地外生命：我們找錯(cuò)了地方？

謝懿

近年來(lái)，外太陽(yáng)系中的冰質(zhì)衛(wèi)星已越來(lái)越受到行星科學(xué)家的關(guān)注。幾十年來(lái)的研究表明，在這些衛(wèi)星的內(nèi)部存在大量的液態(tài)水。在地球上，幾乎在任何能找到水的地方，都會(huì)發(fā)現(xiàn)生命。因此，對(duì)這些衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，是否也是這樣呢？

從潛在的宜居性來(lái)考量，大多數(shù)天文學(xué)家都確信，合適的生命體在這些衛(wèi)星的許多地方都是可以存活的。既然已經(jīng)有了棲息地，就差不知道那里是不是有居民了。

尋找地球以外的生命絕不僅僅是求知欲的訴求。如果我們能找到這些生命，它們應(yīng)該能告訴我們更多有關(guān)地球上的生命如何起源的故事。

目前，還沒(méi)有人完全知道需要什么樣的條件能夠把大自然的開(kāi)關(guān)從化學(xué)過(guò)程撥到生物學(xué)過(guò)程。這一轉(zhuǎn)變是易于發(fā)生的，還是一連串小概率事件的結(jié)果？這正是尋找地外生命能幫助我們解答的。

由“伽利略”探測(cè)器獲得的木衛(wèi)二部分區(qū)域的圖像。木衛(wèi)二幾乎沒(méi)有任何環(huán)形山，表明有浮冰在重塑其表面。

如果我們能夠在太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)有生命獨(dú)立地在地球之外起源，就將非常有說(shuō)服力地表明，如果生命能夠起源，那它就會(huì)起源。

生命需要能源?？茖W(xué)家曾經(jīng)一度認(rèn)為，在太陽(yáng)系中唯一適合生命的能源來(lái)自太陽(yáng)，這意味著生命必須生活在天體的表面之上。因此，火星倍受重視，因?yàn)樗撬行行侵信c地球最相似的。然而，1977年在太平洋洋底的發(fā)現(xiàn)改變了這一切。

在木二衛(wèi)的南極地區(qū)，地下海洋中的水會(huì)從間歇泉噴口噴出，為探測(cè)帶來(lái)不便

當(dāng)時(shí)，海洋科學(xué)家對(duì)東太平洋海嶺的火山進(jìn)行了探測(cè)。他們發(fā)現(xiàn)那里有天然的煙囪在向海洋中注入黑煙，它們的正式名稱是熱液噴口。在這些地方，熱水從海洋基巖滲透而出，攜帶著溶解于其中的礦物質(zhì)，在遇到冰冷的海水后，它們就會(huì)反向運(yùn)動(dòng)。溫度的這一突然變化會(huì)使礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，形成黑“煙”。

令人驚訝的是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在熱液噴口周?chē)芙獾牡V物質(zhì)滋養(yǎng)了欣欣向榮的生物群落。這些生物并不是由來(lái)自太陽(yáng)的能量維系的，而是加熱水的地?zé)崮茉础?/p>

在外太陽(yáng)系的一些衛(wèi)星——如木星的木衛(wèi)二和土星的土衛(wèi)二——上發(fā)現(xiàn)海洋，立刻提升了在這些遙遠(yuǎn)的衛(wèi)星上存在熱液噴口的可能性。最有趣的也許是：在地球上熱液噴口周?chē)l(fā)現(xiàn)的一些微生物已被證明是地球上最古老的生物，由此提出了一種可能性，即熱液噴口也許正是生命最初起源的地方。如果真是這樣，那么這一過(guò)程是否也應(yīng)該發(fā)生在外太陽(yáng)系衛(wèi)星的海洋底部呢？

