生命從何而來?這個問題已經被各方各界爭執了數千年。宗教人士贊成神創論,自然科學堅定認為生命由宇宙自然演化產生,然而四十億年之前地球究竟如何從一片洪荒之中誕生出生命的種子,卻仍舊是個未知數。也正因此,一部分學者將目光放到了地球之外,有沒有一種可能,生命其實是誕生于其他天體之上,被那些彗星和流星裹挾來到地球上繁衍生息的呢?
外來生命假說并非空穴來風。鑒于一些天體上已經探測到了各種有機分子,例如氨基酸、核苷酸等,而這些有機分子也常被認為是生命起源的基礎。加之流星和彗星等天體在太陽系中漫游,有可能在地球早期當它們進入大氣層或著陸地球時,便將生命種子帶入了地球。而這一假說同時也暗示著,宇宙當中應該存在著孕育生命的溫床。
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一、不太尋常的生命起源
雖然恒星宜居帶的類地行星一般被作為理想的生命誕生地,但一些另辟蹊徑的天文學家,卻將目光移向了更為次級數量卻更為龐雜的另一種天體——衛星。
這些質量遠小于恒星的天體,在宇宙中其實是更為普遍的存在。太陽系中只有一顆恒星,8顆行星,但是已經確定的衛星卻有224顆。并且宇宙中的這些衛星中的很大一部分,可能都有液態水——目前認為孕育生命所必需的化合物——存在于表面或者內部。在太陽系中,木衛二、木衛三、木衛四以及土衛二、土衛四、土衛六上都顯示出內部存在液態水的跡象,而神奇的土衛六,甚至在表面坐擁大量液態有機物。
發布在美國天文學會旗下期刊《美國天文學會研究簡報》上的一篇文章,探討了一種新的生命起源方式,即生命起始于那些宇宙早期就大量形成的類似土衛六的攜水衛星。
圖/惠更斯號探測器由卡西尼號探測器攜帶,于2004年12月24日與母船分離,飛往土衛六,成功軟著陸。版權:NASA
衛星往往伴隨著恒星和行星一同形成,其中有一些具有同地球類似的地質結構。雖然同恒星的距離可能會影響其表面的水資源情況,但卻很少會影響其內部的水。這就使得存在大量的衛星,其內部存有大量的液態水,并且可以在相當長的時間內一直保持一個較為適宜的環境狀態,或許使得簡單生命在這種衛星內部誕生成為了可能。
雖然在宇宙最早期,金屬元素占比還十分少。但隨著星系間天體不斷演化,金屬豐度逐漸提升,同時這種類型的衛星數量也越來越多,逐漸使得最早的生命形式出現在土衛六衛星上的幾率不斷攀升。土衛六這樣表面存在有大量液態有機物的天體,或許也為不同于地球形式的生命誕生提供了可能性。
不僅如此,在詹姆斯·韋布望遠鏡發射升空并展開觀測之后,科研人員利用其搭載的高精度光譜分析儀以及高靈敏度的紅外探測器,在望遠鏡傳回的觀測數據中發現了許多有趣的新結論。比如賓夕法尼亞州立大學的科研團隊發現了一批同銀河系質量相當,但是卻存在于大爆炸之后宇宙初期僅5至7億年的大質量星系;康奈爾大學的研究人員則發現了一個具有非常高的金屬豐度的古早星系——誕生于大爆炸后14億年,卻擁有同太陽相當的金屬元素比例……這些發現或許都在暗示我們,人類對于早期宇宙的演化情況或許仍舊存在許多誤解,這個時空的演化和迭代速度可能遠比我們所設想的要快許多。
因此,如果能夠在土衛六上發現簡單生命結構存在或者曾經存在的跡象,那或許將徹底改變人們對于生命起源的看法。因為這意味著自宇宙誕生至今,在無數的早期攜水衛星上,或許都能夠誕生簡單的生命形式,從而為生命播撒向廣大的宇宙之中提供了基礎。由此也將推斷出,宇宙中存在生命的天體將遠比之前所設想的要多得多。
圖/惠更斯號探測器于北京時間2005年1月15日發回首批數據,包括土衛六的影像資料。版權:NASA
二、名為泰坦,卻并非滅霸故鄉
