原本毫不起眼的土衛(wèi)二，如今成了萬眾矚目的明星。卡西尼探測飛船發(fā)回的數(shù)據(jù)暗示，這顆衛(wèi)星南極的冰蓋之下，可能擁有一大片液態(tài)水構成的海洋。地下水透過冰裂縫噴涌而出，形成了壯觀的“噴泉”——同時噴出的，還有生命必需的有機化合物。這顆直徑僅500千米的小衛(wèi)星，會是太陽系中生命的又一個家園嗎？

　　大約25年前，當旅行者2號（Voyager 2）探測器飛過土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的時候，它距離土衛(wèi)二“恩克拉多斯”（Enceladus）90,000千米。在持續(xù)僅幾個小時的飛掠過程中，旅行者2號上的照相機向地球發(fā)回了少量照片，但正是這些為數(shù)不多的照片讓行星科學家們困惑了許多年。即使土星衛(wèi)星變化多端并無標準可言，土衛(wèi)二也是其中最為特殊的一個：由冰覆蓋的表層潔白而明亮，猶如剛下過雪一樣。相比較而言，土星其他沒有大氣的衛(wèi)星表面則布滿了環(huán)形山——這是外來天體撞擊造成的隕擊坑。 土衛(wèi)二上還散布著沒有環(huán)形山的廣闊平原，這清楚地表明這顆衛(wèi)星擁有過由內(nèi)力驅動的地質(zhì)活動。對于直徑剛超過500千米的土衛(wèi)二而言，它的自身似乎太小了，無法產(chǎn)生地質(zhì)活動所需的大量熱量。可以肯定的是，這顆衛(wèi)星上必定發(fā)生了不同尋常的事情，否則天體撞擊留下的巨大痕跡怎么會憑空消失呢？

　　旅行者號和土星短暫的交會，無疑只允許我們對土衛(wèi)二的芳容驚鴻一瞥。它拍攝的土衛(wèi)二照片極為有限，僅有少量北半球的中等分辨率照片和一些南半球的低分辨率照片，完全沒有南極的照片。土衛(wèi)二沒被拍到的部分會是什么樣子，我們完全無法想象。

　　旅行者號探測器的造訪所激起的興趣，使得詳盡探測土衛(wèi)二成了卡西尼（Cassini）土星探測計劃的主要目標之一。卡西尼探測飛船于1997年發(fā)射升空，花了7年時間飛越行星際空間，把有史以來最先進的儀器設備帶到了外太陽系。2004年夏天，飛船終于進入了環(huán)繞土星的軌道。同年12月，飛船將“惠更斯”探測器投入土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六“泰坦”（Titan）的大氣層中，然后繼續(xù)它的土星系統(tǒng)之旅。更為重要的是，在過去幾個月中，卡西尼探測飛船以前所未有的近距離探測了土衛(wèi)二。

　　在這顆被構造地質(zhì)活動破壞嚴重的小衛(wèi)星上，卡西尼的發(fā)現(xiàn)正是行星科學家夢寐以求的。現(xiàn)在，這個隱藏在太陽系最宏大行星系統(tǒng)中的“小不點”吸引了無數(shù)目光，它的重要性與體型完全不相稱。土衛(wèi)二不僅有足夠的熱量來驅動地質(zhì)活動改變它的表面特征，而且擁有有機化合物，表面之下可能還存在著地下河網(wǎng)甚至是液態(tài)水組成的海洋——而能量、有機物和液態(tài)水是目前已知的生命三要素。探測這個遙遠而陌生的星球，我們面對的是一個潛在的、適合生命生存的環(huán)境。沒有什么比這更激動人心的了。

　　掀起土衛(wèi)二的“蓋頭”來

　　顯示土衛(wèi)二非同尋常的第一條線索，甚至在卡西尼探測飛船第一次與它密近交會之前，就已經(jīng)出現(xiàn)了，但是當時并沒有得到一致認同。2005年1月，我們的照相機首次拍攝到土衛(wèi)二從背后被太陽照亮的照片，此時太陽、土衛(wèi)二的邊緣和卡西尼探測飛船差不多處在一條直線上，這一視角被行星科學家稱為“高太陽張角”（high solar phase）。如果你曾經(jīng)開車朝著太陽行駛，一定會注意到，覆蓋在擋風玻璃上的灰塵變得清晰可見。對于散布在太陽系中的微小顆粒，情況也是如此——迎著太陽觀察時更容易探測到它們。旅行者號的實踐證明，這樣的視角十分有利于發(fā)現(xiàn)光環(huán)中難以看見的結構和外行星的大氣及其衛(wèi)星。同樣，這也是我們開啟土衛(wèi)二研究大門的鑰匙。

