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寻找外星生命变得更难——但也更令人鼓舞

土星令人惊讶的卫星拓宽了科学家们关于可能发现地外生命的地方的思路。

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NASA/JPL/Thomas Romer/Gordan Ugarkovic

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在土星众多卫星中——迄今已发现61颗——有两颗特别奇特的卫星正吸引着行星科学家的想象力。大量的发现表明,巨大的泰坦(直径3200英里,比水星还大)和微小的恩塞拉多斯(只有泰坦的十分之一大小)是出乎意料地复杂的世界,使它们成为我们太阳系中最有希望寻找原始化学甚至生命本身的地外地点。过去几个月的 Thus.Research 进一步激发了人们的兴奋,既有恩塞拉多斯液态水的最新线索,也揭示了泰坦上的乙烷湖和甲烷雨。

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2005年,在探索土星系统时,卡西尼号航天器做出了一项惊人的发现:恩塞拉多斯上的冰火山喷射出水蒸气和冰,可能来自地表下的液态水源。今年7月,研究卡西尼号质谱仪数据的研究人员宣布,这些冰屑含有氨,一种强效的防冻剂,可以在靠近喷口测得的极低温度(零下136华氏度)下保持水的液态。一个月前,德国和英国的天文学家报告说,这些喷流中的冰粒中含有高达2%的钠盐。如此高的盐浓度表明存在一个埋藏的液态水库。(长期冰冻的冰中钠含量很低,但一个持续存在的地下湖泊会因溶解的矿物质而变咸,就像地球上的海洋一样。)

直到20世纪80年代初,科学家们还认为恩塞拉多斯是一个冰冷、死寂的世界。然后,旅行者号探测器揭示了它拥有一个地质活跃的地表,并且它围绕着土星最外层光环最密集的部分运行。这些证据促使两位研究人员提出,恩塞拉多斯的地表喷口从地壳下方喷出液态水,为光环提供了碎片。近30年后,他们当时的假设——被认为是高度推测性的——看起来具有预见性,但科学家们仍然对恩塞拉多斯上的实际情况知之甚少。德国海德堡马克斯·普朗克核物理研究所的行星科学家、钠研究的主要作者弗兰克·波斯特伯格说:“很明显存在液态水,但我们不确定有多少。”科学家们仍然需要弄清楚这些水体是孤立的还是连接到一个更大的海洋。与波斯特伯格的研究同时发布的另一项研究的作者认为,任何重要的海洋可能都位于月球表面之下很深的地方。

与恩塞拉多斯最近的声名鹊起相比,巨大的泰坦及其朦胧的橙色大气层长期以来一直吸引着天文学家。2005年,卡西尼号派遣了惠更斯号探测器登陆泰坦,揭示了类似地球的泥泞河流和布满石头的表面。约翰霍普金斯大学应用物理实验室的伊丽莎白·塔特尔说:“对于这样一个陌生的星球,那些图像竟然如此熟悉,真是令人惊讶。”此后,卡西尼号利用雷达和红外成像仪穿透厚厚的大气层,揭示了一个复杂的地质和化学世界。亚利桑那大学图森分校的行星科学家罗伯特·布朗说:“泰坦是一个完整的系统,它应有尽有。”

去年,布朗和他的团队发现泰坦至少有一个碳氢化合物湖,这是在另一个星球上发现地表液体的第一个直接证据。在成像显示一个黑暗斑点出现在本应明亮的景观上后,科学家们分析了该特征反射的阳光,发现它是由液态乙烷组成,可能混有液态甲烷。研究人员正在观察这个湖泊和其他可能的液体沉积物,以了解它们随时间的推移如何变化;一项最新研究表明,一些湖泊是季节性的水库,在强烈的甲烷雨暴中被填满。加州大学伯克利分校的研究人员观察到了这种雨的发生,研究了云的透明度变化,因为它们释放出甲烷液滴。许多科学家认为,甲烷在泰坦上循环,就像水在地球上循环一样,经历蒸发、凝结和降水的循环。

在我们的星球上,生命会补充甲烷等有机分子的供应。泰坦的甲烷循环可能不是由生物驱动的,但研究那里的化学反应可能为数十亿年前导致地球生命出现的进程提供线索。由于土星绕太阳公转的轨道很慢,约30年,8月标志着卡西尼号在泰坦上观测到的第二个土星季节的开始。现在,研究人员已经对土星南半球夏季的泰坦有了很好的了解,他们希望看到随着当地秋季和冬季的到来事物如何变化——但这只有在NASA选择延长卡西尼号的资金,而资金将于2010年夏天到期的情况下才会发生。目前,科学家们不得不满足于今年计划的五次泰坦飞掠,以及在明年7月之前再进行九次飞掠。

无论NASA做什么,卡西尼号都重新定义了我们对太阳系外围的认知。曾经被认为是贫瘠的世界,却拥有复杂的地质过程,这很可能是由巨大的土星的引力推拉产生的热量驱动的。天文学家们现在正在研究证据,表明土星的另外两颗卫星——狄俄涅和伊阿珀托斯——也可能活跃,从它们的表面释放气体。布朗说:“无论你往哪里看,土星似乎都是一个宝库。”

NASA/JPL/Space Science Institute | NULL

卡西尼号对泰坦和恩塞拉多斯的 अध्ययन has impact extends far beyond Saturn; the findings have also changed the rules of the search for alien life. Recent surveys of faraway stars have focused on finding Earth-size objects orbiting in what is known as the habitable zone, the region where liquid water could presumably exist on the planet or moon's surface. With the realization that a little moon, 10 times farther from the sun than Earth, likely hosts liquid water, and that a similarly frigid object sustains an atmosphere and complex organic chemistry, scientists are dropping their preconceptions. Life could exist in many different settings, it seems—perhaps even elsewhere in our solar system.


热词

宜居带:被确定为最适宜生命生存的空间区域。它可能拥有液态水、有机分子以及驱动化学过程的能源。

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冰火山:喷发冻结挥发性化合物的外星火山;存在于木星、土星和海王星的卫星上。

甲烷:一种简单的有机分子(CH4),存在于泰坦的大气层和恩塞拉多斯上的冰喷流中。

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质谱仪:一种通过测量气体分子的质量来确定其化学成分的仪器。卡西尼号的质谱仪最近在从恩塞拉多斯喷出的喷流中检测到了氨。

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