雷達(dá)圖像顯示土衛(wèi)六的極區(qū)不但存在海洋還有大量的湖泊，其中流淌著液態(tài)甲烷。

下面，我們將深入調(diào)查太陽(yáng)系中最有可能擁有生命的3顆衛(wèi)星。

木衛(wèi)二

隸屬行星：木星

公轉(zhuǎn)周期：3.551天

半徑：0.245×地球半徑

質(zhì)量：0.008×地球質(zhì)量

宜居指數(shù)：0.49

正是木衛(wèi)二為我們開(kāi)啟了外太陽(yáng)系中存在海洋的可能性。20世紀(jì)70年代末，當(dāng)時(shí)美國(guó)航空航天局的“旅行者1”號(hào)和“旅行者2”號(hào)探測(cè)器飛過(guò)木衛(wèi)二時(shí)，天文學(xué)家開(kāi)始懷疑那里可能存在海洋?！奥眯姓摺碧?hào)發(fā)回的圖像顯示，它表面的絕大部分被光滑的冰層覆蓋，幾乎沒(méi)有環(huán)形山。由于這些撞擊留下的痕跡會(huì)隨著時(shí)間逐漸增多，而木衛(wèi)二上幾乎沒(méi)有任何環(huán)形山，這表明其表面在不斷地更新重塑。但它是如何做到呢？

它表面的裂縫為我們提供了答案。20世紀(jì)90年代， 美國(guó)航空航天局的“伽利略”探測(cè)器對(duì)木衛(wèi)二進(jìn)行了探測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些裂縫周?chē)纳钌镔|(zhì)含鹽，似乎來(lái)自海洋。對(duì)其磁場(chǎng)的測(cè)量也暗示在木衛(wèi)二的內(nèi)部存在流動(dòng)的水體。最終的證據(jù)來(lái)自其表面的圖像，它清楚地顯示了浮冰的存在。

維持這個(gè)海洋使其呈液態(tài)的熱量來(lái)自木星的引力。木星的引潮力會(huì)擠壓木衛(wèi)二，產(chǎn)生的摩擦力會(huì)融化底層的冰，甚至還能驅(qū)動(dòng)熱液噴口。不過(guò)，要想深入木衛(wèi)二的海洋中去一探究竟絕非易事。覆蓋木衛(wèi)二表面的冰層厚度據(jù)估計(jì)在1千米至10千米。因此，想通過(guò)在冰層上鉆探，然后潛水到它的海洋底部去探測(cè)熱液噴口是極其困難的。但是，你可以著陸到其表面的某條冰隙附近，對(duì)其中被擠壓出的海水進(jìn)行采樣。

儀器設(shè)備可以以此來(lái)尋找重要的生物分子。該儀器必須能在高強(qiáng)度的輻射水平下工作，因?yàn)槟拘l(wèi)二的表面每天都沐浴在比地球表面強(qiáng)幾千倍的輻射之下。一名宇航員在木衛(wèi)二上站24小時(shí)就會(huì)送命。幸運(yùn)的是，輻射無(wú)法穿透海洋上方的冰層。

美國(guó)航空航天局正在研發(fā)一個(gè)能從軌道上研究木衛(wèi)二的探測(cè)器。這一任務(wù)被稱為“木衛(wèi)二多次飛掠”，目前正在設(shè)計(jì)能夠用來(lái)探測(cè)木衛(wèi)二宜居性的儀器。這一探測(cè)器計(jì)劃于2022年發(fā)射，它上面可能會(huì)攜帶一個(gè)由歐空局建造的著陸器。

歐空局也有一個(gè)前往木星的任務(wù)，被稱為“木星冰質(zhì)衛(wèi)星”探測(cè)器。雖然它并非專門(mén)為木衛(wèi)二而設(shè)計(jì)，但它會(huì)多次飛掠木衛(wèi)二，其間它的雷達(dá)會(huì)用來(lái)測(cè)量冰層的厚度。