　　1981年，旅行者2號探測器首次飛掠土衛(wèi)二，只拍攝了土衛(wèi)二部分地區(qū)的照片，而且分辨率較低。照片中平坦的地區(qū)預示著那里最近曾發(fā)生過地質(zhì)活動。

　　土衛(wèi)二（左側）的大小，只有土星最大衛(wèi)星土衛(wèi)六的十分之一。這么小的天體會快速流失內(nèi)部熱量。除了土衛(wèi)二以外，同樣大小的天體在地質(zhì)學上都已“死寂”。是什么使得土衛(wèi)二依然“精力充沛”？

　　2005年1月拍到的照片上，土衛(wèi)二南極邊緣存在向外伸出的“火焰”。我們這些參加過旅行者計劃的老手立刻就聯(lián)想到了木衛(wèi)一（Io）上冉冉升起的火山煙柱，以及海衛(wèi)一（Triton）大氣中薄紗般的陰霾。卡西尼探測器成像小組的一些成員堅信，這個“火焰”是有物質(zhì)正從土衛(wèi)二南極被拋射出來的強有力證據(jù)；其他人對此則比較謹慎，因為在這樣一個背光的拍攝條件下，這極有可能是照相機產(chǎn)生的虛假信號。

　　我本人則保持中立。事不湊巧，我們當時都忙于安排未來的觀測計劃并撰寫科學論文，無暇對這一現(xiàn)象進行進一步分析。由于沒有時間進行查證，我決定不公開發(fā)表任何言論。我十分清楚，假如發(fā)表聲明公開宣布在一個地質(zhì)學上被認為早已死亡的天體上發(fā)現(xiàn)有物質(zhì)被拋射出來，隨后又不得不承認這是照相機產(chǎn)生的一個污跡，會非常難堪。幸運的是，水落石出的那一天，并沒有讓我們等太久。

　　卡西尼探測飛船和土衛(wèi)二的前兩次密近交會，發(fā)生在2005年的2月和3月。飛船從土衛(wèi)二的赤道上方沿著赤道飛過，兩次飛掠都傳回了驚人的結果。旅行者號拍到的平原其實根本就不“平”。相反，在分辨率達到亞千米量級的照片中，可以看到平原上遍布著纖細的裂縫，有的呈直線形、有的呈弧線形，形成年代不同的裂縫和凹槽在一些地方還相互交疊。在土衛(wèi)二的其他地方，表面上的裂痕甚至深達500米。在更小的尺度上，一些大致平行的窄裂痕構成的“蜘蛛網(wǎng)”，將地形地貌“切”成了“薄片”。顯而易見，土衛(wèi)二過去經(jīng)歷過多個截然不同的地質(zhì)構造活躍期，表面的累累“傷痕”就是最好的證明。

　　在2005年2月的飛掠過程中，卡西尼探測飛船還拍攝到另一張高太陽張角照片，照片上出現(xiàn)了比上一次更大、更生動的“火焰”。此外，飛船上的磁強計發(fā)現(xiàn)，當土星磁場由于土星的自轉而掃過土衛(wèi)二時，磁場的磁力線被扭曲了——這是磁力線遭遇到大質(zhì)量離子的征兆。這些離子的來源似乎正是土衛(wèi)二的南極。現(xiàn)在證據(jù)確鑿了：我們先前拍攝到的圖像決不是虛假信號。

　　卡西尼任務科學家將這一發(fā)現(xiàn)呈報給項目主管，期望得到更好的觀測機會——確切地說，是希望把2005年7月卡西尼飛船飛掠土衛(wèi)二的高度從1,000千米降到168千米。主管們同意了。2005年7月14日，卡西尼飛船從土衛(wèi)二南半球中高緯度地區(qū)上空飛過，第一次拍攝到了土衛(wèi)二南極的清晰圖像，那里有著太陽系中絕無僅有的驚人地貌。

