在“地外水世界”又有了新发现 氢气和能量

文章作者:bianji3 | 2017-04-17
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    NASA又发布“重大新闻”!我们都知道不可能是外星人,那究竟会是什么呢?

   北京时间2017年4月14日凌晨,美国航天局召开新闻发布会,宣布在“地外水世界”又有了新发现!主要是两样东西“氢气”和“能量”。

     卡西尼号任务科学家宣布,他们在土卫二“恩克拉多斯”上发现了大量氢气,表示在土卫二内部有着支持生命的必不可少的化学能。

卡西尼号拍摄的土卫二卡西尼号拍摄的土卫二(来源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

 目前我们知道的生命所需要的三种不可或缺的要素——水、(新陈代谢所需的)能量、关键化学元素(主要是碳、氢、氧、氮、硫、磷)。虽然土卫二距离地球非常遥远,是个小小冰冷的世界,而这些要素却几乎都存在。

水、能量、关键化学元素被认为是生命存在的三要素,在此基础上,只要有足够的时间生命就能得以演化。水、能量、关键化学元素被认为是生命存在的三要素,在此基础上,只要有足够的时间生命就能得以演化。(来源:NASATV新闻发布会截屏)

  土卫二半径约252千米,只有月球的1/7,距离土星大气顶端约18万公里。2005年卡西尼号探测器发现了土卫二南极附近有多达101处间歇泉,每天向空中喷射6吨水汽!(当然喷出后立刻就结冰了)经测定,土卫二平均密度约1.6克/立方厘米,科学家测定其地表以下30-40公里深处存在着一个平均深度约10公里的全球性液态海洋。土卫二与土卫四的轨道形成了2:1共振,即土卫二每完成两次公转,土卫四刚好完成一次公转。这种轨道共振让土卫二椭圆轨道的偏心率达到0.0047,并形成了“潮汐加热”效应,从而为其地质活动提供了额外的热源,使得这个远离太阳的冰雪世界却拥有一个规模可观的地下海洋。

土卫二全球性海洋示意图(厚度未按比例)土卫二全球性海洋示意图(厚度未按比例)(来源:NASA/JPL-Caltech/腾讯太空)

  卡西尼探测器于2015年10月28日最后一次近距离飞越土卫二,这次真的很近,区区49千米,简直就是“近在咫尺”了。这次大胆的轨道设计使卡西尼号有了近距离观察这股清流的绝佳机会,卡西尼号对冰喷泉进行了采样。科学家们发现在这羽状喷泉中含有98%是水,约1%是氢气,剩下的是二氧化碳、甲烷、氨等其他分子混合物。进行分析的仪器是搭载在卡西尼号上的离子和中性质谱仪(INMS),本来就是为了探测太阳系最大卫星之一的土卫六“泰坦”大气成分的。很遗憾,卡西尼号不具备探测地外生命的功能,从它身上无法得到我们最迫切想知道的答案。

发布会现场演示卡西尼号如何飞越土卫二南极附近冰喷泉上空发布会现场演示卡西尼号如何飞越土卫二南极附近冰喷泉上空(来源:NASATV新闻发布会截屏)

  研究人员觉得,不要小看氢气的比重不高,却超出了正常水平,这说明土卫二内部有着某种机制可以源源不断产生氢气——这是至关重要的。2015年3月曾有论文认为土卫二海洋底部热水与岩石存相互作用,这次新发现支持了这一论断,科学家认为正是这种相互作用产生了氢气。若土卫二海洋中存在微生物,那么它们可以利用氢气和溶解在水中的二氧化碳来获得能量,从而产生甲烷,这种化学反应就是“甲烷生成过程”(methanogenesis)。

      甲烷是地球生命起源的关键,被称为生命的根基。我们应该在很多纪录片中见过地球海底有着热泉,许多微生物就在泉口边摄取矿物质补充能量,而一些小虾米小鱼相对大型的动物就以这些微生物为食,生命演化的进程就开始了。

土卫二南极地区冰喷泉模型示意图土卫二南极地区冰喷泉模型示意图(来源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

地球海底热泉口生机勃勃地球海底热泉口生机勃勃(来源:NASATV新闻发布会截屏)

  这次一起发布的另一则相关消息来自哈勃望远镜的新发现,研究人员在木卫二“欧罗巴”上又发现了水柱,且是多次喷发。并且,他们对照了过去伽利略号探测器的观测数据,发现水柱的位置存在温度异常偏高的现象。于是,他们猜测可能这是又一个温泉,木卫二地表以下也有着活跃的地质活动(木卫二的地下海洋也早已基本确定)。NASA有个新的探测任务“欧罗巴快艇”(Europa Clipper)号就将专门冲着这个“重点考察对象”去,预计在2020年-2030年期间发射。

“哈勃”太空望远镜拍摄的木卫二间歇泉位置(左)和“伽利略”号探测器检测到的温度异常(右)相吻合,红色表示温度高。“哈勃”太空望远镜拍摄的木卫二间歇泉位置(左)和“伽利略”号探测器检测到的温度异常(右)相吻合,红色表示温度高。(来源:NASA/ESA/STScI/USGS)

“欧罗巴快艇”号概念图“欧罗巴快艇”号概念图(来源:NASA/JPL-Caltech)

  这个发现虽然不是外星人,甚至离“外星生命存在的证据”也很遥远,但我们在土卫二上依稀看到了地球早期生命形成环境,这无疑是令人相当兴奋的。考虑到从地质年代来讲,土卫二仍然非常年轻,属于它的故事或许才刚刚开始……

卡西尼号探测器拍摄到的土卫二间歇泉,现在总共观测到土卫二上有101处间歇泉。卡西尼号探测器拍摄到的土卫二间歇泉,现在总共观测到土卫二上有101处间歇泉。(来源:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

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