研究顯示探測土衛(wèi)二生命可能需要100次飛掠間歇泉羽流土衛(wèi)二上巨大的羽流提供了一種在不著陸情況下便可探尋生命跡象的特殊機會
藝術家想象圖，展示了NASA的卡西尼號航天器在飛越土衛(wèi)二南極羽流時的情景。新型的軌道器也許在不著陸的情況下便可以從羽流中找尋生命。
根據(jù)一項研究顯示，在探測器不著陸的情況下也可能搜尋到被冰層覆蓋的土衛(wèi)二上的生命跡象，盡管這不會很容易。
(資料圖)
一組研究人員發(fā)現(xiàn)，軌道飛行器需要至少進行100次飛躍土衛(wèi)二噴發(fā)出的羽流，才能捕捉到細胞的痕跡，而細胞正是確認生命存在的一個重要標志。這個結(jié)論將有助于優(yōu)化未來前往土星和土衛(wèi)二的太空任務，以提高科學探索的回報率，尤其是在生命信號未被檢測到的情況下。
在2015年，NASA的卡西尼號探測器飛躍了從土衛(wèi)二表面噴發(fā)出來的間歇泉羽流。大量的飛躍數(shù)據(jù)顯示，羽流中包含了豐富的二氫化合物（H2），這表明土衛(wèi)二上有海底熱泉的存在，而這些熱泉與地球上的沒什么兩樣。數(shù)據(jù)同時也表明了羽流中存在著大量的二氧化碳和甲烷，這意味著在土衛(wèi)二的海底熱泉附近可能存在著甲烷基生命或者甲烷基微生物。
現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)建立了土衛(wèi)二的海底熱泉環(huán)境模型，用來估算這樣一個產(chǎn)甲烷的生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量，從而能夠更好的理解有多少細胞可以進入羽流，并被羽流攜帶噴發(fā)到土衛(wèi)二的表面。
安東尼·阿夫霍爾德是亞利桑那大學的博士后研究助理，也是這項研究的主要作者。他在一份聲明中說到，模擬出的土衛(wèi)二全部海洋中的細胞數(shù)量，僅相當于地球一頭鯨魚的質(zhì)量。這著實很令人吃驚。
通過估計細胞的密度，該團隊發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)二上的生命承載區(qū)（或者叫海底熱泉附近的生物圈）可能范圍非常小，少于10噸碳的密度，這筆地球海底熱泉附近的生物圈要小。
卡西尼號探測器拍攝的土衛(wèi)二羽流，這些羽流的水中可能攜帶了微生物。(圖片所有權: NASA/JPL–Caltech/太空科學研究)
盡管如此，我們?nèi)钥梢詮倪@篇研究中了解到，有充足數(shù)量的細胞和來自甲烷基微生物的有機物質(zhì)有可以進入到羽流并噴發(fā)到空中，這也增加了造訪的太空飛船捕獲到它們的機會。
阿夫霍爾德說，土衛(wèi)二生態(tài)圈可能非常稀少。然而模型研究表明，羽流中能夠包含足夠多的有機分子或細胞，當羽流源源不斷地產(chǎn)生時，這些有機物也可以被未來的探測器儀器采集到。
如果土衛(wèi)二的海底熱泉生存著甲烷基微生物，那這些生物也會像在地球上一樣，居住在離熱泉很近的地方。熱泉釋放出的溫暖水流，混雜著甲烷基微生物的細胞，將直升衛(wèi)星表面。在這里，至少有100座活躍的羽流會透過裂縫，沖出被冰層覆蓋的地殼。
地球上馬里亞納海溝的深海熱泉。（海底火山帶。圖片提供方： 鐵人, NOAA/PMEL, NSF.）
與地球相似的熱泉可能同樣存在與土衛(wèi)二的海底。在地球上，海底熱泉的環(huán)境孕育了雪蟹，多毛蟲，和不同種類的蝦類生物，這些蝦的背部長著光敏細胞（或者眼睛）。假如地球上這種海底熱泉周圍的深海生態(tài)環(huán)境是獨特的的和多樣的，那么土衛(wèi)二上相似的海底熱泉將更會是一個讓人著迷的尋找地外生命之地。
研究人員認為，假設大多數(shù)甲烷來自于居住在土衛(wèi)二深海中的甲烷基微生物，那么從軌道探測器中取樣就是可能的，前提是這些細胞在到達土衛(wèi)二表面后仍然能夠存活。
先前的研究表明，羽流中93%的物質(zhì)要降落回到土衛(wèi)二的表面，這使得通過飛飛躍的方式取樣成為一項爭分奪秒的挑戰(zhàn)。此外，并不是每個進入羽流的細胞都能適應羽流向上噴發(fā)至太空中過程中的壓力變化而生存下來，這個過程會有94%的細胞都由于減壓而遭到破壞。
也許另一個更令人擔心的挑戰(zhàn)是一種叫做有機無生命無定形的非生命元素的存在。正如研究者在本研究中所描述的，無生命無定形物質(zhì)和有生命的細胞有相同的特征，將導致假陽性（誤采集）的風險很高。
為了克服這些挑戰(zhàn)，并最大限度地增加取樣到真實細胞的幾率，阿夫霍爾德的團隊發(fā)現(xiàn)至少取樣0.1mL的羽流才能夠保證，也就是說，至少需要100次的探測器飛躍才足夠。
100次飛躍聽上去很多，但當前NASA的一個旗艦計劃“土衛(wèi)二軌道著陸探測器”，顯示出這個目標是可以實現(xiàn)的。在環(huán)繞土衛(wèi)二運行的一年半時間里，“土衛(wèi)二軌道著陸探測器”可以實現(xiàn)對羽流的1000次飛掠。這些樣本將會是尋找土衛(wèi)二上是否存在生命的重要數(shù)據(jù)點。
阿夫霍爾德說，也許在幾代人的時間內(nèi)我們都很難在異星世界中找到活體細胞存在的明確性證據(jù)。在那之前，我們都不能排除土衛(wèi)二上存在生命的事實。
BY:Sharmila Kuthunur
FY: 天樞
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