　　土衛(wèi)二的南極基本上是一個圓形區(qū)域，完全沒有環(huán)形山，但是明顯分布著幾條深深的平行裂紋，我們稱它們?yōu)?ldquo;虎皮紋”（tiger stripes）。這些裂紋幾乎等間距排列，綿延130千米之后，拐了一個彎鉤狀的彎，并終止于此。與密布著纖細凹槽的普通平原地區(qū)相比，“虎皮紋”之間的區(qū)域要明亮一些。在土衛(wèi)二的南緯55度處，蜿蜒曲折的山脈和山谷形成了一個以南極為中心的圈，明確界定了南極地區(qū)的邊界。這條邊界的蜿蜒方向在經(jīng)度上每隔大約45度便出現(xiàn)一次拐彎，還有一些長長的裂紋從邊界上向赤道方向探出，深入大片沒有環(huán)形山的地區(qū)。

　　根據(jù)這些山脈和山谷的結構及排布，卡西尼成像小組成員、美國康奈爾大學的保羅·赫爾芬斯坦（Paul Helfenstein）推測，這一邊界是土衛(wèi)二表面在南北方向上受到水平擠壓造成表面隆起而形成的，類似于由板塊邊緣擠壓造成的喜馬拉雅造山運動；而土衛(wèi)二南極的整個封閉區(qū)域就像大西洋中脊，是新地表形成和向外擴張的中心發(fā)源地。

　　土衛(wèi)二滿目瘡痍的表面清楚地告訴我們，這顆小衛(wèi)星經(jīng)歷過十分活躍的地質(zhì)活動，但正如我們即將要發(fā)現(xiàn)的，它的現(xiàn)狀更加令人震驚不已。卡西尼探測飛船在飛經(jīng)土衛(wèi)二南極地區(qū)邊緣的上方時，塵埃分析儀檢測到了明顯來自“虎皮紋”地區(qū)的微小粒子；卡西尼上的其他兩個儀器探測到了水蒸氣，其中一個還發(fā)現(xiàn)了二氧化碳、氮和甲烷的信號：卡西尼探測飛船當時必定穿過了一片稀薄的氣體云。

　　更有甚者，熱紅外成像儀探測到裂痕沿線的溫度異常升高：如果僅由陽光照射提供熱量，土衛(wèi)二的溫度應該為70 K，但裂痕附近溫度遠高于此，可能高達180 K。這些地區(qū)以每平方米60瓦的驚人功率向外輸出熱量，遠遠大于美國黃石地熱地區(qū)每平方米2.5瓦的產(chǎn)熱率。在超出紅外設備分辨能力的更小地表范圍內(nèi)，溫度甚至會更高。

　　直到此時，我們?nèi)匀粺o法相信自己會如此幸運，有機會“涉足”這樣一個奇妙的世界。卡西尼成像小組快速響應，計劃在4個月后（即2005年11月底）專門拍攝一系列極高太陽張角的、土衛(wèi)二南極的高分辨率照片。與此同時，我們也拍攝了許多其他土星衛(wèi)星的高太陽張角照片。在研究團隊中圖像分析專家的幫助下，我向懷疑我們團隊的人證明，這些照片中沒有出現(xiàn)任何類似“火焰”的東西，從而證明我們在土衛(wèi)二照片中看到的絕對不是虛假信號。我們保持中立的日子終于到頭了，所有人都意識到，我們在那張照片中看到的“火焰”，其實是一片十分巨大的、從土衛(wèi)二南極上空向外延伸至少數(shù)百千米的微粒云。

　　2005年11月27日，我們拍攝的一系列令人吃驚的月牙狀土衛(wèi)二黑白照片終于傳回地球，清楚地顯示了十幾個狹長的噴流正將微小的冰粒射向太空，在土衛(wèi)二南極上空形成了一個雖然暗弱但十分巨大的火焰形粒子云。我和成像小組成員、美國空間科學研究所的約瑟夫·斯皮塔萊（Joseph Spitale）后來做的分析顯示，這些噴流的源頭正是“虎皮紋”中溫度最高的區(qū)域——這是熱量和噴流活動相關聯(lián)的第一個決定性證據(jù)。絕大多數(shù)粒子最終都會落回到土衛(wèi)二表面，但是一些高速粒子可以掙脫土衛(wèi)二的引力進入圍繞土星運動的軌道，這直接導致了土星最外側光環(huán)E環(huán)的形成。

　　無論從哪個角度來說，這張照片都是一個重要發(fā)現(xiàn)：土衛(wèi)二這顆本該冰冷徹骨的小衛(wèi)星，無可爭議地存在著內(nèi)部活動。我不禁聯(lián)想到，第一個發(fā)現(xiàn)黃石間歇泉噴發(fā)奇景的人，當時的感受大概也是如此吧。

