謝懿

近年來，外太陽系中的冰質(zhì)衛(wèi)星已越來越受到行星科學(xué)家的關(guān)注。幾十年來的研究表明，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，都會發(fā)現(xiàn)生命。因此，對這些衛(wèi)星來說，是否也是這樣呢？

從潛在的宜居性來考量，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，還沒有人完全知道需要什么樣的條件能夠把大自然的開關(guān)從化學(xué)過程撥到生物學(xué)過程。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”探測器獲得的木衛(wèi)二部分區(qū)域的圖像。木衛(wèi)二幾乎沒有任何環(huán)形山，表明有浮冰在重塑其表面。

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

生命需要能源。科學(xué)家曾經(jīng)一度認為，在太陽系中唯一適合生命的能源來自太陽，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，因為它是所有行星中與地球最相似的。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)，地下海洋中的水會從間歇泉噴口噴出，為探測帶來不便

當時，海洋科學(xué)家對東太平洋海嶺的火山進行了探測。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，它們就會反向運動。溫度的這一突然變化會使礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，形成黑“煙”。

令人驚訝的是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在熱液噴口周圍溶解的礦物質(zhì)滋養(yǎng)了欣欣向榮的生物群落。這些生物并不是由來自太陽的能量維系的，而是加熱水的地熱能源。

在外太陽系的一些衛(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圍發(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，那么這一過程是否也應(yīng)該發(fā)生在外太陽系衛(wèi)星的海洋底部呢？

雷達圖像顯示土衛(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)二為我們開啟了外太陽系中存在海洋的可能性。20世紀70年代末，當時美國航空航天局的“旅行者1”號和“旅行者2”號探測器飛過木衛(wèi)二時，天文學(xué)家開始懷疑那里可能存在海洋。“旅行者”號發(fā)回的圖像顯示，它表面的絕大部分被光滑的冰層覆蓋，幾乎沒有環(huán)形山。由于這些撞擊留下的痕跡會隨著時間逐漸增多，而木衛(wèi)二上幾乎沒有任何環(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90年代， 美國航空航天局的“伽利略”探測器對木衛(wèi)二進行了探測，發(fā)現(xiàn)這些裂縫周圍的深色物質(zhì)含鹽，似乎來自海洋。對其磁場的測量也暗示在木衛(wèi)二的內(nèi)部存在流動的水體。最終的證據(jù)來自其表面的圖像，它清楚地顯示了浮冰的存在。

維持這個海洋使其呈液態(tài)的熱量來自木星的引力。木星的引潮力會擠壓木衛(wèi)二，產(chǎn)生的摩擦力會融化底層的冰，甚至還能驅(qū)動熱液噴口。不過，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)估計在1千米至10千米。因此，想通過在冰層上鉆探，然后潛水到它的海洋底部去探測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，對其中被擠壓出的海水進行采樣。

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

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

歐空局也有一個前往木星的任務(wù)，被稱為“木星冰質(zhì)衛(wèi)星”探測器。雖然它并非專門為木衛(wèi)二而設(shè)計，但它會多次飛掠木衛(wèi)二，其間它的雷達會用來測量冰層的厚度。

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)星地下海洋的開拓者，但由于冰層的覆蓋，其具體情況我們?nèi)匀晃粗?。不過，大自然為我們提供了一種飛過土衛(wèi)二就能對其地下海洋進行分析的通道，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。

美國航空航天局的“卡西尼”探測器一直在探測這些噴出的羽狀物并已從中飛過，其搭載的儀器對噴出物進行了分析，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。這是相當不錯的證據(jù)，表明被采樣的物質(zhì)來自土衛(wèi)二的海洋本身。在這一發(fā)現(xiàn)的推動下，“卡西尼”將會越來越深入地飛過這些羽狀物。

目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些有機分子。盡管并不完全，但足以說明在土衛(wèi)二的內(nèi)部存在含碳的分子 。這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，因為在地球上，構(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，有可能穿過了間歇泉最密集的地方。行星科學(xué)家目前正在緊張地對探測結(jié)果進行分析。他們想要找到氫分子的蹤跡，因為如果被噴射出的水中存在氫氣，那么有理論表明，它必定來自海底熱水與巖石發(fā)生反應(yīng)的地方。

這對尋找生命有重要的意義。因為微生物可以通過把氫和碳結(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，根據(jù)在哪兒能找到生命的標準，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，還沒有任何重返土星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的進一步計劃?！翱ㄎ髂帷比蝿?wù)結(jié)束后，行星科學(xué)家會開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)星從整體上說是一個更加陌生的地方，它為云層覆蓋，含有豐富的有機分子。2005年，歐空局的“惠更斯”著陸器第一次降落到其表面，揭開了它的面紗。在著陸的過程中，“惠更斯”進行了一系列的測量。綜合對土衛(wèi)六的重力場測量，這些結(jié)果強烈顯示在其表面之下存在一個海洋。

由于在土衛(wèi)六的大氣中和表面上都存在有機分子，因此在其地下海洋中充滿有機分子的概率非常高，進而增大了其存在生命的可能性。但是，我們是否有可能對這個海洋進行采樣來檢驗這一假設(shè)呢？這是個大問題，因為這個海洋中沒有任何東西會被噴到土衛(wèi)六的表面。

不過，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。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)可以基于甲烷來運轉(zhuǎn)，但是對該理論進行實驗檢驗是非常困難的。在實驗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)六的某個海洋里，看看那里到底有些什么，將會是非常有意思的事情。

太陽系外衛(wèi)星

1995年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一顆圍繞類太陽恒星運轉(zhuǎn)的行星——飛馬51b。它是一顆類似木星的巨行星。從那時起至今，科學(xué)家已經(jīng)在銀河系中的恒星周圍發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆太陽系外行星，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。

我們興許也能通過凌星的方法來研究這些衛(wèi)星。在凌星的過程中，行星會從其宿主恒星的圓面前方經(jīng)過，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量的，這也正是美國航空航天局的開普勒空間望遠鏡能在2009年至2013年發(fā)現(xiàn)1000多顆行星的原因。圍繞這些行星運轉(zhuǎn)的任何衛(wèi)星都會導(dǎo)致額外但幅度更小的亮度下降，所以極其靈敏的探測器有望探測到它們。

超大視場尋找行星項目已經(jīng)至少探測到了一個太陽系外衛(wèi)星凌星的疑似信號。下一代的空間任務(wù)，例如歐空局的太陽系外行星探測衛(wèi)星（CHEOPS，計劃于2017年發(fā)射）、美國航空航天局的太陽系外凌星行星巡天衛(wèi)星（TESS，計劃于2018年發(fā)射）以及歐空局的“柏拉圖”探測器（Plato，計劃于2024年發(fā)射），也將以這種方式來尋找太陽系外衛(wèi)星。

這些衛(wèi)星中有許多圍繞巨行星運轉(zhuǎn)，與太陽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。星光會使冰融化，把衛(wèi)星變成一個充滿水的世界，生命可以在其中蓬勃發(fā)展。但這一棲息地存在的時間不會很長，由于衛(wèi)星的引力較弱，其大氣很快就會被星光加熱而流失掉。這時，太陽系外衛(wèi)星就會像一顆巨大的彗星，在太空中拖出一條長長的尾巴，最終變成一個僅剩下巖石的天體。從長

遠看，也許并不理想。