土衛六又名泰坦,是土星最大的衛星,也是太陽系內第二大的衛星,直徑約為5150千米,甚至比水星還要大一些。1655年,荷蘭天文學家、數學家和物理學家克里斯蒂安·惠更斯在用天文望遠鏡觀察土星時,意外注意到了土星旁邊的土衛六,這是這顆衛星首次進入人類的視野范圍內。
土衛六是太陽系中最迷人的景區之一——如果真的可以去旅游的話。這兒也是除了地球之外人類唯一探測到表面具有穩定液體的世界,這些液體在土衛六表面形成了河流、湖泊和海洋。只不過這些液體并非水,而是液態的甲烷和乙烷。這也使得土衛六具有著同地球非常相似的天氣特征——蒸發、降水構成的液體循環。
同時,有機塵暴侵蝕了土衛六的表面,塑造出豐富多樣的地貌特征,探測器在這顆衛星上找到了包括山脈、平原、盆地、火山和撞擊坑等一系列結構。在土衛六上曾發現一座高達1000米的休眠冰火山,其周圍被巨大的沙丘所環繞,且具有深達1200米的火山口。這是人類目前在衛星上探測到的最大的冰火山之一。當其爆發時,會釋放出大量熾熱的融冰和氣體。土衛六的南極區域還有一個非常大的湖泊——克拉肯海,這是太陽系中最大的液態甲烷湖泊。
由于潮汐鎖定,土衛六自轉周期和公轉周期是一致的,同月球是相似的。也就是說,土衛六有一面永遠朝向土星,另一面則永遠背向土星。土衛六擁有一個厚厚的大氣層,主要由氮氣構成,還含有一些甲烷和其它氣體。這個大氣層非常密集,壓強約為地球的1.45倍。
土衛六表面接收到的太陽光能量大約只有地球的1%,并且這些能量在到達地面之前大多會被大氣中的成分吸收,因此其表面非常寒冷。不過好在大氣中的甲烷等溫室氣體成分在土衛六表面產生了較強的溫室效應,否則其表面溫度將會更低。
在土衛六的大氣中,氮氣是最主要的氣體,占比高達97%,是太陽系內唯一一顆除地球外大氣中富含氮氣的星球。由于表面溫度極低,土衛六大氣中只有少量水蒸氣存在于平流層中。
有機化合物氣體組成的云層通常覆蓋著土衛六表面1%左右的范圍,不過歷史上也曾觀測到云層增加到覆蓋率8%的情況,這同土衛六表面的氣候變化有直接關系。2022年11月,韋布望遠鏡與地面的凱克望遠鏡曾協同觀測到了土衛六表面云層快速變化的圖像。
圖/土衛六的南極區域還有一個非常大的湖泊——克拉肯海(Kraken Mare),這是太陽系中最大的液態甲烷湖泊。版權:NASA
三、表面冰窟,內部溫床
土衛六的表面溫度極低,平均溫度只有-179℃,部分地區常年溫度低于-200℃,土衛六南極地區發現的火山口附近的溫度比其他區域稍高一些,但也只有-160℃左右。極端的嚴寒使其表面成為了生命禁區。
雖然土衛六表面溫度非常低,但是研究人員認為土衛六內部可能存在一個液態海洋,這個液態海洋的溫度或許高于-20℃,足以為可能存在的生命提供溫暖的環境。
一部分學者認為,土衛六的海洋環境與地球的深海環境非常相似,而地球的深海環境中已知存在著一些生命體,這為土衛六的海洋中存在生命提供了可能性。土衛六的內部海洋中或許存在大量的液態水,而這是生命存在的基本條件之一。此外,土衛六海洋中的熱液噴口可能會釋放出各種礦物質和有機化合物,為生命提供了營養。
在地球的深海環境中存在著大量的深海熱液噴口,這是一種在海底噴出熱水和化學物質的噴口,通常位于海底的裂縫或火山口附近。熱液噴口周圍的水溫可以達到幾百攝氏度,而且富含硫化氫、甲烷、二氧化碳等物質。這種極端的環境條件對大多數生物來說都是致命的,但熱液生物卻能在這種環境下生存繁衍。
熱液生物是一類生活在深海熱液噴口周圍的生物。它們依靠熱液中的化學能生存,因此被認為是一類化學合成生物。熱液生物的種類非常多樣,包括細菌、藍菌、無脊椎動物和魚類等。它們之間形成了復雜的食物鏈和生態系統,構成了一種特殊的深海生態環境。如此推理,是不是類似的生物群落也可能存在于土衛六的海洋中?
