木衛二是新的火星:科幻小說如何跟隨科學 木衛二是新的火星:科幻小說如何跟隨科學

木衛二是新的火星:科幻小說如何跟隨科學

木衛二是新的火星:科幻小說如何跟隨科學
圖片使用已獲得 Frank R. Paul 遺產的授權。

近幾十年來,越來越多的證據表明,木衛二歐羅巴擁有一個可能適宜生命存在的液態水海洋,其面積甚至超過地球上所有海洋的總和。因此,NASA已將這顆「海洋衛星」列為優先探索目標。人們對歐羅巴上可能存在生命感到興奮,這不僅推動了新的科學研究方向,也激發了科幻作家創作以歐羅巴為主題的新作品。在1980年代之前,歐羅巴在科幻作品中也曾出現過,但僅僅是一個充滿異國情調的停靠點,除了名稱和地理位置之外,它與一顆完全虛構的行星幾乎沒有任何區別(例如E·E·史密斯的《太空獵犬》)。要理解歐羅巴如今備受矚目的原因,我們必須了解一些行星科學的歷史以及上世紀早期科幻作家的思考方式。

《世界大戰》、《異星戰場》 、《小綠人》……這些熟悉的詞彙都源自於20世紀科幻小說的黃金時代。自從1877年喬瓦尼·斯基亞帕雷利繪製的第一張火星地圖上出現“運河”以來,火星激發了人們對高度發達的外星文明的無限遐想。此後數十年間,珀西瓦爾·洛厄爾證實了火星上存在“運河”,並將這些新地貌渲染成外星人的偉大傑作,引發了轟動。科學家隨後就火星上是否存在智慧生命展開了長達40年的嚴肅辯論,直到洛威爾於1916年去世。

《邁耶百科全書》(德文百科全書),1888年
版權所有 PD-US1923

火星激發了學者和藝術家的想像力,在通俗雜誌和漫畫產業剛興起的年代,開創了現代太空科幻小說這一類型。其中最著名的《驚奇故事》 (Amazing Stories )雜誌由雨果·根斯巴克(Hugo Gernsback,科幻小說界最高獎項雨果獎的命名者)創辦,他將自己的創作靈感歸功於童年時期閱讀珀西瓦爾·洛厄爾(Percival Lowell)的作品。

圖片使用已獲得 Frank R. Paul 遺產的授權。

20世紀初的作家們將冒險家送往太陽系各處的行星、衛星和小行星。在廣播、電影、書籍以及《驚奇故事》等雜誌中,這些穿梭於各星球的冒險家或追求名利,或逃離惡名。隨著太空時代的到來,科幻小說這一體裁蓬勃發展。亞瑟·C·克拉克和艾薩克·阿西莫夫這兩位從小就閱讀通俗科幻小說的文學巨匠,在《火星之沙》《火星之路》等作品中探討了未來科技對人類的影響。雷·布拉德伯里在《火星編年史》中將詩歌帶到了火星。菲利普·K·迪克的《記憶批發》 (後來改編成電影《全面回憶》)營造了一種偏執的氛圍,而羅伯特·海因萊恩則在《異鄉異客》中將火星作為新的宗教靈感的源泉。金史丹利羅賓遜的《紅色火星》系列小說則將第一批火星殖民地比喻為美國,設想為科技創新的熔爐。

這段歷史回顧展現了行星科幻小說這一類型如何在上個世紀隨著我們對太空認知的不斷加深而發展演變,其中火星扮演了重要角色。如今,我們對太陽系的認識不斷加深,正催生出更細緻入微、引人入勝的關於人類在太空探索中所扮演角色的敘事。

從斯基亞帕雷利發現火星「溝渠」算起,時間快轉100年。到1977年,NASA的火星探測任務表明,火星地質構造十分有趣,但缺乏明顯的生命跡象。同年,NASA發射了兩艘旅行者號探測器,旨在對木星和土星進行首次科學探測。為了準備這些任務,科學家將注意力集中在如何僅透過地面望遠鏡觀測外行星衛星來獲取資訊:它們與太陽及其母行星的距離、大小、質量以及整體表面成分。

美國太空總署/噴射推進實驗室

早在1952年,哈羅德·尤里(Harold Urey)——如今因米勒-尤里實驗(模擬地球生命起源的化學條件)而聞名——就注意到木衛四(卡利斯托)和木衛三(蓋尼米德)的密度和內部放射性熱量可能在其下方形成海洋。尤里的學生、行星科學家約翰·劉易斯(John Lewis)運用太陽系最古老物質的基礎化學和物理原理,於1971年預測了木衛四和木衛三下方存在廣闊的海洋。 1976年,他和他的學生蓋伊·康索爾馬格諾(Guy Consolmagno)進一步完善了這些模型,初步提出木衛二(歐羅巴)上層100公里內存在「對流水區」。

在如今正帶領它們飛越太陽系邊緣的宏偉旅程中,「旅行者1號」和「旅行者2號」首次為我們提供了太陽系最大行星及其衛星的詳細圖像,並首次證實它們可能是現今存在生命的場所。然而,在它們發射的那一年,科學家們也懷疑木衛二是否足夠大,能夠從衰變的放射性鈾、釷和鉀中保留足夠的熱量來形成海洋。他們當時還沒有考慮到潮汐加熱的可能性。

