史春樹

探尋外星海洋中的生命跡象

近年來的發(fā)現(xiàn)使天體生物學(xué)家認(rèn)為，衛(wèi)星是太陽系中最有希望存在外星生命的地方。他們正計劃在未來十年內(nèi)進行幾次重大太空任務(wù)，以尋找那里的生命跡象。

與地球附近的行星不同，木星和土星的部分衛(wèi)星有大量的液態(tài)水。例如，人們認(rèn)為木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二“歐羅巴”上的液態(tài)水比地球上所有海洋的總和還要多。厚厚幾千米的深層冰層保護了這些水以及其中的所有生命，使其免受太空輻射和小行星撞擊。

從土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二“恩克拉多斯”和木衛(wèi)二“歐羅巴”上發(fā)現(xiàn)的噴泉表明，它們可能擁有溫暖的內(nèi)部環(huán)境，可以支撐液態(tài)海洋的存在。它們的熱源不是太陽，而是內(nèi)部的“發(fā)電機”，這一“發(fā)電機”的動力可能來源于其核心的放射性衰變，也可能是它們繞行行星帶來的引力產(chǎn)生的潮汐。

現(xiàn)在有證據(jù)表明多個衛(wèi)星上有海洋，包括木衛(wèi)二、土衛(wèi)二、木衛(wèi)四“卡利斯托”和木衛(wèi)三“蓋尼米得”等。2019年6月發(fā)表的一項研究估計，土衛(wèi)二的海洋大約有10億年的歷史。其他研究者則認(rèn)為，這一海洋可能有數(shù)十億年的歷史，其中的生命有足夠的時間進化。這些海洋被認(rèn)為是咸的，像地球的海洋一樣含有氯化鈉，這是對類似地球生命前景的又一提振。

此外，在液態(tài)水和海洋下面的巖石地幔之間可能存在界面，科學(xué)家們認(rèn)為，這是導(dǎo)致地球上出現(xiàn)生命的有趣化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵部分。例如，美國宇航局的卡西尼號太空船探測到土衛(wèi)二的羽狀水汽噴流中含有分子，這暗示著土衛(wèi)二洋底存在熱液噴口。在地球的深海中也存在著類似的噴口，在這里，巖漿與鹽水相遇，并提供熱量、化學(xué)物質(zhì)和有助于復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的基質(zhì)。一些科學(xué)家認(rèn)為，生命首先要在我們的星球上進化，這是必需的。在地球海洋的深處，幾乎沒有陽光，就像木星和土星的衛(wèi)星那樣，但這并不意味著沒有生命。確實，在地球上，這樣的噴口充滿了生命。

衛(wèi)星海洋生命能否進化

大約20年前，英國廣播公司（BBC）的一部紀(jì)錄片《外星人的自然歷史》指出，整個生態(tài)系統(tǒng)可能以木衛(wèi)二的深海熱液噴口為基礎(chǔ)。一組科學(xué)家認(rèn)為，細(xì)菌將構(gòu)成食物鏈的基礎(chǔ)，利用化學(xué)合成從噴口中提取能量，并建造高高的管道狀沉積物，這些沉積物上升到海平面以上數(shù)英里處。其他生物，比如像魚一樣的食草動物，會刺穿這些管道，吸入大量的細(xì)菌作為食物。它們會有自己的領(lǐng)地，保護自己的牧場不受競爭對手的侵犯。反過來，它們也會被像鯊魚一樣的動物捕食，它們的身體呈流線型以提高速度，利用回聲定位來發(fā)現(xiàn)獵物。這比大多數(shù)科學(xué)家期望在那里發(fā)現(xiàn)的生命形式要先進得多。

哈佛大學(xué)地球與行星科學(xué)教授安德魯·克諾爾說，即使在地球上，在我們這個星球大約90%的歷史中，唯一存在的生命也只有微生物。因此，克諾爾說，如果太空中有生命，那么很有可能就是微生物，而在像木衛(wèi)二或土衛(wèi)二這樣的地方，它將不得不完全依靠化學(xué)合成來獲得能量，所以可能只能維持一小部分生物量。

