人類“最宜居”星球找到：具備生命所需全部條件

兩項開展已久的NASA任務為我們提供了木星和火星衛(wèi)星的新信息，進一步凸顯了太陽系和其它星系中“海洋星球”的科學價值。此次探測結果要歸功于NASA的卡西尼號探測器和哈勃太空望遠鏡，于美國時間4月13日發(fā)布。

參與卡西尼號任務的科學家在論文中宣布，他們在土衛(wèi)二表面發(fā)現了一種可供生命利用的化學能量形式。哈勃望遠鏡的研究人員則匯報了木衛(wèi)二表面噴出的羽狀物的最新細節(jié)。

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

卡西尼號任務的論文被發(fā)表在期刊《科學》上。論文中指出，土衛(wèi)二海床中的地熱活動產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能來源。

土衛(wèi)二中富含氫氣，說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合，從中獲取能量。這一化學反應被稱作“產甲烷作用”（methanogenesis），因為反應過程中會生成副產品甲烷，而甲烷恰好是地球上的生命之源，甚至可能對地球生命起源起到了至關重要的作用。

就我們所知，生命需要三種必要成分：液態(tài)水，新陳代謝的能量來源，以及合適的化學元素，主要包括氫、氦、氧、磷、硫。此次卡西尼號的探測結果顯示，土衛(wèi)二雖然體積袖珍、冰雪遍布，距太陽距離比地球多達一百多萬公里，卻幾乎擁有上述的全部物質。卡西尼號尚未確定土衛(wèi)二海洋中是否存在磷和硫，但科學家猜測答案是肯定的，因為他們認為土衛(wèi)二巖質內核的化學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程中，確認土衛(wèi)二海洋中存在生命所需的化學能具有里程碑式的意義。”NASA噴氣推進實驗室參與卡西尼號任務的科學家琳達·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)二同一地點噴出的羽狀物。兩縷羽狀物均由哈勃望遠鏡在紫外光下拍攝。木衛(wèi)二從木星前方穿過時，可清晰顯示出大氣活動輪廓。

綠色橢圓中為哈勃望遠鏡在木衛(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探測器的觀測結果為基礎繪制。

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

上述測量結果要歸功于卡西尼號探測器的離子與中性粒子質譜儀（INMS），該儀器可對氣體進行分析，確定氣體成分。離子與中性粒子質譜儀還收集過土衛(wèi)六的上層大氣樣本。自從卡西尼號于2005年在土衛(wèi)六表面發(fā)現一縷從南極附近的熾熱裂隙中噴出的冰粒之后，科學家便將目光轉向了體積更小的土衛(wèi)二。

卡西尼號并非為尋找土衛(wèi)二表面羽狀物中的生命跡象而設計。事實上，在卡西尼號抵達火星之前，科學家并不知道土衛(wèi)二表面存在羽狀噴流。

“雖然我們無法探測其中是否存在生命，但我們在其中發(fā)現了生命的能量來源。對于細菌而言，這里就像糖果店一樣。”卡西尼號研究的主要作者亨特·懷特（Hunter Waite）表示。

最新探測結果說明土衛(wèi)二海洋中存在地熱活動。此前于2015年3月發(fā)布的探測結果顯示，熱水可與海底巖石發(fā)生化學反應。最新結果驗證了這一結論，還提供了新信息：這一化學反應可產生氫氣。

另一篇論文發(fā)表在《天體物理學研究通訊》（Astrophysical Journal Letters）上，其中詳細介紹了哈勃望遠鏡的觀測結果。2014年，哈勃望遠鏡發(fā)現木衛(wèi)二表面存在羽狀結構。而自2016年以來，哈勃望遠鏡觀察到同一地點一直有羽狀物噴出。這些圖片說明，木衛(wèi)二表面的羽狀物或許的確存在，在同一地區(qū)反復現身。

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

“土衛(wèi)二上的羽狀物與溫度較高的區(qū)域間存在關聯(lián)，因此哈勃望遠鏡在木衛(wèi)二上拍到類似的羽狀結構之后，我們也找出了伽利略號拍攝的熱量圖，看看這一地區(qū)情況如何。結果發(fā)現，木衛(wèi)二羽狀物所處區(qū)域也存在熱量異?，F象。”美國巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的威廉·斯巴克斯（William Sparks）指出。斯巴克斯在2014年和2016年都領導了針對羽狀物的研究。

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。還有一種理論認為，羽狀物中的水噴入高空之后，以細水霧的形式落回地表，改變了地表結構，增強了該地區(qū)的保溫效果。

在2014年和2016年的觀測任務中，該團隊都利用了哈勃望遠鏡的影像攝譜儀（STIS），在紫外光下對羽狀物進行拍攝。當木衛(wèi)二從木星前方經過時，木衛(wèi)二邊緣的大氣活動可遮擋投向木星的光線，因此影像攝譜儀能夠拍下其輪廓。斯巴克斯及研究團隊將繼續(xù)利用哈勃望遠鏡監(jiān)測木衛(wèi)二，尋找更多羽狀物，希望以此確定羽狀物出現的頻率。

未來NASA將對其它海洋星球開展進一步探索，這要歸功于哈勃望遠鏡對木衛(wèi)二羽狀物活動的檢測、以及卡西尼號對土衛(wèi)二羽狀物的長期觀察。值得一提的是，兩項任務都為NASA的“木衛(wèi)二快艇”號任務（Europa Clipper）打下了堅實基礎。

“若和我們猜測的一樣、木衛(wèi)二上的確存在羽狀物，‘木衛(wèi)二快艇’任務便是研究它們的絕佳契機。”NASA行星科學分部主管吉姆·格林（Jim Green）指出。

借助哈勃望遠鏡，我們發(fā)現了這片存在間歇性羽狀活動的區(qū)域，這無疑為歐羅巴任務提供了一處誘人的探測目標，使各種強大的科學儀器有了用武之地。此外，與斯巴克斯共同參與哈勃望遠鏡木衛(wèi)二研究的共同作者們正準備研發(fā)一臺用于“木衛(wèi)二快艇”任務的強大紫外線攝像機。該攝像機所做的探測工作與哈勃望遠鏡類似，但距離近了數千倍?？ㄎ髂崽栯x子與中性粒子質譜儀團隊的科學家也在研發(fā)該儀器的升級版，大大提高其敏感度，亦將在“木衛(wèi)二快艇”任務中發(fā)揮作用。

圖為2015年卡西尼號穿越土衛(wèi)二羽狀物時的情景。卡西尼號探測器和哈勃望遠鏡對海洋星球的最新觀測結果有助于我們在未來搜尋外星生命。

圖為卡西尼號任務科學家分析出的土衛(wèi)二海底巖石與海水間產生氫氣的化學反應。