土衛(wèi)二

隸屬行星：土星

公轉(zhuǎn)周期：0.395天

半徑：0.0395×地球半徑

質(zhì)量：0.000018×地球質(zhì)量

宜居指數(shù)：0.35

雖然在許多方面木衛(wèi)二是衛(wèi)星地下海洋的開(kāi)拓者，但由于冰層的覆蓋，其具體情況我們?nèi)匀晃粗２贿^(guò)，大自然為我們提供了一種飛過(guò)土衛(wèi)二就能對(duì)其地下海洋進(jìn)行分析的通道，那就是土衛(wèi)二上的間歇泉，它能把地下海洋中的水噴射入太空。

美國(guó)航空航天局的“卡西尼”探測(cè)器一直在探測(cè)這些噴出的羽狀物并已從中飛過(guò)，其搭載的儀器對(duì)噴出物進(jìn)行了分析，由此發(fā)現(xiàn)了不同類型的塵埃顆粒和化學(xué)成分，其中就包括鹽。這是相當(dāng)不錯(cuò)的證據(jù)，表明被采樣的物質(zhì)來(lái)自土衛(wèi)二的海洋本身。在這一發(fā)現(xiàn)的推動(dòng)下，“卡西尼”將會(huì)越來(lái)越深入地飛過(guò)這些羽狀物。

目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有機(jī)分子。盡管并不完全，但足以說(shuō)明在土衛(wèi)二的內(nèi)部存在含碳的分子 。這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵诘厍蛏希瑯?gòu)建生命的DNA就是由含碳分子組成的。

2015年10月28日，“卡西尼”完成了其迄今距離最近的飛掠，距離土衛(wèi)二的冰面僅48千米，有可能穿過(guò)了間歇泉最密集的地方。行星科學(xué)家目前正在緊張地對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。他們想要找到氫分子的蹤跡，因?yàn)槿绻粐娚涑龅乃写嬖跉錃?，那么有理論表明，它必定?lái)自海底熱水與巖石發(fā)生反應(yīng)的地方。

這對(duì)尋找生命有重要的意義。因?yàn)槲⑸锟梢酝ㄟ^(guò)把氫和碳結(jié)合到一起后，再把它剝離而獲得能量。這正是地球上產(chǎn)甲烷生物的生存之道。

當(dāng)然，發(fā)現(xiàn)這些和生命有關(guān)的化學(xué)成分并不意味著生命就一定存在。不過(guò)，根據(jù)在哪兒能找到生命的標(biāo)準(zhǔn)，這些新的發(fā)現(xiàn)正在把土衛(wèi)二推上搜尋地外生命的首選目的地。在行星科學(xué)界，土衛(wèi)二的呼聲正在超過(guò)木衛(wèi)二?？茖W(xué)家?guī)缀蹩梢源_定土衛(wèi)二的宜居性，只是不知道那里是不是真的有居民。

現(xiàn)在，還沒(méi)有任何重返土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的進(jìn)一步計(jì)劃?！翱ㄎ髂帷比蝿?wù)結(jié)束后，行星科學(xué)家會(huì)開(kāi)始真正消化它獲得的新數(shù)據(jù)，之后，以天體生物學(xué)為導(dǎo)向的后續(xù)探測(cè)任務(wù)才有可能獲得支持。

土衛(wèi)六

隸屬行星：土星

公轉(zhuǎn)周期：15.95天

半徑：0.404×地球半徑

質(zhì)量：0.0225×地球質(zhì)量

宜居指數(shù)：0.64

土星的這顆衛(wèi)星從整體上說(shuō)是一個(gè)更加陌生的地方，它為云層覆蓋，含有豐富的有機(jī)分子。2005年，歐空局的“惠更斯”著陸器第一次降落到其表面，揭開(kāi)了它的面紗。在著陸的過(guò)程中，“惠更斯”進(jìn)行了一系列的測(cè)量。綜合對(duì)土衛(wèi)六的重力場(chǎng)測(cè)量，這些結(jié)果強(qiáng)烈顯示在其表面之下存在一個(gè)海洋。

