土星被海洋覆盖的卫星恩克拉多斯不断通过其冰壳的裂缝向太空喷射水汽。卡西尼号宇宙飞船在2000年代中期确定了这些喷射物的成分，并发现了包括二氧化碳和氨在内的分子，这两种分子对于地球上的生命都至关重要。现在，在周四发表于《自然·天文学》杂志上的一项研究中，科学家们重新分析了卡西尼号的样本，并揭示了恩克拉多斯巨大的化学多样性——使这颗冰冷的小卫星成为在我们自己的太阳系中寻找外星生命的首要候选者。
该研究的主要作者，哈佛大学生物物理学家乔纳·彼得，对先前恩克拉多斯可能富含有机化合物（其中大多数尚未被鉴定）的发现非常感兴趣。为了弄清这颗卫星的真实化学成分，彼得和他在美国宇航局喷气推进实验室的同事重新检查了该机构的卡西尼-惠更斯任务在2011年和2012年收集的数据，该任务曾多次驾驶宇宙飞船穿过恩克拉多斯壮观的水汽羽流。卡西尼号的样本由宇宙飞船上的质谱仪（一种通过分子量识别化合物的仪器）进行分析，最初揭示了喷射物中存在五种类型的分子：水、二氧化碳、甲烷、氨和分子氢。
对于新的分析，彼得和他的同事进一步利用了卡西尼号的数据：他们使用了一种统计分析技术，将喷射物样本的分子特征与数十亿种已知化合物的潜在组合进行比较。这使他们能够确定羽流最有可能的成分。
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彼得说：“在羽流中寻找化合物有点像把拼图碎片重新拼凑在一起。” “我们寻找能够重现观测数据的正确分子组合。”
该团队得出的结论是，冰冷的喷射物中包含已确定的五种分子，但也包含一些更大、更重的化合物，包括碳氢化合物，如氰化氢和乙烷，以及部分氧化化合物的痕迹，如甲醇。
法国图卢兹天体物理学和行星学研究所的行星科学家米歇尔·布兰克说，新的结果依赖于一种“智能且稳健的”统计方法来揭示这些更大的分子，他曾参与卡西尼任务。这些化合物没有在最初的卡西尼分析中显示出来，因为机载仪器没有配备识别它们的能力，他说。“卡西尼-惠更斯团队中没有人想到土星的小卫星可能会具有化学活性并产生重分子：毫无疑问，这是卡西尼最伟大的惊喜，也可能是最重要的发现，”布兰克补充道。
加上先前检测到的成分，如水和氨，这些新发现的分子可以作为微生物的构建模块和燃料，并且它们可能支持生命的独立起源。彼得说，自从发现恩克拉多斯的海洋以来，这颗卫星一直是寻找生命基本构建模块的“首要目标”。
彼得特别兴奋地检测到氰化氢或HCN的存在，因为它是“生命最重要和用途最广泛的构建模块之一”，他说。当与其它分子结合时，HCN可以帮助形成核碱基和氨基酸，它们是蛋白质和RNA等更复杂的生物化学的前体。彼得指出，实验室模拟表明，这些转化在类似于恩克拉多斯冰壳的环境中是可能的。“许多对生命起源重要的分子可能已经在恩克拉多斯形成，并且今天可能仍在恩克拉多斯形成，”他说。
羽流多样化的化学成分表明氧化还原或“氧化还原”反应具有很高的潜力，氧化还原反应通常被认为是合成生命构建模块以及允许生物体呼吸氧气和进行光合作用的生化过程中的关键要素。
卡西尼号的样本现在已经揭示了恩克拉多斯羽流中氧化和还原化合物的存在。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家凯特·克拉夫特说，这是一个“非常令人兴奋”的结果，她没有参与这项新研究。这些分子可能会混合在一起，可能通过卫星海底的热液活动，并且理论上可以创造“一个可居住的环境，生命可以在其中得到支持或可能起源”，克拉夫特补充道。
科学家们没有证据表明这种过程实际发生过。事实上，尚不清楚这些氧化和还原化合物可能在哪里相遇。克拉夫特指出，研究人员仍然不确切知道喷发的水是如何穿过卫星的冰壳的。
尽管如此，这些发现可能会为正在进行和计划中的前往类似于恩克拉多斯的海洋世界的任务提供信息，包括木星的水卫星欧罗巴，克拉夫特说，它可能具有许多相同的特性。欧洲航天局的木星冰卫星探测器（Juice）宇宙飞船目前正在前往木星系统的途中，将进一步探索这些问题。
布兰克说，新的发现也为未来重访恩克拉多斯的太空任务奠定了坚实的基础。既然研究人员已经了解了这颗卫星惊人的分子多样性，他们就可以使用能够研究更大分子的质谱仪来检查其复杂的化学环境，并可能揭示这颗爆发性卫星的真正宜居性。