土卫二上可能存在生命吗？
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土卫二上可能存在生命吗？
作者：Elizabeth Howell
编译：艾宇熙
校对：徐鹏晖
土星拥有众多被冰雪覆盖的卫星，土卫二就是其中之一。NASA的“卡西尼”号航天器曾经观测到土卫二向太空喷射出水冰晶体。经过星载质谱仪的进一步分析，人们发现土卫二的喷射物不仅仅是纯净的水冰：它们含盐，并且掺杂氢气和甲烷之类的有机物。
现在，更加精细的质谱数据显示，土卫二上存在比我们先前了解的更为复杂的有机物分子。这个发现使“太阳系中除地球外也存在生命”的假设变得更为乐观，并于近期在《自然》杂志上发表。但是，科学家们仍不能对地外生命是否存在下定论。
图一：土卫二极区冰晶喷发的的艺术家想象图
图源：NASA/JPL
有机分子常常含有碳、氢、氧、氮这些基本生命元素，形成链状或环状结构。“卡西尼”号的新发现表明，土卫二内部含有的有机物分子不仅仅是简单链状烃类，它们具有复杂的结构，而且至少还含有氧元素和氮元素。
论文的共同作者，来自美国西南研究院的Christopher Glein在接受《天空和望远镜》杂志的邮件访谈时表示，这项新发现完全颠覆了人们对土卫二上有机化合物的认识。“从前，我们仅能探测到低于100原子质量单位（amu）（即相对分子质量小于100）的有机化合物，而且每个分子仅含有几个碳原子。”Glein解释说，“这主要是由于我们以前使用的离子与中性粒子质谱仪（Ion and Neutral Mass Spectrometer，INMS）只能检测相对分子质量小于100的分子。我们的这项新研究中，来自‘卡西尼’号宇宙尘埃分析器（Cosmic Dust Analyzer, CDA）的数据表明，土卫二上存在复杂的有机分子，相对分子质量可达数千。”
研究人员通过宇宙尘埃分析器检测到碳氢比约为2：1的高分子量聚合物，这表明该聚合物是不饱和的，富含碳碳双键或三键。同时，他们还发现了苯(C6H6)的衍生物——这种衍生物仅在“卡西尼”号以14 km/s的高速飞掠土卫二表面时可以检测到。起初人们对这一现象感到奇怪，但他们随后发现质谱仪也检测到了高分子量阳离子，就得出了合理的解释：土卫二含有的某种高分子量的具有环结构的有机物在质谱仪中被打碎，释放出苯。
图二：芘(C16H10)分子中含有四个类似苯环的结构，分子量为202。这类化合物被称为多环芳烃，它们可能是土卫二上有机物分子的一种前体。
人们也在火星、水星和彗星上检测到过有机物。与这些星球相比，土卫二上有机物分子含硫量低于火星，这是由于火星表面有更多可利用的硫元素，而土卫二上的大多数硫都以可溶性硫化物的形式被固定起来了，比如黄铁矿（FeS2）；人们几年前曾在水星上检测到芳碳（可能以石墨的形式存在），土卫二上的芳碳也很丰富，并且同时含有氢、氮、氧元素——这或许与土卫二表面下的海洋中存在水(H2O)和氨(NH3)有关；彗星则含有更加多样且丰富的生命前体有机化合物。
Glein对土卫二上是否有生命的问题持谨慎的态度。迄今为止，默认假设仍然是土卫二上不存在生命。“卡西尼”号之后，尚没有下一步对土星及其卫星进行探测的计划，因此行星科学家们在数十年之内可能都无法对这一问题给出确凿的答案。
图三：土卫二石核中的热液过程可以从无机物前体中生成有机物
图源：NASA / JPL / SSI / LPG-CNRS / Nantes-Angers / ESA
生命体倾向于选择较轻的同位素构成自身，因此生命迹象的线索之一是有机物中碳13和碳12之比低于整颗星球中两种同位素含量之比。另一个生命特征是热力学或动力学上不稳定的有机化合物，这意味着它们可能是经由某些生物过程合成的。此外，氨基酸和脂类分子的存在也暗示着存在生命的可能。
2018年7月6日
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编排：王璞
牧夫新媒体编辑部
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土卫二也有生命？
图片来源：WiKi
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