土卫二不断向太空喷射间歇泉,羽流含有机分子,科学家:或含生命

原标题:土卫二不断向太空喷射间歇泉,羽流含有机分子,科学家:或含生命

从地球看去,土星的第六颗卫星土卫二(Enceladus)并没有什么特别之处。它是一个距离太阳太远的冰冷世界,这使得它不太可能存在生命。但在 2004 年美国宇航局的卡西尼号(Cassini)抵达土星后,揭示了一个意想不到的世界,有地下海洋和从南极地区喷出的水冰和蒸汽,使其成为太阳系中最可能适合居住的地方之一。

一项发表于《地球物理研究快报》的新研究指出,通过南极的一系列裂缝从地表喷涌而出、不断向太空喷射间歇泉,加州大学戴维斯分校的科学家团队认为间歇泉含有海底通风口、盐水甚至甲烷的痕迹,这表明漆黑的深海中可能含有生命。

冰下的世界!

土卫二冰冷的地壳隐藏着海洋的第一个确凿证据出现在 2006 年,当时卡西尼号发现间歇泉涌入太空。

十年后,在环绕土卫二时,航天器直接穿过其中一个水柱——掠过距离土卫二表面仅 48公里的地方。在这次大胆的飞行中,探测器对溢出到太空中的分子进行了采样,结果发现了水,以及氢气和甲烷。研究人员确定,氢气不是生命的标志,而是生命潜力的标志,它很可能来自深海通风口——地球上的这些通风口充满了以氢为食的微生物。

然后是甲烷。许多以深海通风口为家的古代生命形式会吞食氢气和二氧化碳(CO2)并产生甲烷(CH4),因此它们被称为产甲烷菌。卡西尼号只发现了几个分子,证明了土卫二几乎拥有让简单生物体保持舒适所需的一切——水、热量和食物。不过这些证据完全是间接的,因为地球上的甲烷除了微生物消化外,还来自各种化学反应。

然而卡西尼任务中让科学家感到惊喜的一个现象是,土卫二南极附近的“虎纹(The tiger stripes)”裂缝喷出水,估计有时水量可高达每秒200公斤。虽然土卫二上已发现存在海洋的证据,但这颗小而寒冷的星球究竟如何维持间歇泉这样的地质活动,一直是个科学谜题。

土卫二为什么能不断向太空喷射间歇泉?

为了弄清楚是什么原因让间歇泉从土星卫星中喷出,加州大学戴维斯分校的研究团队通过模型模拟,发现土卫二绕土星公转轨道的变化,会造成在一亿年间土卫二变暖和变冷的循环。在温度的冷热作用下,冰壳在压力下弯曲使得内部的海水喷出,造成了间歇泉。

加州大学戴维斯分校的地球物理学家麦克斯韦鲁道夫(Maxwell Rudolph)解释:加热和冷却的循环是由星球本身的运动驱动的。每隔一亿年左右,土卫二围绕土星的轨道形状就会发生变化,从更圆形变为更椭圆形并返回。当轨道更椭圆时,土卫二被土星的引力挤压得更紧,然后被释放,导致整个冰架被拉长,就像被揉捏一样。而冰的轻微起伏,就足以加热整个土卫二并稍微融化外壳。

然后,当土卫二的轨道变成圆形时,它的地壳再次冷却下来,冰架向下扩展进入隐藏的海洋——水结冰时的体积变化会导致压力增加。当压力变得太强时,外层的冰会破裂,就像面包的外壳随着柔软的内部膨胀而裂开一样。堆积需要数百万年的时间,但裂缝会在几秒钟内出现,从地表开始,向下射入约 15公里的地下海洋。

裂缝会延伸到两极的海洋,因为那里的冰最薄。一旦发生裂缝,它就会引发一系列导致虎纹裂缝的事件,而该过程可能在每个冷循环中反复发生。当流体到达地表时遇上真空环境而升华,就呈现羽状喷泉的外观。

但这个解释有个问题是,即使是所有新形成的冰也不足以将水挤到地表,而且土卫二的照片并没有显示液态水从星球光滑的表面溢出的明显痕迹(如果解释正确,土卫二应该会看到还有许多比虎纹更小的裂缝)。也就是说,仅靠压力并不能完全解释间歇泉。

鲁道夫表示,就间歇泉发现的成分来看,土卫二的深海羽流中可能有生命。不过拥有适合生命的物质和真正从那里开始生命之间存在很大差异。如果未来的探测任务显示没有生命迹象,那么这将是一个没有实际可居住性的可居住环境的例子。

此外,木星最著名的卫星之一欧罗巴,它既有冰壳,也有液态的地下海洋。但木卫二的半径大约是土卫二半径的五倍,重力的冷热循环还不足以穿透其较厚的地壳,这表明其他力量也可能在起作用。

最后,土卫二的虎纹裂缝提供了一个独特的机会来收集和分析来自地下海洋的新鲜物质,而无需挖掘或钻孔。所以未来探测土卫二任务将包括重复飞越羽流,并可能降落在南极地形上,以对从间歇泉喷出的新落体物质进行采样。由于目前对喷出的冰粒分析表明,土卫二内部存在复杂的有机分子。如果有生物生活在冰层深处,那么间歇泉似乎可以让我们直接进入它们的世界。

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