冰卫星上的羽流也遵循同样的规律,那么我们通过飞掠羽流获取的样本,确实有机会触及那片深藏的海洋。
第三,泉眼的大小和喷发的强度都会影响结果。喷得越猛、出水量越大的泉眼,带上来的深层物质越多,信号越强。团队据此建议:未来的探测任务应该优先瞄准大型喷口或高通量区域取样;如果条件允许,最好同时采集多个不同规模喷口的样本,这样有可能拼出地下蓄水层不同深度的“剖面图”。
这些发现来得正是时候。NASA的欧罗巴快帆号将于2030年抵达木卫二,欧空局的木星冰月探测器紧随其后,2031年到达。两个探测器都计划测量羽流中的气体和颗粒成分,如果木卫二在那时配合“打喷嚏”的话。犹他州荒漠里积累的数据,将直接帮助科学家校准对这些珍贵数据的解读,避免把噪音当成信号,或者把信号当成噪音。
凯布尔团队在论文中坦率地承认,地球上没有任何地方能完美模拟外星冰月的喷发环境。但犹他州的汽水间歇泉至少提供了一条重要的基准线:在二氧化碳驱动的喷发系统中,从地下到地表,物质成分会怎样变化、变化多少、哪些生命宜居性指标能挺过这段旅程被仪器捕捉到。
所以,当2030年欧罗巴快帆号掠过木卫二的冰原上空,张开仪器去品尝那些来自外星海洋的“汽水”时,科学家已经知道该怎么读懂它在说什么了 ——因为他们在犹他州的沙漠里练过了。
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图源 / 信源:Morgan L. Cable et al, Cold-Water CO2Geysers as Ocean World Plume Analogs: Investigation of Habitability Indicators in Crystal and Champagne Geysers Pre- and Posteruption, Astrobiology (2026). DOI: 10.1177/15311074261416868
