冰冷的土卫二上有生命吗？未来的太空任务可能提供答案

2023-02-04 16:45:17 来源：cnBeta

土卫二被厚厚的冰壳包裹着，周围是广阔的海洋，是可能存在地外生命的有力竞争者。研究人员认为，甚至不需要在这个小世界上着陆，未来的探测任务就有可能提供答案。亚利桑那大学的研究人员发现，围绕着土星83颗卫星之一的土卫二上可能存在的地外微生物生命之谜，可能会被一个轨道上的太空探测器所解决。

艺术家对卡西尼号航天器飞过土卫二南极喷发的烟羽的印象。这些羽流很像间歇泉，喷出的是水蒸气、冰粒、盐、甲烷和其他有机分子的组合。资料来源：NASA/JPL-Caltech研究人员在《行星科学》杂志上发表的一篇论文中概述了一个计划，解释了一个假想的太空任务如何能够提供结论性的答案。

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最初，当美国宇航局的旅行者1号航天器在1980年勘测土卫二时，它似乎只是天空中一个很小的、不引人注目的"雪球"。然而，在2005年至2017年期间，美国宇航局的卡西尼号探测器对土卫二系统进行了前所未有的详细探索。当卡西尼号发现土卫二冰雪覆盖的外表下隐藏着一个温暖的咸水海洋，正在释放甲烷气体时，科学家们感到非常惊讶。在地球上，甲烷通常是由微生物生命产生的，这使得土卫二成为天文学家认为值得进一步调查的原因。

当卡西尼号飞过土卫二表面喷发的巨大水柱时检测到了甲烷，以及其他构建生命基础的有机分子。当这颗小卫星绕着这个环状气体巨行星运行时，它被土星巨大的引力场挤压和拉扯，由于摩擦而使其内部升温。因此，壮观的水柱从土卫二冰面上的裂缝和缝隙中喷向太空。

这张图描述了科学家们认为水是如何与土卫二海洋底部的岩石相互作用，形成热液喷口系统。这些同样的烟囱式喷口在地球海洋的构造板块边界发现，大约在地表以下7000英尺。资料来源：NASA/JPL-Caltech/西南研究所

去年，亚利桑那大学和巴黎科学与文化大学的一个科学家团队计算出，如果生命可能在土卫二出现，那么它的存在很有可能解释为什么这个月球在"打嗝“”时冒出甲烷。

新论文的高级作者、亚利桑那大学生态学和进化生物学系副教授Régis Ferrière说："为了知道是否如此，我们必须回到土卫二去看看。"

在他们的最新论文中，Ferrière和他的合作者报告说，虽然假设土卫二海洋中的活体微生物总量很小，但要确定土卫二外壳下的海洋中是否有类似地球的微生物，只需要一个轨道航天器的访问就可以了。显然，派一个机器人爬过冰裂缝并深潜到海底并不容易，但他们已经设计了更现实的任务，将使用升级的仪器对羽流进行采样，就像卡西尼号那样，甚至在月球表面登陆。

他说："通过模拟一个准备更充分、更先进的轨道航天器仅从羽流中收集的数据，我们的团队现在已经表明，这种方法将足以自信地确定土卫二的海洋中是否有生命，而实际上不必探测月球的深处。这是一个令人激动的观点。"

土卫二距离地球约8亿英里，每33小时完成一次绕土星的轨道。虽然这个月球甚至没有美国亚利桑那州那么宽，但由于它独特的表面在视觉上非常突出；就像一个冰冻的池塘在阳光下闪闪发光，月球反射的光线是太阳系中其他天体所没有的。沿着土卫二的南极，至少有100个巨大的水柱从冰雪景观的裂缝中喷发出来，就像来自猛烈火山的熔岩。

科学家们认为，由这些间歇泉式的特征喷出的水蒸气和冰粒子促成了土星的一个标志性的环。卡西尼号航天器对这种喷出的混合物进行了采样，它将土卫二海洋深处的气体和其他颗粒带了出来。

卡西尼号在羽流中检测到的过量甲烷让人联想到在地球海洋的无光深处发现的非凡生态系统：热液喷口。在这里，在两个相邻的构造板块的边缘，海底下的热岩浆加热了多孔基岩中的海水，形成了"白烟囱"，喷出炙热、矿物饱和的海水。由于无法获得阳光，生物体依靠储存在白烟囱释放的化学物质中的能量来谋生。

Ferrière说："在我们的星球上，尽管有黑暗和疯狂的压力，热液喷口仍然充满了大大小小的生命。"那里也许存在的最简单的生物是称为甲烷菌的微生物，即使在没有阳光的情况下也能为自己提供动力。

甲烷菌转换二氢和二氧化碳以获得能量，释放出甲烷作为副产品。费里埃的研究小组根据以下假设建立了计算模型：土卫二有甲烷菌，它们居住在类似于地球上发现的海洋热液喷口。通过这种方式，研究人员计算了土卫二上的甲烷菌的总质量是多少，以及它们的细胞和其他有机分子可能通过羽流喷出的可能性。

论文的第一作者Antonin Affholder说："土卫二的生物圈可能是非常稀少的。然而，我们的模型表明，它的生产力足以为羽流提供足够的有机分子或细胞，以便被未来的航天器上的仪器所采集。"

土卫二最近获得了关注，被认为是一个有朝一日被重新审视和更彻底调查的地点。由约翰-霍普金斯应用物理实验室设计的"土卫二轨道器"是一项提案，它设想了一项任务，即从2050年代开始，通过在这个天体上着陆和运行，收集有关土卫二的大量数据。

Affholder说："我们的研究表明，如果土卫二的海洋中存在一个生物圈，那么它存在的迹象可以在羽流材料中被发现，而不需要登陆或钻探，但这样的任务将需要一个轨道器多次飞过羽流以收集大量的海洋材料。"

该论文包括关于必须从羽流中收集的最低数量的材料的建议，以便有把握地搜索微生物细胞和某些有机分子。可观察到的细胞将显示生命的直接证据。发现实际细胞的可能性可能很小，因为它们必须在通过羽流从深海到太空真空的排气过程中存活下来--对一个微小的细胞来说这是一个相当长的旅程。

相反，作者建议，检测到的有机分子，如特定的氨基酸，将作为证明或反对一个充满生命的环境的间接证据。

"考虑到根据计算，土卫二上存在的任何生命的可能都将是极其稀少的，但我们仍然有很大的机会在羽流中永远找不到足够的有机分子来明确地断定它在那里，"Ferrière说。"因此，我们没有关注有多少足以证明生命存在的问题，而是问："在没有生命的情况下，可能存在的最多数量的有机物质是什么？"如果所有的测量结果都高于某个阈值，这可能预示着存在生命是一种较大可能性。

Affholder说："在一个外星世界上捕捉到的活细胞的确切证据可能在几代人的时间里仍然难以捉摸。在那之前，我们不能排除土卫二上存在生命的事实可能是我们能做的最好的事情。"

关键词：美国国家航空航天局三星伴月天象即将上演外星生命