　　生命新樂土

　　我們?nèi)栽诓粩鄼z驗和完善我們對于土衛(wèi)二為何會如此活躍的認識。但是不管怎樣，液態(tài)水幾乎不可避免地要“出現(xiàn)”在土衛(wèi)二的表層之下。如果地下海洋真的存在，這顆小小的衛(wèi)星上就可能擁有適合生命生存的環(huán)境，至少生命前身可以存在——這樣的可能性令我們激動不已。土衛(wèi)二似乎具備了生命所需的一切：液態(tài)水、必需的化學元素和過剩的能量。與土衛(wèi)二生態(tài)系統(tǒng)最為相似的，是地球上地表之下的火山地層（volcanic strata），液態(tài)水在那里的熾熱巖石間流動，完全照不到陽光，也沒有任何由陽光照射而產(chǎn)生的物質(zhì)。但是，那里卻發(fā)現(xiàn)了微生物，它們消耗氫或者二氧化碳，生成甲烷或者氫和硫——所有的能量都并非來自太陽，而是來源于地球內(nèi)部的熱量。

　　由水蒸氣和冰粒組成的噴流從土衛(wèi)二南極地區(qū)的縫隙深處噴涌而出，使土衛(wèi)二與地球、木衛(wèi)一、海衛(wèi)一并列，成為了太陽系中目前僅有的4個具有地質(zhì)活動的天體。這是藝術家繪制的載人探測土衛(wèi)二的想象畫，參考宇航員的大小可以看出畫中物體的尺寸。

　　土衛(wèi)二的現(xiàn)狀顯然是過去許多地質(zhì)構造事件的綜合結果，我們才剛剛開始根據(jù)散落在它表層上的珍貴線索，重建這顆衛(wèi)星的歷史。許多問題就連如此能干的卡西尼探測飛船也無法回答。我們必須再派遣一艘探測飛船，攜帶特殊設備環(huán)繞土衛(wèi)二飛行，或者降落到它的表面實地考查，才能找到答案。 環(huán)土衛(wèi)二的軌道飛行器可以完整地測量它的引力場和表面地貌，揭露它的內(nèi)部質(zhì)量分布，從而確定是否真的存在地下液體層。裝備了地震儀的小型著陸器則可以探測地下水流動所產(chǎn)生的聲音。

　　復雜航天計劃的高昂造價和非常耗時的研發(fā)過程意味著，我們必須十分明確地選定探測目標。許多科學家渴望重返木衛(wèi)二“歐羅巴”（Europa），因為木星的這顆衛(wèi)星似乎也具有可承載地外生命的地下海洋。然而在我看來，未來對土衛(wèi)二展開探測，更可能獲得更令人興奮的結果。科學家們并沒有在木衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)活躍的噴口，為了取樣探測它內(nèi)部是否存在生態(tài)系統(tǒng)，就必須鉆探很深，這樣一個極具挑戰(zhàn)的浩大工程在我們的有生之年肯定無法實現(xiàn)。相比之下，對土衛(wèi)二內(nèi)部進行采樣探測要容易得多，只要飛過它噴出的粒子云，或者在南極地區(qū)著陸，找個冰縫伸出探測器即可。

　　此外，由于土星的磁層（magnetos-phere）要比木星弱很多，因此環(huán)繞或者登陸土衛(wèi)二的探測器不會向木衛(wèi)二探測器那樣，遭遇到可能會限制探測任務的嚴重輻射問題。最后，在飛往土衛(wèi)二的過程中，探測器還可以順便探測土衛(wèi)六，這顆衛(wèi)星是土星系統(tǒng)中尋找生命所需化學物質(zhì)的又一個理想目的地（參見《環(huán)球科學》2007年第6期封面故事《甲烷：火星與泰坦的生命證據(jù)？》一文）。

　　我們欣喜地看到，人類對土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)所做的首次深入探測，已經(jīng)向我們提示了土衛(wèi)二這顆神秘衛(wèi)星的南極地區(qū)發(fā)生的美妙景象——奇特且永不平靜的深深冰縫，以及高聳天際、若隱若現(xiàn)的噴泉。如此罕見的奇妙發(fā)現(xiàn)是對我們思想和靈魂的雙重回報。作為行星科學家，我們已經(jīng)別無他求了。