土衛二不斷向太空噴射間歇泉,羽流含有機分子,科學家:或含生命

從地球看去,土星的第六顆衛星土衛二(Enceladus)并沒有什麼特別之處。它是一個距離太陽太遠的冰冷世界,這使得它不太可能存在生命。但在 2004 年美國宇航局的卡西尼號(Cassini)抵達土星后,揭示了一個意想不到的世界,有地下海洋和從南極地區噴出的水冰和蒸汽,使其成為太陽系中最可能適合居住的地方之一。

一項發表于《地球物理研究快報》的新研究指出,通過南極的一系列裂縫從地表噴涌而出、不斷向太空噴射間歇泉,加州大學戴維斯分校的科學家團隊認為間歇泉含有海底通風口、鹽水甚至甲烷的痕跡,這表明漆黑的深海中可能含有生命。

冰下的世界!

土衛二冰冷的地殼隱藏著海洋的第一個確鑿證據出現在 2006 年,當時卡西尼號發現間歇泉涌入太空。

十年后,在環繞土衛二時,航天器直接穿過其中一個水柱——掠過距離土衛二表面僅 48公里的地方。在這次大膽的飛行中,探測器對溢出到太空中的分子進行了采樣,結果發現了水,以及氫氣和甲烷。研究人員確定,氫氣不是生命的標志,而是生命潛力的標志,它很可能來自深海通風口——地球上的這些通風口充滿了以氫為食的微生物。

然后是甲烷。許多以深海通風口為家的古代生命形式會吞食氫氣和二氧化碳(CO2)并產生甲烷(CH4),因此它們被稱為產甲烷菌。卡西尼號只發現了幾個分子,證明了土衛二幾乎擁有讓簡單生物體保持舒適所需的一切——水、熱量和食物。不過這些證據完全是間接的,因為地球上的甲烷除了微生物消化外,還來自各種化學反應。

然而卡西尼任務中讓科學家感到驚喜的一個現象是,土衛二南極附近的「虎紋(The tiger stripes)」裂縫噴出水,估計有時水量可高達每秒200公斤。雖然土衛二上已發現存在海洋的證據,但這顆小而寒冷的星球究竟如何維持間歇泉這樣的地質活動,一直是個科學謎題。

土衛二為什麼能不斷向太空噴射間歇泉?

為了弄清楚是什麼原因讓間歇泉從土星衛星中噴出,加州大學戴維斯分校的研究團隊通過模型模擬,發現土衛二繞土星公轉軌道的變化,會造成在一億年間土衛二變暖和變冷的循環。在溫度的冷熱作用下,冰殼在壓力下彎曲使得內部的海水噴出,造成了間歇泉。

加州大學戴維斯分校的地球物理學家麥克斯韋魯道夫(Maxwell Rudolph)解釋:加熱和冷卻的循環是由星球本身的運動驅動的。每隔一億年左右,土衛二圍繞土星的軌道形狀就會發生變化,從更圓形變為更橢圓形并返回。當軌道更橢圓時,土衛二被土星的引力擠壓得更緊,然后被釋放,導致整個冰架被拉長,就像被揉捏一樣。而冰的輕微起伏,就足以加熱整個土衛二并稍微融化外殼。

然后,當土衛二的軌道變成圓形時,它的地殼再次冷卻下來,冰架向下擴展進入隱藏的海洋——水結冰時的體積變化會導致壓力增加。當壓力變得太強時,外層的冰會破裂,就像面包的外殼隨著柔軟的內部膨脹而裂開一樣。堆積需要數百萬年的時間,但裂縫會在幾秒鐘內出現,從地表開始,向下射入約 15公里的地下海洋。

裂縫會延伸到兩極的海洋,因為那里的冰最薄。一旦發生裂縫,它就會引發一系列導致虎紋裂縫的事件,而該過程可能在每個冷循環中反復發生。當流體到達地表時遇上真空環境而升華,就呈現羽狀噴泉的外觀。

但這個解釋有個問題是,即使是所有新形成的冰也不足以將水擠到地表,而且土衛二的照片并沒有顯示液態水從星球光滑的表面溢出的明顯痕跡(如果解釋正確,土衛二應該會看到還有許多比虎紋更小的裂縫)。也就是說,僅靠壓力并不能完全解釋間歇泉。

魯道夫表示,就間歇泉發現的成分來看,土衛二的深海羽流中可能有生命。不過擁有適合生命的物質和真正從那里開始生命之間存在很大差異。如果未來的探測任務顯示沒有生命跡象,那麼這將是一個沒有實際可居住性的可居住環境的例子。

此外,木星最著名的衛星之一歐羅巴,它既有冰殼,也有液態的地下海洋。但木衛二的半徑大約是土衛二半徑的五倍,重力的冷熱循環還不足以穿透其較厚的地殼,這表明其他力量也可能在起作用。

最后,土衛二的虎紋裂縫提供了一個獨特的機會來收集和分析來自地下海洋的新鮮物質,而無需挖掘或鉆孔。所以未來探測土衛二任務將包括重復飛越羽流,并可能降落在南極地形上,以對從間歇泉噴出的新落體物質進行采樣。由于目前對噴出的冰粒分析表明,土衛二內部存在復雜的有機分子。如果有生物生活在冰層深處,那麼間歇泉似乎可以讓我們直接進入它們的世界。

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