劉聲遠

蜻蜓無人機探測泰坦（想象圖）。

它的天空是灰蒙蒙的橘紅色，它的遠方是一顆有環(huán)的巨行星。站在它的海岸上，你會看見哪怕一絲漣漪都沒有的墨黑色海洋。

這里是克拉肯海。它位于泰坦（土衛(wèi)六）的北極地區(qū)，面積達40萬平方千米。作為土星最大的一顆衛(wèi)星（土衛(wèi)），泰坦距離太陽如此遙遠，表面溫度如此之低，以至于它的表面不可能存在液態(tài)水，當然也不存在支持地球生命那樣的化學機制。然而，隨著科學家對泰坦的奇異化學特性了解得越多，這個冰封世界反而越發(fā)成為在太陽系中尋找外星生命的最佳去處。美國行星學家薩拉指出，雖然有不少地方可能存在以水為根基的生命，但迄今已知可尋找別樣生命（即不同于地球生命）的地方只有泰坦，而要想知道泰坦是否真的存在生命，就必須去那里看看。

雖然只是去“看看”，但實際上需要執(zhí)行一次意氣風發(fā)的大膽任務。這項眼下正在醞釀中的任務，就是發(fā)射一架裝載感應器的無人機近距離探測泰坦，甚至時不時著陸泰坦，尋找生命跡象。

荷蘭天文學家惠更斯在1655年首先發(fā)現(xiàn)泰坦，但科學家對泰坦的大部分了解都來自美國宇航局不久前的卡西尼任務。2005年，執(zhí)行該任務的惠更斯探測器穿透泰坦云層，在泰坦表面登陸。登陸后它只工作了幾小時，在失去與地球的聯(lián)系之前，它向地球發(fā)回了350張模糊不清的圖像和為數(shù)不多的數(shù)據(jù)。接下來10年里，卡西尼號飛船游弋在土星系統(tǒng)中，每次經過泰坦都發(fā)回非凡的圖像。

盡管泰坦遠離地球大約14億千米，它看上去卻與地球頗為相似。泰坦也有稠密大氣層，只不過其中的含氧量很低。泰坦也有山脈，一些山峰高聳入云3300米。泰坦也有云層，季節(jié)性暴雨流進湖泊、海洋。像克拉肯海這樣的泰坦大洋，就算從軌道中也看得見。事實上，泰坦是太陽系中除了地球外唯一已知在表面存在液體的地方。

由于泰坦表面溫度從未高于-180℃，所以任何液態(tài)水都被凍結。泰坦上流動的是暗黑、油狀的液態(tài)甲烷和乙烷，而這些物質在地球上通常是氣體。含氮量很高的泰坦天空，產生多種含碳的有機化合物。在許多方面，泰坦都是地球在宇宙中的另一個版本。兩者的相同特征不少，但化學過程迥異。

液態(tài)水對地球生命來說非常重要，因為水作為一種溶劑為化學反應提供了理想的介質，讓分子在細胞內部和細胞之間的移動變得很容易。泰坦沒有液態(tài)水，至少在其表面沒有?？赡艽嬖诘奶┨沟叵潞Ｑ?，或許會通過偶爾的冰火山爆發(fā)噴出一些水。不時發(fā)生的小行星撞擊，可能會讓泰坦的一部分冰凍地表融化。即便這樣，任何液態(tài)水在凍結前都不可能長時間與有機分子相互作用。

第二種生命

然而，生命可能以其他液體為根基。人體大部分都是水，但人體最有趣的部分——硬質部分是由有機化學過程決定的。雖然卡西尼號飛船在2017年故意撞向土星以避免污染土衛(wèi)，但最新發(fā)現(xiàn)表明泰坦有很多被污染的風險，只不過不是被地球發(fā)射的飛行器污染。

2017年7月，由美國宇航局科學家帕爾默領導的一個團隊報告了對智利阿爾瑪望遠鏡群采集的數(shù)據(jù)進行深入分析的結果。這些望遠鏡最終將望向太陽系以外和遙遠星系，但為了校準而首先對準泰坦。在此過程中，在此過程中，他們捕捉到了一種叫乙烯基氰的化合物的清晰標記。

