以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
在一个寒冷黑暗的太空深处漂浮的毫无生机的行星上，化学反应如何突然产生生命有机体，这是科学领域最大的问题之一。我们甚至不知道地球上生命的分子构件是在这里创造的，还是由彗星和陨石带到这里的。
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利用美国国家航空航天局/欧空局卡西尼任务的数据，我们现在在土星最大的卫星泰坦星上发现了分子，我们认为这些分子驱动了复杂有机化合物的产生。这些是在我们的太阳系中从未见过的分子。这一发现不仅使泰坦星成为孕育某种原始生命的有力竞争者，也使其成为研究生命如何在我们自己的星球上从化学反应中产生的理想场所。
生命的分子构件是有机化合物，包括可以组装成活细胞中蛋白质、RNA 和 DNA 的氨基酸。迄今为止，科学家已经在陨石、彗星和星际尘埃中发现了这些化合物。但问题是这些物质形成于数百万年前，这意味着我们无法知道它们是如何形成的。
令人兴奋的是，这些化合物似乎今天正在泰坦星上形成。阳光和来自土星磁层的高能粒子驱动了卫星上层大气中的反应，上层大气主要由氮气、甲烷和氢气组成。这些反应导致了更大的有机化合物，这些化合物向下漂移，形成了卫星特有的“雾霾”和广阔的沙丘，最终到达地表。
为了做出这些令人惊讶的发现，发表在《天体物理学杂志快报》上的研究表明，卡西尼号宇宙飞船穿过了泰坦星的上层大气层。利用传回地球的数据，我们识别出带负电荷的分子“碳链阴离子”的存在。这些分子似乎“播种”了在卫星上观察到的更大的有机化合物，例如多环芳烃和氰基聚炔，它们可以作为早期生命形式的关键成分。实验室实验也表明，氨基酸可能存在于那里，但卡西尼号上的仪器没有配备探测它们的能力。
像这样的带负电荷的分子在太空环境中很少见，因为它们想要与其他分子发生反应和结合，这意味着它们可能会很快消失。然而，当它们存在时，它们似乎是简单分子和复杂有机化合物之间至关重要的“缺失环节”。
那么，泰坦星上目前可能存在生命吗？并非不可能。从土星的另一个卫星土卫二喷发出的水羽流提供了关键的氧气来源，氧气以降雨的形式落到泰坦星的上层大气层。泰坦星甚至被行星宜居性指数评为地球之外最有可能存在生命的地方。但由于寒冷的条件，那里的生命可能相当原始。液态甲烷和乙烷海的存在也意味着潜在的生物体必须以与地球上的生物体截然不同的方式运作。
追溯地球上的生命
值得注意的是，在太阳系之外的巨大分子云中也观察到类似的过程，恒星在那里诞生。在宇宙中的第一批恒星进入衰亡期并融合在一起形成更重的元素之后，丰富的有机化学反应发生了。在这些环境中，带负电荷的分子已被证明充当更大有机物的形成的催化剂，然后这些有机物可以转移到从云层中形成的太阳系和彗星。
复杂的星际化学反应导致了一种理论，即生命的构件可能是由曾经在这些分子云中形成的彗星带到地球的。欧空局的罗塞塔任务在访问 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星时探测到氨基酸甘氨酸。然而，新的发现完全有可能表明，从简单分子创造生命的过程发生在地球上。
泰坦星稠密的氮气和甲烷大气层与早期地球的大气层相似，大约在 25 亿至 40 亿年前。在这个时候，在氧气积累之前，大量的甲烷导致了类似于今天在泰坦星上观察到的有机化学反应。因此，这颗卫星是寻找生命起源的高度优先目标。
通过对泰坦星进行长期、详细的观测，我们或许有一天能够追溯从小化学物质到大化学物质的历程，从而了解复杂的有机分子是如何产生的。或许我们甚至能够捕捉到从复杂有机分子到生物体的突然转变。已经在使用强大的地面望远镜（如ALMA）对泰坦星大气层进行后续观测。进一步探索泰坦星的任务也在进行中——至关重要的是，这些任务要配备探测生命特征的设备。
普遍驱动力
我们现在看到泰坦星上发生的化学反应与分子云中发生的化学反应相同，这一事实令人着迷，因为它表明了这些过程的普遍性。现在的问题是，这是否也会发生在其他富含氮气和甲烷的大气层中，例如冥王星或海王星的卫星海卫一？近年来发现的绕附近恒星运行的数千颗系外行星又如何呢？
通往生命构件的普遍途径的概念对我们需要在未来宇宙生命搜索中寻找什么具有重要意义。如果我们在另一个环境中探测到刚刚在泰坦星上看到的分子，我们就会知道那里很可能存在更大的有机物，因此也可能存在氨基酸。
未来的任务，例如美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜和欧空局的系外行星任务柏拉图，将进一步研究我们太阳系内和绕附近恒星运行的行星上的这些过程。英国甚至正在计划自己的系外行星任务Twinkle，该任务也将搜索有机分子的特征。
尽管我们尚未探测到生命本身，但在泰坦星、彗星和星际介质中复杂有机分子的存在意味着我们肯定正在接近找到生命的开端。这一切都要归功于卡西尼号近 20 年的探索之旅。因此，当这艘宏伟的宇宙飞船在 9 月份以最终死亡坠落进入土星大气层时，请为它稍作停留。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。