即便如此,土衛六上仍舊危機重重。
首先,土衛六的內核遠遠小于地球,這就意味著它的磁場很弱,導致土衛六會時刻處于太陽風暴與其它宇宙線的轟擊之中,這對于生命來說是極為致命的威脅。其次,土衛六平均表面溫度低于-180℃,幾乎沒有現有已知的生物能夠在這樣的低溫下長期生存。這顆衛星的氣候變化可能非常極端,凱克望遠鏡與韋布望遠鏡先后對其表面云層的觀測研究顯示,土衛六上空的云層活動是非常頻繁的,使得云的形狀變化非常迅速。
四、前仆后繼的土衛六探測者
人類對土衛六曾幾度發射探測器進行觀測,20世紀70年代末至80年代初,依托于先鋒11探測器、旅行者1號和旅行者2號任務,研究人員首次得到了土衛六第一批詳細的觀測數據和衛星圖像。
卡西尼號探測器于2004年抵達土星,拍攝并傳回了第一張土衛六表面的直接圖像,在2017年它進入土星大氣層焚毀前,曾飛越土衛六一百多次,傳回了大批土衛六的光譜數據。
2005年1月14日,卡西尼-惠更斯號探測器降落在土衛六地表,著陸后同卡西尼號進行了近10分鐘的聯系,最終耗盡能源而于當日結束了歷史使命,不過失去行動能力之前,惠更斯號還是拍攝并傳回了人類歷史上第一張土衛六表面照片。
美國航天局的科學家,曾在土衛六中發現了一種叫做環丙烯亞基的復雜有機分子化合物。作為一種簡單的“閉環”分子,環丙烯亞基可能有機會產生更為復雜的化合物,從而有助于創造生命誕生所需的條件。值得注意的是,這是一種非常活躍的化學分子,在土衛六的大氣層中應該會很容易發生分解。美國國際商業機器公司屬下的研究中心與蘇黎世大學等機構的研究人員,正致力于尋找土衛六上持續產生環丙烯亞基的源頭,一些猜想認為,或許正是有異于地球上的生物化學反應在起作用,導致了這種物質在土衛六大氣中的持續存在。
目前,NASA也正在開展一項名為蜻蜓號的新任務。這是一艘無人飛行器,或將在2026年發射并于8年后降落在土衛六上。蜻蜓號的主要任務是探索土衛六大氣和表面,在上面尋找過去生命存在的可能跡象,以及可能適宜生物生存的生化環境。它將會同時和一架潛水探測器——“TitanAir”一同探索土衛六外星海洋的表面和深處,這是一架類似水上飛機的小型探測器,可以利用機翼前端的毛細管“飲用”所處環境中的液態有機物來進行探測。兩架探測器將協同探測土衛六的諸多細節性質。
五、不止泰坦
地表或者地下存在液態水對于太陽系內的衛星來說并不稀奇,木衛二、木衛三、木衛四,土衛二、土衛六以及海衛一都被認為“持有”一定量的液態水——這往往也意味著生命可能存在于其表面或者內部。
土衛六之外, 木衛二也是太陽系內尋找地外生命存在的“最佳地點”之一。表面覆蓋著布滿裂縫的冰層,這些冰層受到木星的引力牽拉而不斷起伏,而冰層之下則是總量超過地球儲量兩倍有余的液態水海洋。
部分研究認為,這一巨大的海洋甚至可能直接與木衛二的巖石地幔相連,因此木衛二的海底可能比地球上的許多深海更為活躍,從而演化出形形色色的生命來。
圖/木星的伽利略衛星。地表或者地下存在液態水對于太陽系內的衛星來說并不稀奇,比如木衛二、木衛三和木衛四。版權:NASA
與地球和土衛六相似的是,木衛二也具有一層稀薄的大氣,并且主要由氧構成。只不過木衛二大氣中的氧氣來源同地球完全不同,不是由生物生成的,而是很可能由宇宙中的帶電粒子或者陽光中的紫外輻射,使得木衛二大氣中水分子分解為氫氣和氧氣,而質量較輕的氫分子更容易逃逸進入宇宙空間中,質量較大的氧分子則保留了下來。
與之相似,木衛三與木衛四同樣具有存在于衛星地下的大型海洋,以及表層的稀薄大氣。以往的先驅者10號、先驅者11號等探測器對這幾顆木衛都進行了一系列的探測,只不過由于缺乏登陸探測數據,對于這幾顆衛星更為詳細的研究結果還需要等待未來的科研計劃。
2016年,NASA的研究人員發現木衛二表面可能存在一些“噴泉”,將存在于地下的海水噴向高空。這意味著之后的探測器或許可以直接在高層軌道上獲取到木衛二的海洋深處的實驗樣品,而不需要派遣登陸器挖掘冰層進入木衛二地下。
僅僅是在太陽系之中,具有地下液態水資源存在的衛星就有如此數量。放眼整個宇宙當中,這樣的衛星又將是何其之多,這一數字或許比宜居帶行星的數量還要大幾個數量級。
在未來,將有更多的地外探測任務著眼于土衛六等天體,或許它們將不負眾望,發現一些早期生命或者其他形式生命的跡象,從而為我們破解生命來源之謎提供更多的參考和證據。