在地球上，我們人工合成了一種乙烯基氰化合物叫丙烯腈，這種東西被用來制造纖維、橡膠和塑料，被廣泛應用于從服裝、汽車到包裝的各種用途。但在泰坦冰冷的碳氫化合物湖泊里，乙烯基氰化合物可形成等同于地球生物細胞膜的結構。2015年進行的一項電腦模擬結果表明，在類似泰坦液體那樣的極低溫溶劑里，乙烯基氰化合物可能形成結實的可拉伸結構，其方式與地球上的脂質膜在室溫水中的情況一樣。還沒有人通過在實驗室中用乙烯基氰化合物制造膜來證實這一猜想。但考慮到泰坦表面乙烯基氰化合物的可能數(shù)量，科學家認為這一猜想成真的可能性很大。帕爾默團隊估計，足夠多的乙烯基氰化合物可能隨降雨進入泰坦最大的海洋之一——麗姬亞海，從而在每立方厘米液體中形成多達300萬只細胞膜。

歐空局計劃2020年發(fā)射的泰坦水體探測氣球（想象圖）。

這讓帕爾默團隊對泰坦生命的憧憬多了一分堅定，但最大問題是，這些分子究竟能不能形成細胞膜。他們也不清楚：在泰坦環(huán)境中，DNA或蛋白質的對等物是什么？回答這個問題很重要，因為雖然細咆膜為生命提供保護，但在那些神秘時刻，尤其是生命首次出現(xiàn)的時刻，只有細胞膜的話是不夠的。在地球上，活細胞還需要DNA之類的核酸來把遺傳信息傳遞給下一代，還需要蛋白質進行自我復制，而這兩種組分本身都需要由復雜大分子來構建。

對天體生物學家來說的一個好消息是，就在帕爾默團隊宣布自己的發(fā)現(xiàn)之前兩天，由英國科學家德賽領導的團隊報告說，他們發(fā)現(xiàn)了泰坦大氣層所含成分能形成所有大分子的首個證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)來自于卡西尼號在自己最后幾次飛越泰坦大氣上層期間采集的數(shù)據(jù)?？ㄎ髂崽柋孀R了之前很少被看到的一些物質——碳鏈陰離子。恒星形成于星際空間中的塵埃云?；趯@種塵埃云的觀測，德賽團隊知道碳鏈陰離子為更大、更復雜分子的形成充當催化劑。德賽認為，從這個意義上講，碳鏈陰離子的存在或許表明泰坦上可能會怎樣產生復雜有機物。

從大氣頂層中的化學反應怎樣變?yōu)樘┨贡砻嬗蜖詈Ｑ笾锌赡艽嬖诘纳?？這一問題的答案仍不明了。在最好的情況下，碳鏈陰離子有助于創(chuàng)制有機化合物大分子。這些分子飄落到泰坦表面，可能與前驅DNA和前驅蛋白質（或者它們在泰坦上的對等物）組合。

究竟是否這樣不得而知。科學家甚至不了解在地球上化學反應如何創(chuàng)造生命，更不用說在碳氫化合物海洋中生命會怎樣產生。而要回答這個問題，唯一方法是重返泰坦。美國女科學家圖托說，可以說泰坦一直在進行著前驅生物化學實驗，實驗結果就擺在泰坦表面，等待我們去分析。

如果圖托團隊的方案得到認可，重返泰坦就指日可待。多年來，美國宇航局否決了多個重返泰坦的任務或提議，但在2017年12月，該局為圖托領導的蜻蜓任務撥款400萬美元。圖托團隊的構想是，發(fā)射一架先進的無人機探測泰坦表面，在重要地點登陸，目的是尋找生物前驅化學過程的跡象。

蜻蜓無人機墜落到泰坦表面（想象圖）。

圖托團隊將使用這些資金來優(yōu)化蜻蜓四旋翼無人機的設計，還將優(yōu)化總體方案以圖說服宇航局撥款8.5億美元，用于“新地平線”計劃（太陽系探測計劃）的下一次任務。另一項競爭任務，是把歐空局羅塞塔探測器幾年前造訪過的67P彗星的樣本帶回地球。

無人機在空中飛行，其探測速度遠遠快于無人探測車（例如火星車），能采集更多、更好的數(shù)據(jù)。據(jù)估計，蜻蜓無人機在兩年任務期中的探測距離可超過1000千米。為此，無人機將利用泰坦獨特的大氣條件。泰坦表面氣壓比地球高大約1.5倍，引力只有地球的大約14%，比月球引力還低。此外，泰坦表面幾乎沒有風?？ㄎ髂崽柕挠^測表明，就算麗姬亞海有波浪，波峰也不到1毫米。由此看，泰坦很可能是太陽系中最適合飛行的地方。