但是，天文學(xué)教授兼哈佛大學(xué)生命起源計劃的負(fù)責(zé)人迪米塔爾·薩塞洛夫說，這樣的生態(tài)系統(tǒng)仍然可能實現(xiàn)。該中心支持多學(xué)科研究，旨在發(fā)現(xiàn)宇宙中是否存在豐富的生命。僅僅因為木衛(wèi)二的海洋寒冷且缺乏能量，并不能排除在那里進化出較小規(guī)模的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的可能。薩塞洛夫說：“我的直覺是，那里可能有很多進化的創(chuàng)新空間，在那里可以擁有一些很小但具有掠奪性的東西，它們是一種多細(xì)胞生物，而不是單細(xì)胞生物?！?h3>甲烷海洋會有怎樣的生命

我們計劃訪問的另一顆衛(wèi)星提出了一個完全不同的難題。土星的衛(wèi)星——土衛(wèi)六名叫“泰坦”，是地球之外已知的唯一在表面有穩(wěn)定液態(tài)水的星球。2005年，卡西尼號探測器發(fā)射的惠更斯號子探測器在那里著陸，傳回了類似地球的地貌照片：河床和海洋。

但是“泰坦”的云、雨和海洋不是由水，而是由液態(tài)甲烷和乙烷（地球上天然氣的組成部分）組成。那里存在的任何水都會凝固成巖石和山脈，因為其表面溫度約為-180℃。這意味著，雖然它的地貌可能看起來很熟悉，但實際情況卻是完全陌生的。如果有生命，它將依賴于甲烷，而不是水，而且將是外來的——我們不知道的生命——真正的外星人?！啊┨股洗嬖谏怯锌赡艿模菜坪跏呛侠淼?，但它有一個完全不同的、獨立的生物化學(xué)屬性?！彼_塞洛夫說。他的長期目標(biāo)是弄清楚是否存在替代的生物化學(xué)，以及如何在實驗室中創(chuàng)造它。

地球上的生命依賴于由磷脂構(gòu)成的細(xì)胞膜：由磷氧頭和碳鏈尾組成的分子鏈，這些分子鏈相互結(jié)合，在水中形成柔性膜。以甲烷為基礎(chǔ)的生命需要另一種方式來形成細(xì)胞。由化學(xué)工程師波萊特·克蘭西領(lǐng)導(dǎo)的康奈爾大學(xué)團隊在2015年證明，由氮、碳和氫組成的小分子可以制造出適合在“泰坦”所給予的條件下生存的細(xì)胞。

從那以后，美國宇航局的研究人員證實了在土衛(wèi)六“泰坦”的大氣層中存在乙烯基氰——一種有機化合物，能夠提供這種細(xì)胞膜。因此，至少在理論上，在“泰坦”廣闊的甲烷海洋中可能會有截然不同的生命細(xì)胞存在。

“在某些方面，我們在地球上看到的是一個偶然事件，”美國亞利桑那州立大學(xué)的天體生物學(xué)家特蕾莎·費舍爾說，“我們可以在其他世界的生命中看到大量潛在的多樣性。”“可能會出現(xiàn)新的、多樣化的生物，它們占據(jù)了一系列新的生態(tài)位，”加州大學(xué)戴維斯分校人類學(xué)教授莎拉·布萊弗·赫迪補充說，“假設(shè)生物中的任何一種隨著社會的發(fā)展而發(fā)展，像鯨類或象類動物一樣聰明、善于交流，像黑猩猩或猩猩一樣具有操縱能力、既靈巧又機靈，我看不出他們?yōu)槭裁醋罱K不能發(fā)展出更先進的技術(shù)和文化能力?！?/p>

賓夕法尼亞大學(xué)的古生物學(xué)家勞倫·薩倫認(rèn)為，外星生命將以微生物的形式存在，并且其存在途徑很多，就多細(xì)胞外星人而言，事情可能會變得更加復(fù)雜?！拔覀儠庾R到他們在從事相同的工作，因為一切都集中在吸收能源或消耗能源以獲取更多能源上，”她說，“但是他們采取的方式將是不可預(yù)測的?！?/p>

