木星的衛星歐羅巴是我們太陽系中生命的主要候選者，幾十年來，科學家們一直為它的深層鹽水海洋而著迷。然而它被包裹在一個可能有幾英里到幾十英里厚的冰殼中，這使得取樣成為一項困難的任務。越來越多的證據表明，冰殼與其說是一個屏障，不如說是一個動態系統–它本身就是一個具有潛在居住能力的天體生物學場所。

捕捉到格陵蘭島“雙脊”特徵形成的穿冰雷達觀測表明，歐羅巴的冰殼在表面常見的類似特徵下可能有大量的水袋。這些發現於當地時間4月19日發表在《自然通訊》上，對於探測這個木衛二衛星外部的潛在宜居環境可能具有說服力。

“由於它更接近表面，在那裡你可以從太空、其他衛星和木衛二的火山中獲得有趣的化學物質，如果外殼中存在水袋就有可能出現生命的機會，”這項研究的論文第一作者、斯坦福大學地球、能源和環境科學學院地球物理學副教授Dustin Schroeder說道，“如果我們在格陵蘭島看到的機制是這些事情在木衛二上發生的方式，這表明到處都有水。”

一個地球上的類似物

在地球上，研究人員使用機載地球物理儀器分析極地地區以了解冰原的增長和退縮如何影響海平面上升。該研究區域的大部分發生在陸地上，在那裡，冰原的流動受制於復雜的水文學–如動態的冰川下湖、表面融化池和季節性的排水管道–這帶來了海平面預測的不確定性。

由於陸地上的次表層跟歐羅巴的液態水次表層海洋相當不同，所以當實驗室小組在介紹歐羅巴時，研究的共同作者們驚訝地註意到，在冰冷衛星上形成的條紋看起來跟格陵蘭島冰原表面的一個小特徵極為相似，而該小組已經詳細研究過這個冰原。

Schroeder說道：“當我們看到這些微小的雙脊時，我們正在研究跟氣候變化及其對格陵蘭島表面的影響完全不同的東西–而且我們能夠看到這些脊從’未形成’到’形成’。”

經過進一步檢查，他們發現格陵蘭島上被稱為雙脊的“M”形山峰可能是歐羅巴上最突出特徵的一個縮影。

突出的和普遍的

歐羅巴的雙脊在月球的冰面上出現了戲劇性的裂痕，峰頂達到近1000英尺，並被大約半英里寬的山谷隔開。自從伽利略航天器在20世紀90年代拍攝到這顆星球表面的照片以來，科學家們已經知道了這些特徵，但一直未能對它們是如何形成的作出明確的解釋。

通過對NASA的IceBridge行動在2015年至2017年收集的表面高程數據和穿冰雷達的分析，研究人員揭示了格陵蘭島西北部的雙脊是如何產生的–當時冰層在一個受壓液態水的口袋周圍斷裂，該口袋在冰層內部重新凍結進而導致兩個山峰上升為獨特的形狀。

“在格陵蘭島，這個雙脊形成於一個地表湖泊和溪流的水經常排入近地表並重新凍結的地方。類似的淺水區在歐羅巴上形成的一種方式可能是通過來自地下海洋的水通過裂縫被迫進入冰殼–這將表明在冰殼內可能有合理數量的交換發生，”這項研究的論文第一作者、斯坦福大學電氣工程系博士生Riley Culberg說道。

滾雪球式的複雜性

歐羅巴的外殼似乎並不像一塊惰性的冰塊，而是經歷了各種地質和水文過程–這一想法得到了這項研究和其他研究的支持。一個動態的冰殼支持可居住性，因為它有利於地表下的海洋和來自鄰近天體的營養物質在地表積累的交換。

研究報告的共同作者Gregor Steinbrügge指出：“人們研究這些雙脊已經有20多年了，但這是我們第一次真正能在地球上觀察到類似的東西並看到大自然發揮它的魔力。我們正在向了解什麼過程實際上主導著歐羅巴冰殼的物理和動力學的方向邁出更大的一步。”據悉，他是NASA噴氣推進實驗室(JPL)的行星科學家，在斯坦福大學做博士後研究時開始從事這個項目。

研究人員指出，他們對雙脊如何形成的解釋是非常複雜的，如果沒有地球上的類似物他們不可能設想到這一點。

Schroeder說道：“如果沒有看到它在格陵蘭島發生，我們在這篇論文中提出的機制幾乎是過於大膽和復雜。”

這些發現為研究人員提供了一個雷達信號，其可以使用穿冰雷達快速檢測這個雙脊形成的過程，而穿冰雷達是目前計劃從太空探索歐羅巴的儀器之一。

“我們是許多假設之上的另一個假設–我們只是有一個優勢，即我們的假設有一些來自地球上類似特徵形成的觀察結果來支持它。它為一個非常令人興奮的發現開闢了所有這些新的可能性，”Culberg說道。