在我们潮湿的太阳系中寻找生命

科学家们正在太阳系中令人惊讶的角落和缝隙中发现液态水,这是我们所知生命的基础。继周三有关土星卫星土卫二内部温暖的碱性海洋中似乎存在热液喷口的报道之后,研究人员昨天宣布了确凿的证据,表明木星卫星木卫三也拥有一个 [...]

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


科学家们正在太阳系中令人惊讶的角落和缝隙中发现液态水,这是我们所知生命的基础。

继周三有关土卫二内部温暖的碱性海洋中似乎存在热液喷口的新闻之后,研究人员昨天宣布了确凿的证据,表明木星的卫星木卫三也在其冰冷的地壳下拥有相当大的海洋。根据理论模型以及来自“旅行者”号和“伽利略”号任务的间接证据,天文学家几十年来一直认为木卫三蕴藏着地下海洋。但是,使用哈勃太空望远镜获得的这些最新测量结果使情况更加令人信服。与此同时,我们这个充满水的太阳系使得寻找外星生命的失败更加令人困惑。

木卫三是太阳系中最大的卫星,仅比火星略小,比水星和冥王星都大。得益于其体积,木卫三还拥有强大的磁场,该磁场与木星更大磁场中捕获的粒子相互作用,从而在卫星周围产生微弱的紫外线极光。随着木星的旋转,其磁场导致木卫三的极光略微来回摇摆。


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研究人员意识到,如果木卫三据称的地下海洋足够大且足够咸,它将具有足够的导电性来对抗木星的磁场并略微抑制极光的摇摆。使用哈勃望远镜观察,他们看到的正是这样。木卫三的极光不是像没有地下海洋时预期的那样来回摇摆大约六度,而是仅摇摆了两度。这个量与一个深度达 100 公里,埋藏在可能 150 公里冰层之下的海洋大致一致,尽管海洋的实际深度和位置可能会根据其包含的导电盐量而略有不同。

您可能会认为这项新发现大大增加了在木卫三内部发现生命的希望,但事实并非如此。最新的哈勃数据与之前的研究非常吻合,之前的研究表明木卫三的地下海洋夹在两层冰之间——上层冰壳和下层冰幔。这种模式意味着海洋与木卫三的岩石核心隔离,因此可能缺乏在没有阳光的情况下维持新陈代谢的矿物质和营养物质。相比之下,土卫二和木星的冰卫星木卫二的地下海洋似乎都位于岩石核心之上,为任何水生生命提供了丰富的可用能量和原材料。土卫二的表面也在向太空喷射海水羽流,木卫二也可能如此——这表明这些海洋与地表相连,允许营养物质从上方滴落,并使进一步的调查更容易。在木卫三上没有观察到羽流,并且与其地质活动活跃且年轻的土卫二和木卫二表面不断从下方补充不同,其表面布满陨石坑,惰性且古老。综上所述,所有这些都表明木卫三的海洋可能没有生命,并且被隔离在几乎无法接近的表面深处。

当然,我们需要了解更多,好消息是我们很快就会做到。欧洲航天局的木星冰卫星探测器 (JUICE) 计划于 2022 年发射,并将于 2030 年抵达这颗巨行星,它将花费大部分时间研究木卫三及其地下海洋。

另一个好消息是,木卫三、土卫二和木卫二几乎可以肯定只是太阳系液态水的冰山一角。地下海洋似乎越来越成为所有一定大小的冰冷世界的常态——土星的卫星土卫六、海王星的海卫一、木星的卡利斯托,甚至矮行星谷神星、阋神星和冥王星内部也疑似存在类似的储水库。如果这种情况可能在这里发生,为什么不在其他冰冷的世界中发生,例如环绕太阳系外恒星运行的系外卫星呢?

几十年来,天体生物学家一直痴迷于“追逐水”,他们认为,就像在地球上一样,哪里有液态水,哪里就有生命。但是,随着我们看似毫无生机的太阳系中存在大量地外海洋的证据越来越多,一些非常聪明的人开始担心我们的搜索逻辑存在缺陷,或者我们是否可怕地孤独。在 Twitter 上,SpaceX 首席执行官兼有希望的火星殖民者埃隆·马斯克对木卫三的新闻发表了以下评论

宇宙中液态水和其他适宜生命存在的条件似乎表明,无论微生物还是乘坐飞碟的小绿人,我们都应该在我们目光所及之处找到宇宙伙伴。然而,到目前为止,宇宙似乎是贫瘠、沉默和死寂的,除了地球。那么,大家都在哪里呢?这就是物理学家恩里科·费米在 1950 年提出的“悖论”。目前流行的解释相当悲观:他们认为,智能甚至生命本身的出现面临着极低的几率,或者即使生命和智能很普遍,技术文明也是不稳定和短命的。无论如何,我们可能永远找不到其他人交谈,而后一种情况表明我们可能正在走向自我灭绝。

但在我看来,地下海洋(有些人称之为“屋顶世界”)的普遍存在并没有加剧费米悖论。相反,它使解释变得更容易。引用我去年为 Aeon Magazine 撰写的一篇文章中的话

屋顶世界可能是宇宙中生物学的默认住所。屋顶世界内的生命可以顺利地抵抗许多其他致命的宇宙灾难,无论是作为流浪行星被弹射到星际黑暗中,还是被附近超新星或打嗝黑洞的硬辐射沐浴。然后我们可以猜测为什么,就像我们的太阳系一样,整个宇宙在我们看来如此荒凉。在这种情况下,即使大多数生命有眼睛可以看,也永远不会瞥见天空、星星、光线或火焰,并且几乎没有希望到达冰壳之上和之外的东西。

所以让我们保持冷静。宇宙非常大,我们几乎没有探索过任何地方。生命可能就在我们周围,只是隐藏和锁定在黑暗、冰冻的天空之下。现在是时候为外太阳系的冰钓做好准备了。

 

 

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大众科学. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大众科学, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大众科学 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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