哈佛大學(xué)天文學(xué)教授戴維·夏博諾說：“我們真的不知道生命的極限是什么?！彼a充說，這就是為什么我們需要派出更多的探測器來探訪這些衛(wèi)星的原因。所以，這是一個好消息，人們正計劃這樣做。

探訪衛(wèi)星計劃大量啟動

美國航空航天局2019年夏天宣布，“蜻蜓”號將于2026年發(fā)射，并于2034年抵達土衛(wèi)六。它將放下一架類似無人機的飛行器，探索數(shù)十個有希望的地點并尋找生命的跡象。

美國航空航天局也在探索派遣一艘自主潛艇來研究土衛(wèi)六最大的北部海域“海怪”的可能性。“海怪”直徑約1000公里，深度約300米，大小與北美五大湖相似。這將是在另一個星球探索海洋的初次機會，也將為未來探索木衛(wèi)二和其他衛(wèi)星地下水域的潛艇設(shè)計提供參考。這項任務(wù)仍處于概念階段，大約20年后，科學(xué)家和工程師將開始研究如何制造這種潛艇。

有趣的是，土衛(wèi)六也被認(rèn)為在其冰冷的外層深處有液態(tài)水，這意味著除了基于液態(tài)甲烷的奇異表面生命外，其地下還可能存在更多類似地球生物的生命。

不同類型生命存在的另一種可能性來自于木星的衛(wèi)星木衛(wèi)三。一些科學(xué)家認(rèn)為，木衛(wèi)三有幾層不同的海洋，被不同深度和壓力下形成的不同類型的冰隔開。如果是這樣的話，理論上，每一層海洋都可以容納適合該深度的局部條件的不同生命形式。

2022年，歐洲航天局的“果汁”任務(wù)將訪問木衛(wèi)三及另外兩顆衛(wèi)星木衛(wèi)四和木衛(wèi)二，研究它們的宜居性，并尋找生命的跡象。

美國航空航天局計劃，在2023年讓“歐羅巴快船”繞木星軌道飛行，并多次飛越木衛(wèi)二，以調(diào)查木衛(wèi)二是否有適合生命生存的條件；在2025年，向木衛(wèi)二發(fā)射著陸器。而且，有一項由美國航空航天局支持的私人計劃——前往土衛(wèi)二尋找生命，若能在2019年內(nèi)獲得批準(zhǔn)，將于2025年啟動。

但是要真正弄清楚這些外星海洋中可能存在的生命，我們還需要派遣潛水器，這將是棘手的，因為這一交通工具將不得不鉆過幾公里的冰才能到達海洋。美國航空航天局正在資助一些相關(guān)的概念研究。在華盛頓特區(qū)舉行的2018年美國地球物理聯(lián)盟會議上，伊利諾斯大學(xué)芝加哥分校的科學(xué)家和美國航空航天局提出了一個概念，那就是用核動力“隧道機器人”在木衛(wèi)二上尋找生命。他們的機器人會在下降到冰和水中時取樣，然后通過光纖電纜將信息傳回地面。

但是，如果那里的生命形式是真正的外星人，我們可能很難發(fā)現(xiàn)它們，也有可能那里根本就沒有生命存在。

然而，在遙遠的未來，大約50億年以后，我們的太陽會耗盡氫燃料，并開始膨脹成一個“紅巨星”。在它最終消亡之前，它將融化這些衛(wèi)星上的冰，把它們變成更像地球的地方，它們的地表上應(yīng)該有液態(tài)水，氣候應(yīng)該更溫和，或許這為那里的生命進化提供了可能——或者至少為逃離焦土的難民提供了避難所。

在遙遠的未來，如果我們要生存下去，我們都必須成為移民，并希望這些新的宜居世界歡迎我們，因為我們自己的世界已變得太熱，不適合生存。