在旅行者號探測器抵達木星之前,軌道動力學家斯坦·皮爾及其合作者發表了一篇極具前瞻性的論文,探討了木星附近幾顆大型衛星的軌道。木衛一(伊奧)、木衛二(歐羅巴)和木衛三(蓋尼米德)的軌道運行早已為人所知,它們以同步的方式運行。皮爾推斷(並透過數學計算得出),這種相互作用會使木星有時遠離木衛一,有時又會使其靠近。這種整體效應會導致衛星的形狀隨著木星引力在一個月內時強時弱而改變。他預測,這種效應的強度可能足以使木衛一的火山活動比地球更活躍。幾個月後,旅行者號探測器證實了他的預言。他也把潮汐消散與木衛二和木衛三內部熱量可能足夠強烈,足以融化冰層並可能形成海洋的觀點聯繫起來,但他駁斥了這種觀點,理由是冰層應該像地球地幔一樣通過對流來消散這種熱量。

阿瑟·C·克拉克的小說《2001:太空漫遊》的故事發生在土星(土衛八在小說中扮演了重要角色);為了拍攝電影版,史丹利·庫伯力克將故事背景改為木星,以避免繪製土星環。有趣的是,克拉克的續集《2010》的劇情遵循的是電影版《2001》的設定,而不是原著小說。在續集的電影版和小說版中,俄羅斯宇航員都曾造訪木衛二(歐羅巴)表面,並收到遠離歐羅巴的警告(如今,這條警告經常出現在有關歐羅巴的在線文章的第一條評論中):

所有這些世界
除了你以外,還有其他的嗎?
歐羅巴
嘗試次數
降落在那裡
一起使用
請和平使用它們

在現實生活中,旅行者號探測器揭示了木衛二是一顆地質活動活躍的衛星之後,這一警告和後續報道應運而生。

隨著2001年的臨近,伽利略號探測器在旅行者號探測器成功的基礎上,繼續探測木星系統。它揭示了旅行者號觀測到的複雜地質細節,並基於木星衛星對木星強磁場的反應,提供了新的見解。新的研究結果表明,木星衛星的冰層很薄,厚度在3到30公里之間,冰層下存在著一個鹹水海洋。在木星表面下約100公里的海底,液態水與岩石直接接觸,這種情況與地球海洋驚人地相似。

同時,探索地球海底的海洋學家發現了數百公尺深處海底火山釋放的化學能,這些生態系統在其中繁衍生息。這些生物完全依賴地球內部(鈾、釷和鉀的衰變)的能量而非太陽輻射來維持生命。這些發現使科學家相信,木衛二具備維持生命所需的所有條件。如果木衛二上存在生命,這將有力地證明生命起源於化學過程,而與地球上的生命起源截然不同。

早在伽利略號探測器結束木星之旅,並於2003年被有意引導進入木星以避免污染木衛二之前,科學家和工程師們就已經開始研究重返木衛二的任務,以探究木衛二上是否存在生命或曾經存在生命的可能性。這些發現和計畫為人們的創作提供了豐富的素材,也使得木衛二的海洋出現在許多科幻作品中。

金史丹利羅賓遜的《伽利略之夢》是為了紀念伽利略伽利萊發現木星衛星400週年而創作的,小說想像這位著名科學家造訪了他所發現的天體。小說將向伽利略透露望遠鏡發明的荷蘭商人描繪成一位來自歐羅巴的訪客。羅賓遜巧妙地利用了歐羅巴大陸和衛星名稱之間的歧義,營造出一種神秘感。這位商人自稱來自“alta Europa”,在拉丁語中意為“高歐羅巴”或“北歐”。

最近,羅賓遜的《2312》設想了星際貿易和文化的蓬勃發展,來自水星和土衛六的使者訪問了木衛四上的殖民地和木衛一上的研究站。在這個故事中,如同克拉克的《2010》一樣,木衛二是禁區。在《2312》中,人類──而非神秘的高等智慧──在發現木衛二上的土著生命後,頒布了這項禁令。

木衛二和其他伽利略衛星如今出現在漫畫、電視劇和電子遊戲中。直到最近,木衛二才首次出現在主流電影中,除了在電影《2010》中短暫亮相。 《木衛二報告》的靈感來自近期私人太空探索計畫和科學發現,它設想了人類尋找外星生命的任務。影片在呈現方式上借鑒了上個世紀的科幻小說和科學發現,展現了驅動探索和硬科學的人類情感。

《歐羅巴報告》發布之際,NASA的科學家和工程師們也已彙編了多份報告(可在europa.jpl.nasa.gov查閱),詳細闡述了探索歐羅巴宜居性的機器人任務設計方案。基於這些研究成果的「歐羅巴快船」任務概念,正受到NASA和美國政府的認真考慮,有望成為下一個造訪木星神秘衛星歐羅巴的探索任務,並激發新一代科幻作品和現實的創作靈感。

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史蒂夫·萬斯是加州理工學院噴射推進實驗室(位於帕薩迪納)行星化學和天體生物學小組的科學家,保羅·海恩是噴射推進實驗室的研究科學家。