沒錯，你自己都可能輕而易舉在泰坦上飛起來。如果你夠強壯，扇動雙臂的頻率也夠，那么你無須系上翅膀就可能飛行。但由于泰坦表面溫度很低，還很缺氧，所以你還需要穿上很保暖的宇航服，以及戴上吸氧器。

就算對于無人機來說，漫游一個遙遠的含冰世界也依然面臨諸多挑戰(zhàn)。泰坦與太陽的距離是地球與太陽之間距離的幾乎11倍，泰坦的濃密大氣層阻擋了很多陽光，因此無人機不可能像火星車那樣依靠太陽能運作。與任何遠離太陽的飛行器一樣，蜻蜓無人機必須攜帶自己的電源：一臺放射性熱電發(fā)生器，它利用钚238原子的衰變放熱來發(fā)電。這一過程的發(fā)熱量超過無人機為電池充電所需的熱量，因此多出來的熱量可用于保持機載電器和科學儀器不會凍結。

圖托團隊已經研發(fā)出蜻蜓無人機的雛形。它比最終版本小一些，而最終版本將與機遇號火星車大小相仿，差不多為1米高、幾米寬。圖托說，制造蜻蜓無人機的技術都是現(xiàn)成的，目前需要解決的只是工程問題。

但就算蜻蜓任務獲準在2025年執(zhí)行（發(fā)射），按計劃5年后無人機抵達泰坦，也還有一個大問題擺在那兒：無人機去泰坦要尋找的究竟是什么？是的，它要尋找泰坦生命潛在構筑單元的不同架構。然而，盡管最近對于泰坦有一系列激動人心的發(fā)現(xiàn)，科學家卻依然遠遠不清楚泰坦生命的類別。

放射性熱電發(fā)生器。

新標準

去泰坦，是否就是為了尋找與地球微生物相似、只是化學組成不同的微生物？很可能不會這么簡單?？茖W家?guī)缀跄芸隙ǎ寒旘唑褵o人機降落在泰坦表面時，不會有小動物被嚇跑。但他們也擔憂：我們費那么大勁去泰坦尋找生命，會不會到時候卻與泰坦生命擦肩而過？

圖托等科學家認為，難點在于尋找模式。非生物過程傾向于產生豐度相對不同的許多種復雜分子，而生命傾向于選擇性消耗和產生種類不算很多的分子。例如，地球上大多數(shù)動物都只吸入氧，呼出二氧化碳。因此，為了尋找泰坦生命，重點可放在尋找化合物豐度模式上。雖然模式并不能證明生命，但模式的確是一個值得考慮的因素。尋找泰坦生命，就需要考慮盡可能多的因素。

科學家仍然不清楚自己要尋找的模式是哪些，但只要無人機在泰坦發(fā)現(xiàn)生命跡象，科學家就會把它們與地球生命指征進行比對。如果兩者相似，就可能表明生命在兩個不同地方以同樣方式起源。那么，生命就可能起源于某處，然后傳播到太陽系其他地方，例如地球和泰坦。

但是，如果泰坦模式與地球模式不同，那就會證明生命在兩個不同世界上各自有獨立起源。如果僅在太陽系中生命就發(fā)生過至少兩次，那就意味著生命隨時隨地都可能出現(xiàn)。換句話說，外星生命甚至外星人并不稀罕。

想到這一點，就很容易理解為什么泰坦會成為如此誘人的目的地。要想知道化學反應怎樣在地球上導致生命，以及在什么條件下生命火花會濺到太陽系其他地方，泰坦都是最好的實驗室。另一方面，要想回答這些深奧問題，我們可能去到的地方為數(shù)不多，而泰坦是其中之一。

如果蜻蜓無人機的旅程最終揭示水和其他地球組分并非是生物學必需的成分，那么科學家就必須以全新視角來看待太陽系之外無比恢宏的世界。那些被霧靄籠罩、曾被以為是不毛之地的系外（太陽系之外的）行星，可能將散發(fā)奇異、絕妙的生命光輝。

（責任編輯 程輝）

地球與泰坦

泰坦是太陽系中除地球外唯一在表面存在液體的地方。但地球和泰坦之間的差異也很大，這意味著如果泰坦存在生命，其性質也與地球生命迥異。