劉聲遠(yuǎn)

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(yuǎn)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(yuǎn)，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(dāng)然也不存在支持地球生命那樣的化學(xué)機制。然而，隨著科學(xué)家對泰坦的奇異化學(xué)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(xué)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(fēng)發(fā)的大膽任務(wù)。這項眼下正在醞釀中的任務(wù)，就是發(fā)射一架裝載感應(yīng)器的無人機近距離探測泰坦，甚至?xí)r不時著陸泰坦，尋找生命跡象。

荷蘭天文學(xué)家惠更斯在1655年首先發(fā)現(xiàn)泰坦，但科學(xué)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(wù)。2005年，執(zhí)行該任務(wù)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(jīng)過泰坦都發(fā)回非凡的圖像。

盡管泰坦遠(yuǎn)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(jié)。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(zhì)在地球上通常是氣體。含氮量很高的泰坦天空，產(chǎn)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(xué)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(xué)反應(yīng)提供了理想的介質(zhì)，讓分子在細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)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(jié)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(zhì)部分是由有機化學(xué)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(fēng)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(xué)家帕爾默領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊報告了對智利阿爾瑪望遠(yuǎn)鏡群采集的數(shù)據(jù)進行深入分析的結(jié)果。這些望遠(yuǎn)鏡最終將望向太陽系以外和遙遠(yuǎn)星系，但為了校準(zhǔn)而首先對準(zhǔn)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(biāo)記。

在地球上，我們?nèi)斯ず铣闪艘环N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(yīng)用于從服裝、汽車到包裝的各種用途。但在泰坦冰冷的碳?xì)浠衔锖蠢铮蚁┗杌衔锟尚纬傻韧诘厍蛏锛?xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。2015年進行的一項電腦模擬結(jié)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(jié)實的可拉伸結(jié)構(gòu)，其方式與地球上的脂質(zhì)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(xué)家認(rèn)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(xì)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(xì)胞膜。他們也不清楚：在泰坦環(huán)境中，DNA或蛋白質(zhì)的對等物是什么？回答這個問題很重要，因為雖然細(xì)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(xì)胞膜的話是不夠的。在地球上，活細(xì)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(zhì)進行自我復(fù)制，而這兩種組分本身都需要由復(fù)雜大分子來構(gòu)建。

對天體生物學(xué)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(xué)家德賽領(lǐng)導(dǎo)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)。卡西尼號辨識了之前很少被看到的一些物質(zhì)——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(fù)雜分子的形成充當(dāng)催化劑。德賽認(rèn)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(chǎn)生復(fù)雜有機物。

從大氣頂層中的化學(xué)反應(yīng)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(qū)DNA和前驅(qū)蛋白質(zhì)（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(xué)家甚至不了解在地球上化學(xué)反應(yīng)如何創(chuàng)造生命，更不用說在碳?xì)浠衔锖Ｑ笾猩鼤鯓赢a(chǎn)生。而要回答這個問題，唯一方法是重返泰坦。美國女科學(xué)家圖托說，可以說泰坦一直在進行著前驅(qū)生物化學(xué)實驗，實驗結(jié)果就擺在泰坦表面，等待我們?nèi)シ治觥?/p>

如果圖托團隊的方案得到認(rèn)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(wù)或提議，但在2017年12月，該局為圖托領(lǐng)導(dǎo)的蜻蜓任務(wù)撥款400萬美元。圖托團隊的構(gòu)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(qū)化學(xué)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(shè)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(wù)。另一項競爭任務(wù)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(wù)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(fēng)?？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(yuǎn)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(yuǎn)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(xué)儀器不會凍結(jié)。

圖托團隊已經(jīng)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(shù)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(wù)獲準(zhǔn)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(gòu)筑單元的不同架構(gòu)。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(xué)家卻依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不清楚泰坦生命的類別。

放射性熱電發(fā)生器。

新標(biāo)準(zhǔn)

去泰坦，是否就是為了尋找與地球微生物相似、只是化學(xué)組成不同的微生物？很可能不會這么簡單?？茖W(xué)家?guī)缀跄芸隙ǎ寒?dāng)蜻蜓無人機降落在泰坦表面時，不會有小動物被嚇跑。但他們也擔(dān)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(xué)家認(rèn)為，難點在于尋找模式。非生物過程傾向于產(chǎn)生豐度相對不同的許多種復(fù)雜分子，而生命傾向于選擇性消耗和產(chǎn)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(xué)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(xué)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(xué)反應(yīng)怎樣在地球上導(dǎo)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(xué)必需的成分，那么科學(xué)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(zé)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(zhì)也與地球生命迥異。