如何在土衛六上尋找生命？科學家發現新方法

這是一幅藝術家概念圖，描繪了卡西尼號探測器正從土星衛星恩塞拉達斯及其水蒸汽噴射口上空飛越的情形。卡西尼號于2004年至2017年間繞行土星，多次穿過噴射口並分析其成分。但它並沒有最終證明恩塞拉達斯存在生命，未來專門尋找生命的任務可能會有所突破。圖片來自NASA/JPL-Caltech。

土星的衛星恩塞拉達斯是太陽系中搜尋外星生命最具前景的地方之一。在其外層冰殼下方，有一片類似地球海洋的全球性鹹水海洋。尋找這種可能存在生命的證據具有挑戰性，因爲利用鑽探探頭進入海洋的方法需要穿過幾英裏厚的固體冰層。

亞利桑那大學的研究人員去年年底指出，如果在恩塞拉達斯衛星上存在生命，有一種更簡單的方法可以發現生命的迹象。就是通過軌道飛行器來取樣月球的水蒸氣噴流。這些噴流（至少100個）從下方的海洋噴發，並經由被稱爲“老虎條紋”的巨大裂縫穿過恩塞拉達斯南極的表面進入太空。

2023年1月4日，米歇爾·斯塔爾在《科學警告》上撰寫了這個有趣的提議。2022年12月13日，研究人員在《行星科學雜志》上發表了他們的新同行評審論文。

恩克拉多斯的壯觀噴流

由于恩克拉多斯的海洋被冰層所覆蓋，就像木衛二歐羅巴一樣。因此在海洋中尋找生命似乎需要通過鑽穿冰層來到達海洋。但這肯定會很困難。

亞利桑那大學的高級作者雷吉·費雷爾表示：“顯然，讓機器人爬行穿過冰裂縫，然後深潛到海底並不容易。”

但恩克拉多斯很特別，因爲它爲科學家提供了一種獨特的透視其內部的方式，無需進行鑽探。它通過噴流實現這一點：這些噴流是巨大的間歇泉，從恩克拉多斯南極地區的巨大裂縫中噴出水蒸氣。

NASA的卡西尼號飛船在繞行土星的軌道上多次飛越恩克拉多斯時首次發現了這些噴流。卡西尼號的數據表明，這些噴流很可能來自于地下海洋（現在被大多數科學家所認可）。此外，卡西尼號實際上多次直接飛行穿過噴流，采集了水蒸氣並進行了分析。結果發現內含豐富的成分，包括水蒸氣、冰粒子、氨、甲烷、各種有機分子、二氫和二氧化碳。

雖然卡西尼號上並沒有可以在恩克拉多斯上尋找生命的設備，但它在噴流中發現的東西是令人著迷的，爲海洋生物的棲息性提供了線索。科學家現在認爲，按照地球的標准，恩克拉多斯的海洋可能非常適合居住。甚至現在已經有活躍海底熱泉的證據。

尋找恩克拉多斯上生命的更簡單方法

這項新研究是由亞利桑那大學的安東尼·安福侯德教授（在進行研究時，他曾在法國巴黎高等理工學院就職）帶領的研究團隊提出的。他們認爲，與其鑽進數英裏厚的冰層，不如從噴流中尋找生命證據，這一方法更加簡單。

即使只是微生物，但在恩克拉多斯上發現生命也將是一個曆史性的成就。這是一個與地球生態系統完全分開的外星生態系統。

新提案建立在卡西尼號發現的基礎上。另一艘航天器可以再次采樣恩克拉多斯的噴流，但這次需要配備用于檢測活躍生物學證據的特定儀器。《科學警告》引用了費雷爾的話：“從噴流中收集的數據可以從一個更爲准備充分和先進的軌道航天器中獲得。我們的團隊現在已經發現，這種方法足以自信地確定恩克拉多斯的海洋中是否存在生命，而不必實際探測月球的深處。這是一個激動人心的前景。”

安福侯德補充說：“我們的研究表明，如果恩克拉多斯的海洋中存在生物圈，那麽在不需要著陸或鑽探的情況下，可以在噴流材料中檢測到其存在的迹象。但是這樣的任務需要一艘軌道飛行器多次飛越噴流，以收集大量的海洋材料。”

恩克拉多斯海洋中存在産甲烷生物？

科學家表示，在恩克拉多斯的海洋中存在的任何生命都可能非常簡單。在這個深不可測的深淵中沒有陽光，也沒有多少熱量。但在地球上，許多類型的生物生活在深海中。如果恩克拉多斯海底確實存在熱液噴口，它們可能會提供局部的熱量和營養物質，就像地球上的海洋一樣。在這些環境中普遍存在一種叫做産甲烷菌的微生物。産甲烷菌代謝二氫氣和二氧化碳，然後釋放甲烷作爲副産品。由于這三種物質都被發現存在于恩克拉多斯的噴射物中，這可能表明月球的海洋中發生了類似的生態系統。正如費雷爾所說：“最簡單的生物是産甲烷菌，它們即使在沒有陽光的情況下也能自我發電。”

NASA的卡西尼號航天器拍攝了這張恩克拉多斯南極冰噴的照片，該照片最初由NASA于2010年2月2日發布。圖像由NASA/JPL-Caltech/空間科學研究所提供。

計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類似于甲烷菌的微生物（特別是在溫泉口附近），那麽可能會有多少呢？費雷爾和他的同事模擬了可能存在的甲烷菌生物量。生物量是生物有機物的總量。他們還探討了這些生物量有多少可能隨著噴流被噴射到太空中。安福侯德解釋說：“與地球相比，這可能並不多。我們假定細胞的豐度只相當于恩克拉多斯海洋中一只鯨魚的生物量，畢竟恩克拉多斯的生物圈可能非常稀疏。但我們的模型表明，這一方法足夠高效，可以爲飛行器上的儀器提供足夠的有機分子或細胞。”

這篇論文還指出：“這種方法還可以用于對生態系統預期生物量庫存和生産進行量化，並評估從收集噴流材料中其可檢測性。我們發現，雖然恩克拉多斯海洋中的假定生物圈可能很小（<10噸碳），但可測量的細胞和有機物仍有可能進入噴流中。”

即使只有微小的有機分子或細胞，未來對恩克拉多斯的探測任務仍有很大的可能找到它們。如果沒有找到，也仍然可以發現氨基酸或甘氨酸。值得注意的是，如果這些氨基酸超過一定量，那也是一種良好（雖然更間接）的生命標志。

該論文還指出，如果需要，著陸器還可以收集落在恩克拉多斯表面的噴流顆粒。或者，在飛行器穿越噴流時進行收集。

未來任務

2018年，美國宇航局宣布支持由私人資助的返回土衛六的任務。歐洲空間局（ESA）也提出了一項名爲太空城的返回任務計劃。該任務的儀器將研究和分析土衛六的表面和羽流。太空城將在13.5年的名義期限內進行多次飛越土衛六。

土衛六上是否真的有生命？正如費雷爾所說，只有一種方法可以找出答案：回到土衛六並進行探索。

安福侯德還警告說，結果可能仍不確定：“實際上，細胞被發現的可能性很小，因爲它們必須在從深海到太空的羽流中經曆排氣的過程。對于微小的細胞來說，這是一段相當漫長的旅程。捕獲到外星世界上活細胞的確鑿證據可能會越來越難以獲得。在那之前，不能排除土衛六上存在生命的可能性。

BY:Paul Scott Andersonand

FY:董美慧

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