由于在土衛(wèi)六的大氣中和表面上都存在有機(jī)分子，因此在其地下海洋中充滿有機(jī)分子的概率非常高，進(jìn)而增大了其存在生命的可能性。但是，我們是否有可能對(duì)這個(gè)海洋進(jìn)行采樣來(lái)檢驗(yàn)這一假設(shè)呢？這是個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)海洋中沒(méi)有任何東西會(huì)被噴到土衛(wèi)六的表面。

不過(guò)，也許我們并不需要深入土衛(wèi)六就能找到生命。在土衛(wèi)六的表面上就有液體，但并不是水。在土衛(wèi)六的極區(qū)存在由液態(tài)甲烷和乙烷組成的湖泊和海洋，其中最大的與地球上的里海相當(dāng)。生命是否有可能基于甲烷而不是水呢？

也許。理論上，生物化學(xué)可以基于甲烷來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是對(duì)該理論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是非常困難的。在實(shí)驗(yàn)室中很難人工建立起有關(guān)的生物化學(xué)反應(yīng)，但在土衛(wèi)六上要容易得多。降落到土衛(wèi)六的某個(gè)海洋里，看看那里到底有些什么，將會(huì)是非常有意思的事情。

太陽(yáng)系外衛(wèi)星

1995年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星——飛馬51b。它是一顆類似木星的巨行星。從那時(shí)起至今，科學(xué)家已經(jīng)在銀河系中的恒星周?chē)l(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆太陽(yáng)系外行星，其中有許多類似木星和土星，因此它們很可能也擁有自己的衛(wèi)星。

我們興許也能通過(guò)凌星的方法來(lái)研究這些衛(wèi)星。在凌星的過(guò)程中，行星會(huì)從其宿主恒星的圓面前方經(jīng)過(guò)，遮擋住一部分星光。由行星導(dǎo)致的這一恒星亮度下降是可以測(cè)量的，這也正是美國(guó)航空航天局的開(kāi)普勒空間望遠(yuǎn)鏡能在2009年至2013年發(fā)現(xiàn)1000多顆行星的原因。圍繞這些行星運(yùn)轉(zhuǎn)的任何衛(wèi)星都會(huì)導(dǎo)致額外但幅度更小的亮度下降，所以極其靈敏的探測(cè)器有望探測(cè)到它們。

超大視場(chǎng)尋找行星項(xiàng)目已經(jīng)至少探測(cè)到了一個(gè)太陽(yáng)系外衛(wèi)星凌星的疑似信號(hào)。下一代的空間任務(wù)，例如歐空局的太陽(yáng)系外行星探測(cè)衛(wèi)星（CHEOPS，計(jì)劃于2017年發(fā)射）、美國(guó)航空航天局的太陽(yáng)系外凌星行星巡天衛(wèi)星（TESS，計(jì)劃于2018年發(fā)射）以及歐空局的“柏拉圖”探測(cè)器（Plato，計(jì)劃于2024年發(fā)射），也將以這種方式來(lái)尋找太陽(yáng)系外衛(wèi)星。

這些衛(wèi)星中有許多圍繞巨行星運(yùn)轉(zhuǎn)，與太陽(yáng)系中的木星和土星相比，這些巨行星更加靠近其宿主恒星。這意味著它們能接收到更多的熱量，所以這些衛(wèi)星上的海洋不需要存在于地下。星光會(huì)使冰融化，把衛(wèi)星變成一個(gè)充滿水的世界，生命可以在其中蓬勃發(fā)展。但這一棲息地存在的時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，由于衛(wèi)星的引力較弱，其大氣很快就會(huì)被星光加熱而流失掉。這時(shí)，太陽(yáng)系外衛(wèi)星就會(huì)像一顆巨大的彗星，在太空中拖出一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，最終變成一個(gè)僅剩下巖石的天體。從長(zhǎng)

遠(yuǎn)看，也許并不理想。