恩塞拉多斯本应是一个冰封的世界，一个死寂的固体冰块，在无尽的轨道上围绕土星运行。但当卡西尼号探测器在 2004 年至 2017 年间访问该系统时，它发现了一颗活跃的卫星，字面意义上正以水、氢气和甲烷“迸发”。这三种物质在地球的海洋中通常与生命息息相关。
但恩塞拉多斯并非地球，行星科学家无法确定如何解释这颗土星卫星喷射到太空中的奇特分子混合物。它们是外星化学反应还是外星生物学的结果？研究人员仍然不确定。恩塞拉多斯可能存在也可能不存在外星“产甲烷菌”——即吞噬氢气和二氧化碳并排出甲烷的微生物。但由一个生物学家团队进行的、昨天发表在《自然-天文学》上的新分析表明，仅凭最明显的化学反应，不可能产生如此大量的甲烷。
“产甲烷菌可以解释甲烷的产生量，”位于巴黎高师的生态学博士生、这项新研究的首席作者 Antonin Affholder 说。
冰层下的世界
2006 年，当卡西尼号探测到喷射到太空中的水喷泉时，恩塞拉多斯冰壳隐藏着海洋的第一个确凿证据出现了。
十年后，探测器在绕恩塞拉多斯飞行时，直接冲入了其中一个水喷流——距离月球表面仅 30 英里。在这次大胆的俯冲中，探测器采集了喷射到太空中的分子，本质上是“嗅”了海洋的喷雾。
它闻到了水，还伴有氢气和甲烷的味道。研究人员确定，氢气并非生命存在的迹象，而是生命存在的潜力。它很可能来自深海热液喷口。地球上的这些喷口遍布微生物群落，它们以氢气为食。这些地点甚至被认为是地球生命起源的摇篮。
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然后就是那些甲烷。许多以深海热液喷口为家的古老生命形式会吞噬氢气和二氧化碳（CO2），并产生甲烷（CH4），因此得名产甲烷菌。随着发现的几个分子，卡西尼号证明了恩塞拉多斯几乎拥有维持简单生物舒适生存所需的一切——水、热量和食物。
但证据完全是间接的。地球上的甲烷除了微生物消化外，还来自各种化学反应。研究人员对卡西尼号发现的大量氢气感到困惑：一个宜居的恩塞拉多斯充满了潜在的食物，但似乎没有人吃它。
神秘的甲烷
Affholder 和他的生物学同事们决定将他们对种群和生态系统的理解应用于这个问题，并着手重现恩塞拉多斯海洋与岩石核心相遇的可能存在的所有环境。
他们从最明显的非生物甲烷来源开始。在热水与某些矿物质（例如在深海热液喷口）接触的地方，一种称为“蛇纹石化”的过程会产生氢气。然后，其他化学反应可以将氢气和二氧化碳结合成甲烷，就像产甲烷菌一样。利用近期实验中精确测定的蛇纹石化速率数据，该小组计算出恩塞拉多斯可能自行产生的氢气和甲烷的合理范围。
然后，该团队考虑如果恩塞拉多斯有产甲烷菌的帮助，这个氢气和甲烷的范围会如何变化。研究人员使用地球上的真实生物进行了建模，以使他们对恩塞拉多斯生命的猜测更加合理。“我们不能凭空想象，”Affholder 说。“我们必须根据已知的事实来确立假设。”
最后，他们使用一种称为贝叶斯分析的统计框架来比较两组理论上的恩塞拉多斯的可能性。他们发现，要产生卡西尼号在喷射过程中检测到的甲烷量，仅仅依靠以蛇纹石化为首的化学反应链是不够的。
Affholder 表示，“第一个假设完全被排除，”其“得分是零”。
研究人员还发现，大量的氢气正是人们可能预期的被生命居住的恩塞拉多斯会喷发出来的。这些分子聚集在离喷口很近的一个区域，那里温度太高，以至于已知的产甲烷菌无法生存。任何生物最有可能在离喷口安全距离的地方啃食分子，而这不会对总氢气量产生太大影响。
未知之未知
Affholder 强调，他团队的结果并不意味着恩塞拉多斯充满了排放甲烷的微生物。但这确实意味着似乎存在一个未知的来源正在产生这种分子。
例如，甲烷可能从核心冒出来。如果这颗卫星主要由相互碰撞的彗星形成，它应该富含橡胶状的富碳物质，这些物质在加热时会分解成甲烷。或者可能存在某种完全未预料到的过程。研究人员对月球冰壳下方的环境一无所知。
Affholder 说：“我们不知道恩塞拉多斯的起源。我们不知道恩塞拉多斯的年龄。我们不知道甲烷的确切性质。”
通过间接推断进行外星探索
在可预见的未来，不会有登陆器钻探数英里厚的异星冰层，因此希望了解恩塞拉多斯发生情况的研究人员只能依靠远距离测量。
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一种策略是检查喷出的甲烷类型。如果其碳原子最初来自彗星，经过数十亿年在月球核心中被埋藏，那么它们的重量可能与微生物消耗和排出的碳原子不同。一次配备升级仪器的卡西尼号后续任务可能能够区分这两种情况。
Affholder 说：“为了了解更多，我们可能需要一次考察甲烷的任务。”
但由于没有新的探测器前往土星系统，研究人员正将注意力转向另一颗冰卫星——木星的欧罗巴。今年晚些时候发射后，詹姆斯·韦伯太空望远镜可能能够分辨出那里的喷泉成分。一个能够直接采样喷流的轨道器，就像卡西尼号所做的那样，也正在研发中。欧罗巴本身可能宜居，如果它不宜居，回答有关其历史的一些基本问题可以为它冰冷的表亲提供背景信息。
Affholder 和他的合作者也正在开发类似的分析方法，以计算系外行星上外星生命的可能性，那里的氧气、二氧化碳和其他气体的混合大气比恩塞拉多斯的分子更复杂，更难解读。他们的工作预示着一个天体生物学时代，任何外星生命的发现都不会是“罪证确凿”的惊叹，而是 successive 统计分析的“证据逐渐积累”。
