人類“最宜居”星球找到：具備生命所需全部條件

兩項(xiàng)開展已久的NASA任務(wù)為我們提供了木星和火星衛(wèi)星的新信息，進(jìn)一步凸顯了太陽(yáng)系和其它星系中“海洋星球”的科學(xué)價(jià)值。此次探測(cè)結(jié)果要?dú)w功于NASA的卡西尼號(hào)探測(cè)器和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，于美國(guó)時(shí)間4月13日發(fā)布。

參與卡西尼號(hào)任務(wù)的科學(xué)家在論文中宣布，他們?cè)谕列l(wèi)二表面發(fā)現(xiàn)了一種可供生命利用的化學(xué)能量形式。哈勃望遠(yuǎn)鏡的研究人員則匯報(bào)了木衛(wèi)二表面噴出的羽狀物的最新細(xì)節(jié)。

“我們一直在尋找擁有宜居環(huán)境所需物質(zhì)的星球，而這是我們離這一目標(biāo)最近的一次?！盢ASA科學(xué)任務(wù)董事會(huì)副行政官托馬斯·澤爾布肯（Thomas Zurbuchen）表示，“這些觀測(cè)結(jié)果體現(xiàn)了NASA科學(xué)任務(wù)的本質(zhì)：弄清我們是否為宇宙中唯一的生命?！?/p>

卡西尼號(hào)任務(wù)的論文被發(fā)表在期刊《科學(xué)》上。論文中指出，土衛(wèi)二海床中的地?zé)峄顒?dòng)產(chǎn)生的氫氣正源源不斷地涌入地下海，而氫氣可作為生命的化學(xué)能來(lái)源。

土衛(wèi)二中富含氫氣，說(shuō)明若地下海中存在微生物，便可將氫氣與溶解在海水中的二氧化碳結(jié)合，從中獲取能量。這一化學(xué)反應(yīng)被稱作“產(chǎn)甲烷作用”（methanogenesis），因?yàn)榉磻?yīng)過(guò)程中會(huì)生成副產(chǎn)品甲烷，而甲烷恰好是地球上的生命之源，甚至可能對(duì)地球生命起源起到了至關(guān)重要的作用。

就我們所知，生命需要三種必要成分：液態(tài)水，新陳代謝的能量來(lái)源，以及合適的化學(xué)元素，主要包括氫、氦、氧、磷、硫。此次卡西尼號(hào)的探測(cè)結(jié)果顯示，土衛(wèi)二雖然體積袖珍、冰雪遍布，距太陽(yáng)距離比地球多達(dá)一百多萬(wàn)公里，卻幾乎擁有上述的全部物質(zhì)。卡西尼號(hào)尚未確定土衛(wèi)二海洋中是否存在磷和硫，但科學(xué)家猜測(cè)答案是肯定的，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為土衛(wèi)二巖質(zhì)內(nèi)核的化學(xué)成分與含有這兩種元素的隕石相似。

“在我們搜尋宜居星球的過(guò)程中，確認(rèn)土衛(wèi)二海洋中存在生命所需的化學(xué)能具有里程碑式的意義?！盢ASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室參與卡西尼號(hào)任務(wù)的科學(xué)家琳達(dá)·斯皮爾克（Linda Spilker）指出。

這張合成圖片中顯示了兩年間從木衛(wèi)二同一地點(diǎn)噴出的羽狀物。兩縷羽狀物均由哈勃望遠(yuǎn)鏡在紫外光下拍攝。木衛(wèi)二從木星前方穿過(guò)時(shí)，可清晰顯示出大氣活動(dòng)輪廓。

綠色橢圓中為哈勃望遠(yuǎn)鏡在木衛(wèi)二表面拍到的羽狀物。這一區(qū)域溫度高于其它地區(qū)。該熱量圖以伽利略號(hào)探測(cè)器的觀測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)繪制。

卡西尼號(hào)探測(cè)器上一次穿越土衛(wèi)二表面由氣體和冰粒構(gòu)成的羽狀物是在2015年10月28日，也是目前為止最為深入的一次。在此過(guò)程中，卡西尼號(hào)探測(cè)到了氫氣的存在。在此前穿越羽狀噴流時(shí)，該探測(cè)器還收集了其成分樣本?？茖W(xué)家分析這些觀測(cè)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，羽狀物由近98%的水和約1%的氫氣構(gòu)成，其余成分則包括二氧化碳、甲烷和氨氣等其它分子。

上述測(cè)量結(jié)果要?dú)w功于卡西尼號(hào)探測(cè)器的離子與中性粒子質(zhì)譜儀（INMS），該儀器可對(duì)氣體進(jìn)行分析，確定氣體成分。離子與中性粒子質(zhì)譜儀還收集過(guò)土衛(wèi)六的上層大氣樣本。自從卡西尼號(hào)于2005年在土衛(wèi)六表面發(fā)現(xiàn)一縷從南極附近的熾熱裂隙中噴出的冰粒之后，科學(xué)家便將目光轉(zhuǎn)向了體積更小的土衛(wèi)二。

卡西尼號(hào)并非為尋找土衛(wèi)二表面羽狀物中的生命跡象而設(shè)計(jì)。事實(shí)上，在卡西尼號(hào)抵達(dá)火星之前，科學(xué)家并不知道土衛(wèi)二表面存在羽狀噴流。

“雖然我們無(wú)法探測(cè)其中是否存在生命，但我們?cè)谄渲邪l(fā)現(xiàn)了生命的能量來(lái)源。對(duì)于細(xì)菌而言，這里就像糖果店一樣?！笨ㄎ髂崽?hào)研究的主要作者亨特·懷特（Hunter Waite）表示。

