哈勃太空望远镜从发射升空到现在已经在太空中奋战了30多年

2022年1月10整理发布：哈勃太空望远镜从发射升空到现在，已经在太空中“奋战”了30多年，在测量宇宙膨胀速率、超新星观测、黑洞证据探测以及广域天体观测等方面，发挥了重要作用，为人们传送回了海量图像和数据。

随着“超期服役”的时间越来越长，哈勃太空望远镜的主体和各种仪器，都出现了不同程度的损坏和故障，科学家们先后执行了数次维护和大修任务，使其得以继续发挥余热。近日，科学家们在整理分析哈勃太空望远镜传回的最新档案数据时，首次发现木星的卫星之一-木卫三的大气中，存在着水蒸气的证据，这让科学家感到惊喜不已。

太阳系最大的卫星

早在17世纪初，伟大的天文学家伽利略就通过望远镜发现了木卫三的存在。从上世纪70年代开始，随着深空探测技术的迅速发展，人类探测器开始向太阳系外侧的大质量行星开展了一系列探测活动，先驱者10号、11号以及旅行者1号和2号都曾经从木卫三上面飞掠而过，传回了关于木星以及众多卫星较近距离处的图像。后来，又有伽利略号、朱诺号这些专门进行木星探测的探测器成功发射，向我们传回了更多、更接近木卫三的图像和数据。

通过以上探测，人们不但发现木卫三的个头，在所有太阳系的卫星中属于“佼佼者”，而且推测它上面的含水量，要比地球海洋中的水量多得多。只不过，由于木卫三表面的温度实在太低了，平均只有零下160摄氏度左右，以至于卫星表面的水都凝结为固态的冰。而科学家推测该卫星中的液态水，极有可能存在于地壳下方约150公里处。

在以往的研究和分析中，人们发现木卫三还是太阳系中，唯一拥有磁场的卫星，这表明它的内核还没有完全冷却，在流动性内核的作用下，卫星还存在着一定程度的地质运动。另外，木卫三上也拥有比较稀薄的大气层，就在这稀薄的大气层中，氧元素的含量较高，既有氧气和臭气，也有原子态的氧。有水有氧气，不免让人们猜测，这颗卫星上到底存不存在生命体。

哈勃太空望远镜的发现

在1998年的时候，哈勃太空望远镜上携载的成像光谱仪，拍摄到第一批木卫三的紫外线图像，在其中的照片中，能够清晰地看出卫星上存在着彩色的极光带，后来科学家研究这种极光带的形成，与地球两极上空出现的极光形成原理相似，是一种被电离的彩色带电气体带，这也证明了木卫三上存在着弱磁场。

科学家们通过上述紫外照片的特征，对木卫三大气中的氧元素的含量进行研究分析，结果发现观察到的光谱特征与纯分子氧大气的预期不一致，当时推测原因就在于木卫三大气中原子氧浓度较高。

2018年，瑞典的研究团队将1998-2010年间哈勃空间望远镜上的成像光谱仪拍回的照片，与2018年哈勃望远镜携载的宇宙起源光谱仪图像进行对比，得出了完全颠覆的结论，那就是木卫三的大气中几乎不存在任何的原子氧，这与1998 年科学家们通过哈勃紫外数据推导的原始解释正好相反。

关于目前只观测到卫星大气层中的分子氧这一问题，研究团队又进行了系统研究，指出我们之前对于木卫三表面完全被固态冰封冻的观点，似乎站不住脚了，当带电粒子撞击到木卫三表面时，会有一定的几率造成冰的升华，从固态直接转化为气态。

这一最新的推测，与哈勃紫外线图像中极光的分布位置正好吻合。由于木卫三表面温度在一个“卫星日”中的变化非常大，在太阳直射的中午时分，木卫三赤道处将变得足够温暖，表面的冰层将会发生升华或者直接融化释放出少量的水分子。

这个研究结果，使人们有理由相信，在木卫三这颗遥远且寒冷的卫星上，在特定的时间段和特定的区域范围内，是有一定量的液态水存在的。而这颗卫星上，是否存在着生命体，还需要进行大量深入的探测，比如向卫星上发射登陆探测器，采集表面和一定深度的冰层样本，来确定冰层的组分以及发展演化特征，方可作出较高可信度的结论。

后续对该卫星的探测计划

科学家们之所以对木卫三这颗卫星这么感兴趣，不仅是因为它的质量和大小，在太阳系所有卫星中独树一帜，更重要的是它的内部含有大量的水资源，而且空气中还有一定量的氧气，况且其内核还是“炙热”的，当液态水、氧气和温度这些因素都满足宜居条件时，生命的形成、发展和演化就拥有了充分的基础，这理所当然成为科学家们进行地外生命探测时，所优先探测和论证的要素。

所以，木卫三是太阳系中难得的一个天然实验室，对于深入研究分析冰冷天体的性质、演化特征、潜在宜居性、磁场与等离子体相互作用机制等方面，也将发挥着重要作用。

为了深入探测这颗卫星，欧洲航天局已经启动了木星极寒卫星探测器发射计划(JUICE)，该探测器计划于2022年发射，并于2029年左右抵达木星，此后再通过三年的时间对木星及其3个最大的卫星开展新一轮详细的探测，其中对木卫三开展深入探测是其中的重要内容之一。

正在木星轨道上开展工作的朱诺号探测器，目前也将“目光”重点瞄向了木卫三，而且发布了最新一批这颗冰冻卫星的图像。

此外，命运多舛的“韦伯”太空望远镜，在经历了数年的推迟以及数十亿美元的预算超支，原本计划今年3月份发射，结果受疫情影响，发射时间又推迟到今年的10月底，目前正在紧张的测试工作，不久后就将正式接替哈勃望远镜，在更精确的红外分辨率和灵敏度的性能加持下，极大拓宽天文和宇宙学领域的研究深度和广度，届时将会给我们带来更多的惊喜。

我国在深空探测方面，也充分体现了后发优势，将木星及其卫星的探测被纳入了《2016—2030年空间科学规划研究报告》中，这标志在2030年前后，我们将拥有属于自己的木星系统探测计划，届时将会向木星发射自主研发的探测器，对木星磁场、木卫二和木卫三等主要卫星的冰层特征、木卫三磁场与太阳风的相互作用机制等开展探测，在此祝福我们的天文工作者继续奋发图强，推动该计划早日实施。

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