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如何在土卫六上寻找生命?看看喷流中有没有吧!

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如何在土卫六上寻找生命?科学家发现新方法

这是一幅艺术家概念图,描绘了卡西尼号探测器正从土星卫星恩塞拉达斯及其水蒸汽喷射口上空飞越的情形。卡西尼号于2004年至2017年间绕行土星,多次穿过喷射口并分析其成分。但它并没有最终证明恩塞拉达斯存在生命,未来专门寻找生命的任务可能会有所突破。图片来自NASA/JPL-Caltech。

土星的卫星恩塞拉达斯是太阳系中搜寻外星生命最具前景的地方之一。在其外层冰壳下方,有一片类似地球海洋的全球性咸水海洋。寻找这种可能存在生命的证据具有挑战性,因为利用钻探探头进入海洋的方法需要穿过几英里厚的固体冰层。

亚利桑那大学的研究人员去年年底指出,如果在恩塞拉达斯卫星上存在生命,有一种更简单的方法可以发现生命的迹象。就是通过轨道飞行器来取样月球的水蒸气喷流。这些喷流(至少100个)从下方的海洋喷发,并经由被称为“老虎条纹”的巨大裂缝穿过恩塞拉达斯南极的表面进入太空。

2023年1月4日,米歇尔·斯塔尔在《科学警告》上撰写了这个有趣的提议。2022年12月13日,研究人员在《行星科学杂志》上发表了他们的新同行评审论文。

恩克拉多斯的壮观喷流

由于恩克拉多斯的海洋被冰层所覆盖,就像木卫二欧罗巴一样。因此在海洋中寻找生命似乎需要通过钻穿冰层来到达海洋。但这肯定会很困难。

亚利桑那大学的高级作者雷吉·费雷尔表示:“显然,让机器人爬行穿过冰裂缝,然后深潜到海底并不容易。”

但恩克拉多斯很特别,因为它为科学家提供了一种独特的透视其内部的方式,无需进行钻探。它通过喷流实现这一点:这些喷流是巨大的间歇泉,从恩克拉多斯南极地区的巨大裂缝中喷出水蒸气。

NASA的卡西尼号飞船在绕行土星的轨道上多次飞越恩克拉多斯时首次发现了这些喷流。卡西尼号的数据表明,这些喷流很可能来自于地下海洋(现在被大多数科学家所认可)。此外,卡西尼号实际上多次直接飞行穿过喷流,采集了水蒸气并进行了分析。结果发现内含丰富的成分,包括水蒸气、冰粒子、氨、甲烷、各种有机分子、二氢和二氧化碳。

虽然卡西尼号上并没有可以在恩克拉多斯上寻找生命的设备,但它在喷流中发现的东西是令人着迷的,为海洋生物的栖息性提供了线索。科学家现在认为,按照地球的标准,恩克拉多斯的海洋可能非常适合居住。甚至现在已经有活跃海底热泉的证据。

寻找恩克拉多斯上生命的更简单方法

这项新研究是由亚利桑那大学的安东尼·安福侯德教授(在进行研究时,他曾在巴黎高等理工学院就职)带领的研究团队提出的。他们认为,与其钻进数英里厚的冰层,不如从喷流中寻找生命证据,这一方法更加简单。

即使只是微生物,但在恩克拉多斯上发现生命也将是一个历史性的成就。这是一个与地球生态系统完全分开的外星生态系统。

新提案建立在卡西尼号发现的基础上。另一艘航天器可以再次采样恩克拉多斯的喷流,但这次需要配备用于检测活跃生物学证据的特定仪器。《科学警告》引用了费雷尔的话:“从喷流中收集的数据可以从一个更为准备充分和先进的轨道航天器中获得。我们的团队现在已经发现,这种方法足以自信地确定恩克拉多斯的海洋中是否存在生命,而不必实际探测月球的深处。这是一个激动人心的前景。”

安福侯德补充说:“我们的研究表明,如果恩克拉多斯的海洋中存在生物圈,那么在不需要着陆或钻探的情况下,可以在喷流材料中检测到其存在的迹象。但是这样的任务需要一艘轨道飞行器多次飞越喷流,以收集大量的海洋材料。”

恩克拉多斯海洋中存在产甲烷生物?

科学家表示,在恩克拉多斯的海洋中存在的任何生命都可能非常简单。在这个深不可测的深渊中没有阳光,也没有多少热量。但在地球上,许多类型的生物生活在深海中。如果恩克拉多斯海底确实存在热液喷口,它们可能会提供局部的热量和营养物质,就像地球上的海洋一样。在这些环境中普遍存在一种叫做产甲烷菌的微生物。产甲烷菌代谢二氢气和二氧化碳,然后释放甲烷作为副产品。由于这三种物质都被发现存在于恩克拉多斯的喷射物中,这可能表明月球的海洋中发生了类似的生态系统。正如费雷尔所说:“最简单的生物是产甲烷菌,它们即使在没有阳光的情况下也能自我发电。”

NASA的卡西尼号航天器拍摄了这张恩克拉多斯南极冰喷的照片,该照片最初由NASA于2010年2月2日发布。图像由NASA/JPL-Caltech/空间科学研究所提供。

计算恩克拉多斯海洋中的生物量

如果恩克拉多斯的海洋中存在类似于甲烷菌的微生物(特别是在温泉口附近),那么可能会有多少呢?费雷尔和他的同事模拟了可能存在的甲烷菌生物量。生物量是生物有机物的总量。他们还探讨了这些生物量有多少可能随着喷流被喷射到太空中。安福侯德解释说:“与地球相比,这可能并不多。我们假定细胞的丰度只相当于恩克拉多斯海洋中一只鲸鱼的生物量,毕竟恩克拉多斯的生物圈可能非常稀疏。但我们的模型表明,这一方法足够高效,可以为飞行器上的仪器提供足够的有机分子或细胞。”

这篇论文还指出:“这种方法还可以用于对生态系统预期生物量库存和生产进行量化,并评估从收集喷流材料中其可检测性。我们发现,虽然恩克拉多斯海洋中的假定生物圈可能很小(<10吨碳),但可测量的细胞和有机物仍有可能进入喷流中。”

即使只有微小的有机分子或细胞,未来对恩克拉多斯的探测任务仍有很大的可能找到它们。如果没有找到,也仍然可以发现氨基酸或甘氨酸。值得注意的是,如果这些氨基酸超过一定量,那也是一种良好(虽然更间接)的生命标志。

该论文还指出,如果需要,着陆器还可以收集落在恩克拉多斯表面的喷流颗粒。或者,在飞行器穿越喷流时进行收集。

未来任务

2018年,宇航局宣布支持由私人资助的返回土卫六的任务。空间局(ESA)也提出了一项名为太空城的返回任务计划。该任务的仪器将研究和分析土卫六的表面和羽流。太空城将在13.5年的名义期限内进行多次飞越土卫六。

土卫六上是否真的有生命?正如费雷尔所说,只有一种方法可以找出答案:回到土卫六并进行探索。

安福侯德还警告说,结果可能仍不确定:“实际上,细胞被发现的可能性很小,因为它们必须在从深海到太空的羽流中经历排气的过程。对于微小的细胞来说,这是一段相当漫长的旅程。捕获到外星世界上活细胞的确凿证据可能会越来越难以获得。在那之前,不能排除土卫六上存在生命的可能性。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:董美慧

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亚利桑那大学的研究人员去年年底指出,如果在恩塞拉达斯卫星上存在生命,有一种更简单的方法可以发现生命的迹象
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生物量是生物有机物的总量。他们还探讨了这些生物量有多少可能随着喷流被喷射到太空中。
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