最新探測(cè)結(jié)果說(shuō)明土衛(wèi)二海洋中存在地?zé)峄顒?dòng)。此前于2015年3月發(fā)布的探測(cè)結(jié)果顯示，熱水可與海底巖石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。最新結(jié)果驗(yàn)證了這一結(jié)論，還提供了新信息：這一化學(xué)反應(yīng)可產(chǎn)生氫氣。

另一篇論文發(fā)表在《天體物理學(xué)研究通訊》（Astrophysical Journal Letters）上，其中詳細(xì)介紹了哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果。2014年，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)二表面存在羽狀結(jié)構(gòu)。而自2016年以來(lái)，哈勃望遠(yuǎn)鏡觀察到同一地點(diǎn)一直有羽狀物噴出。這些圖片說(shuō)明，木衛(wèi)二表面的羽狀物或許的確存在，在同一地區(qū)反復(fù)現(xiàn)身。

在最新拍攝的照片中，從木衛(wèi)二表面噴出的羽狀物高達(dá)100公里，而2014年觀察到的僅有50公里左右。兩次現(xiàn)象都位于木衛(wèi)二地表一處異常溫暖的區(qū)域，從其特征來(lái)看，可能是木衛(wèi)二冰殼上的裂隙，于上世紀(jì)90年代由NASA伽利略號(hào)探測(cè)器率先發(fā)現(xiàn)。研究人員猜測(cè)，就像土衛(wèi)二一樣，這可能是水從衛(wèi)星內(nèi)部噴出的證據(jù)。

“土衛(wèi)二上的羽狀物與溫度較高的區(qū)域間存在關(guān)聯(lián)，因此哈勃望遠(yuǎn)鏡在木衛(wèi)二上拍到類似的羽狀結(jié)構(gòu)之后，我們也找出了伽利略號(hào)拍攝的熱量圖，看看這一地區(qū)情況如何。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)二羽狀物所處區(qū)域也存在熱量異?，F(xiàn)象?！泵绹?guó)巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的威廉·斯巴克斯（William Sparks）指出。斯巴克斯在2014年和2016年都領(lǐng)導(dǎo)了針對(duì)羽狀物的研究。

研究人員稱，如果羽狀物與高溫地區(qū)間的確存在聯(lián)系，或許說(shuō)明從冰殼下方噴出的水正是附近地表的熱源。還有一種理論認(rèn)為，羽狀物中的水噴入高空之后，以細(xì)水霧的形式落回地表，改變了地表結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了該地區(qū)的保溫效果。

在2014年和2016年的觀測(cè)任務(wù)中，該團(tuán)隊(duì)都利用了哈勃望遠(yuǎn)鏡的影像攝譜儀（STIS），在紫外光下對(duì)羽狀物進(jìn)行拍攝。當(dāng)木衛(wèi)二從木星前方經(jīng)過(guò)時(shí)，木衛(wèi)二邊緣的大氣活動(dòng)可遮擋投向木星的光線，因此影像攝譜儀能夠拍下其輪廓。斯巴克斯及研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)利用哈勃望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)木衛(wèi)二，尋找更多羽狀物，希望以此確定羽狀物出現(xiàn)的頻率。

未來(lái)NASA將對(duì)其它海洋星球開展進(jìn)一步探索，這要?dú)w功于哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)木衛(wèi)二羽狀物活動(dòng)的檢測(cè)、以及卡西尼號(hào)對(duì)土衛(wèi)二羽狀物的長(zhǎng)期觀察。值得一提的是，兩項(xiàng)任務(wù)都為NASA的“木衛(wèi)二快艇”號(hào)任務(wù)（Europa Clipper）打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“若和我們猜測(cè)的一樣、木衛(wèi)二上的確存在羽狀物，‘木衛(wèi)二快艇’任務(wù)便是研究它們的絕佳契機(jī)?！盢ASA行星科學(xué)分部主管吉姆·格林（Jim Green）指出。

借助哈勃望遠(yuǎn)鏡，我們發(fā)現(xiàn)了這片存在間歇性羽狀活動(dòng)的區(qū)域，這無(wú)疑為歐羅巴任務(wù)提供了一處誘人的探測(cè)目標(biāo)，使各種強(qiáng)大的科學(xué)儀器有了用武之地。此外，與斯巴克斯共同參與哈勃望遠(yuǎn)鏡木衛(wèi)二研究的共同作者們正準(zhǔn)備研發(fā)一臺(tái)用于“木衛(wèi)二快艇”任務(wù)的強(qiáng)大紫外線攝像機(jī)。該攝像機(jī)所做的探測(cè)工作與哈勃望遠(yuǎn)鏡類似，但距離近了數(shù)千倍。卡西尼號(hào)離子與中性粒子質(zhì)譜儀團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家也在研發(fā)該儀器的升級(jí)版，大大提高其敏感度，亦將在“木衛(wèi)二快艇”任務(wù)中發(fā)揮作用。

圖為2015年卡西尼號(hào)穿越土衛(wèi)二羽狀物時(shí)的情景?？ㄎ髂崽?hào)探測(cè)器和哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)海洋星球的最新觀測(cè)結(jié)果有助于我們?cè)谖磥?lái)搜尋外星生命。

圖為卡西尼號(hào)任務(wù)科學(xué)家分析出的土衛(wèi)二海底巖石與海水間產(chǎn)生氫氣的化學(xué)反應(yīng)。