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土卫六上的生命火种

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书彩金 发表于 2022-1-12 22:44:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
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卡西尼拍摄的土卫六大气。


土卫六是土星最大的卫星,也是一个谜一样的卫星。科学家对它的兴趣非常浓厚,尤其当卡西尼2004年抵达土星系以来,人们发现在它稠密的大气中,进行着许多有机化学反应。更有意思的是,卡西尼还发现土卫六似乎正在为生命的诞生作着化学准备。

作出该发现的是一个国际科研团队。在分析了卡西尼的探测数据后,他们断定土卫六的大气中存在着一种名为“碳链阴离子”的带负电荷的分子结构,这些结构能够组合成更加复杂的分子,它们在地球生命的出现过程中起着关键作用。

研究结果以论文的形式发表在最近的《天体物理学期刊通讯》上,论文名为《碳链阴离子和土卫六电离层中的复杂有机分子》。
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土卫六内部的可能结构。


正如他们在研究中指出的那样,卡西尼探测器在距离土卫六表面大约950至1300公里高度的上层大气中发现了这些分子结构。这一发现出乎科学家的预料,且给当前与土卫六大气有关的理论带来了不容忽视的挑战。

科学家长久以来一直相信在土卫六的电离层,土卫六大气中的氮、碳、氢,在太阳光和土星磁场中的高能粒子共同作用下,会通过一系列的化学反应转变成较为复杂的、与生命的诞生有关的化合物,这些化合物会逐渐向大气层低处沉降,并在土卫六近地表上方形成一个浓厚的橙色雾圈。

这一话题非常令人感兴趣,因为这种简单分子合成复杂有机分子的过程中存在着许多谜团。而碳链阴离子的意外发现或许会解开这些谜团。这些分子结构极为活跃,因此它们在土卫六的大气中无法长期存在,很快就会和其它物质结合。

数据显示在越靠近土卫六表面的地方,碳链的含量越少,而构成雾气的大分子化合物含量却急速增加。这表明这两种化学结构之间存在着非常密切的关联,碳链从某种意义上来说是大分子的“种子”。据信,在几十亿年前的地球上,这些分子是生命诞生过程中的重要环节。
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背光条件下拍摄的土卫六,大气中的雾气非常明显。


这一发现可能会成为生命在宇宙中起源的一个标志。正如论文的主要作者,伦敦大学学院的Ravi Desai博士所说,“我们在一个类行星天体的大气中发现了碳链阴离子存在的确凿证据,这是制造复杂有机分子的决定性一步。虽然这是一种存在于星际介质中的已知化学过程,但现在我们亲眼看到它在一个完全不同的环境中进行着,这意味着这种制造复杂有机分子的过程在宇宙中确实是普遍存在的。”

土卫六拥有一个主要由氮气和甲烷组成的稠密大气,在它身上还存在着许多我们太阳系中最为复杂的化学过程,土卫六的大气一直以来都被认为和地球早期的大气非常相似。几十亿年前,在微生物出现并制造出氧气之前,地球很有可能拥有一个同样稠密的,主要由氮气和二氧化碳组成的大气层。

因此土卫六常常被当作某种行星实验室,在那里我们可以观察在生命出现之前的地球上进行着哪些化学反应。对生命出现之前物质要素的探寻已经远远超越了地球本身。天文学家现在已经可以在系外行星身上寻找相同的分子结构,来判断哪些能够促成生命的诞生。

而针对离我们较近的太阳系,这样的探寻活动也是非常有意义的。例如在那些和土卫六拥有相似氮-甲烷大气的天体上,比如冥王星或海卫一上,我们是否也会发现相似的现象?

卡西尼项目科学家Nicolas Altobelli表示,“卡西尼为我们带来的这些颇为鼓舞人心的探测结果表明,追踪化学分子从小到大演进的过程,了解复杂有机分子在与地球早期阶段相似的大气环境中产生的方式是多么重要。虽然我们目前还没有在地球之外找到生命本身,但我们已经发现复杂的有机分子不只存在于土卫六上,还存在于彗星上,还广泛地分布在星际介质中。”我们距离最终答案,或许已经非常近了。

卡西尼探测器将于今年9月15日结束它长达13年的土星系探测之旅。届时它将冲入土星大气,以免给其卫星带去来自非本土生命的污染。卡西尼任务的终结并不意味着探索的终结,未来仍将会有许多继任者,接替它完成在宇宙中寻找生命栖息地的伟大使命。
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