

从太空看,土星的卫星恩克拉多斯似乎并非适宜生命生存的地方。它冰冷的表面覆盖着厚厚的冰层,遍布陨石坑和喷发冰晶的活跃的冰火山。但科学家们认为,在这层冰冷的表层之下,隐藏着一个咸水海洋。凭借海底地热喷口提供的能量,以及一些恰当的化学成分,这里或许能为生命进化和繁衍提供一个场所。对NASA卡西尼号任务数据的最新分析表明,这颗卫星理论上拥有支持生命存在的全部化学物质。
根据周三发表在《自然》杂志上的一项国际研究,从恩克拉多斯喷发的羽状物中含有磷。研究人员通过分析“卡西尼”号探测器在长达13年的土星系统探测中收集的数据,发现了磷元素。这是首次在地表非地球的海洋中发现这种生命必不可少的元素。
“磷酸盐形式的磷对于地球上所有生命都至关重要,”研究作者、柏林自由大学行星科学家弗兰克·波斯特伯格表示。“没有磷酸盐,我们所知的生命将不复存在。而且,我们没有理由认为恩克拉多斯上可能存在的生命(如果存在的话)会与地球生命根本不同。”
这一发现并未提供恩克拉多斯存在外星生命的任何证据。但磷元素的存在消除了可能在那里进化的生命所面临的一个主要障碍。波斯特伯格指出,此前的研究曾暗示恩克拉多斯的海洋可能不含磷。这一发现改变了科学家们对这颗卫星潜在宜居性的看法,并可能指导对其他拥有地下海洋的冰卫星(如木星的卫星欧罗巴)的研究。
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“卡西尼”号探测器于1997年发射,2004年抵达土星。它在那里研究土星的环带和其卫星,直到2017年任务结束时,NASA命令该探测器冲入土星大气层销毁。在其任务期间,“卡西尼”号多次飞越恩克拉多斯,包括2005年的一次近距离飞掠,当时该探测器发现了冰物质羽状喷流,捕获了这颗卫星喷射出的冰晶。这些羽状喷流很可能代表着海洋水逃逸到太空——行星科学家认为,在这颗卫星的冰壳下存在一个全球性的液态水海洋。
波斯特伯格表示,研究人员在“卡西尼”号任务期间主要分析了冰粒数据,以寻找无机和有机化合物。但在2017年,他的研究团队获得了欧洲研究理事会的资助,用于检查更大范围的恩克拉多斯冰粒数据。经过四年的工作,他们以盐的形式发现了磷:磷酸盐。
NASA喷气推进实验室的天体生物学家摩根·凯布尔(Morgan Cable)表示,磷是人类已知的生命存在所需的六种关键元素之一,她并未参与这项研究。其他五种关键元素是碳、氢、氮、硫和氧。“这些元素结合成不同的有机分子,就能产生细胞维持生命所需的生物化学反应,”凯布尔说。
磷酸盐尤为重要,因为它是DNA分子的骨架。它也是细胞膜和三磷酸腺苷(ATP)的关键组成部分,ATP为细胞活动提供能量。“这是所有已知生命体的能量携带分子,是能量货币,”凯布尔说,这种结构很可能被恩克拉多斯上出现的任何生命体所使用,尽管可能与其他元素的组合方式不同。
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根据亚利桑那州立大学的行星地球化学家、周三发表在《自然》杂志上对该研究的评论作者米哈伊尔·佐洛托夫(Mikhail Zolotov)的说法,恩克拉多斯的海洋在化学成分上与地球有所不同。“在我们的海洋中,主要是食盐,也就是氯化钠,”佐洛托夫说。而在恩克拉多斯上,盐是小苏打——和厨房里的一样。
凯布尔表示,地球上许多海洋生物完全可以在恩克拉多斯的水体中生存。但是,如果生命已经进化,或者未来在冰冷的卫星上进化出来,它们很可能将是微生物,而不是外星版的鱼或鲸鱼。这与恩克拉多斯海洋的化学成分关系不大,而更多地与那里可供生命利用的能量有关。
“在地球上,所有生命体直接或间接使用的主要能源是阳光。你要么直接进行光合作用,要么吃掉进行光合作用的植物,或者吃掉吃植物的动物,”她说。阳光无法穿透冰冷的卫星外壳到达其内部的水域,因此能量很可能来自地热源——“卡西尼”号捕获的冰晶结构表明,这些晶体是在海洋海底接近地热喷口的地方形成的,那里是水与岩石内部的交汇处。
“如果你比较一下从地热中获得的能量总量和从阳光中获得的能量总量,那简直是天壤之别,”凯布尔说。“这意味着你只能支持一个微生物群落,或者拥有少数几个能量需求更高的生物。”恩克拉多斯鲸鱼并非完全不可能,但“可能只有一条孤独的鲸鱼独自唱着悲伤的歌,”她笑着说。“那该多糟糕?”
要了解恩克拉多斯上是否存在任何生命,还需要一次新的任务。目前还没有立即的计划,尽管具有影响力的《天体生物学十年调查》报告推荐在未来10年内进行一次NASA旗舰任务前往恩克拉多斯。
但有两个任务正前往与恩克拉多斯相似的世界。欧洲空间局的木星冰卫星探测器(JUICE)任务已于4月发射,将于2031年抵达木星,研究这颗气态巨星及其冰冷的卫星盖尼米德、卡利斯托和欧罗巴。2024年,NASA将发射欧罗巴快船任务,该任务应于2030年抵达该卫星。恩克拉多斯上的最新发现,让人对其他冰冷表面之下可能潜藏的事物有了诱人的 glimpse:这三颗卫星都被认为含有地下海洋。