2015年,卡西尼号探测器在探测土星的卫星土卫二时,拍摄下了一段令人震撼的影像。在这段影像中,可以清晰地看到有羽流状的喷射物从土卫二的表面喷涌而出。
依据这些喷射物,天文学家认为,在土卫二的表层之下,可能存在着液态的海洋,并且还存在类似地球海底深处那样的热液活动。正是在这样的环境推测之下,土卫二成为了天文学家寻找地外生命的一个理想场所。
他们猜测,在土卫二的冰层之下,很可能存在着类似地球海底热液喷口附近那样的生命形式。2024年3月,有三位科学家发表了一篇题为《依据卡西尼号紫外光谱仪探测土卫二羽流微粒》的研究。
根据这项研究,他们发现卡西尼号当年的探测,或许已经捕捉到了土卫二表层之下存在生命的线索。围绕这项研究,可以进一步梳理土卫二可能存在生命的相关探测与发现。
对于太阳系的研究,经过长期的探测,如今人们已经知晓:太阳系的八大行星中,除地球之外,其他七大行星目前都不具备适合生命生存的条件。这对于寻找地外生命而言,是相当不利的局面。
不过,在探索的过程中,天文学家却意外地发现,虽然其他行星本身不具备条件,但它们的卫星似乎存在可能。其中有三颗卫星最有可能孕育生命,它们分别是木星的卫星木卫二、土星的卫星土卫二和土卫六。
木卫二和土卫二被认为存在内部液态海洋,而土卫六则是表面存在液态甲烷海的一颗卫星。这一次要重点讲的对象,是土卫二。
土卫二由天文学家赫歇尔于1789年8月发现,它的直径只有约505千米,大概只有月球直径的七分之一,体积十分小。因此从地球观测,无法看到它表面的真实情况。直到1980年,从地球发射的旅行者号探测器来到了土卫二的附近。
它在飞掠土卫二时拍摄了大量的照片,这是人类第一次如此清晰地观看土卫二,也是从那时开始,人们才逐渐了解到土卫二的真实面貌。
通过旅行者号探测器拍摄的图像可以看到,土卫二是一个被冰封的世界,表面布满了厚厚的冰层,并伴有陨石撞击的痕迹,表面也有一些裂纹纵横交错,给人的感觉死寂而又透露着寒冷。初次的探测表明,这是一个极寒之地,与生命的存在似乎画不上等号。
而认为它可能存在生命的探测,则是基于2005年卡西尼号的发现。卡西尼号探测器是一个专门探测土星及其卫星的探测器,它于1997年发射,2004年到达土星附近,对土星及其卫星持续进行了大约13年的探测。
这13年也是人们对土星及其卫星了解最为深刻的13年。2005年,卡西尼号探测器在探测土卫二时,在土卫二的南极发现了此前未曾观测到的羽流状喷射物。
这些羽流状的喷射物,是从一片被称为"虎纹"的四条裂缝中喷出的。并且,进一步的观测显示,这四条裂缝的温度明显高于其他地方。
如此的景象,与土卫二死寂的表面形成了鲜明的对比,这说明它的内部可能正在发生着什么。为此,天文学家对此展开了详细的研究,最终得出结论:在土卫二的内部,可能存在着一个遍布全球的液态海洋,它的位置大概在距离表层20千米到30千米处。
当土卫二绕土星旋转时,潮汐力的作用让其内部产生了压力,从而使得液态海洋从内部喷出,形成羽流。据后续观测,从虎纹裂缝喷向太空的水柱可高达数百公里,上百道水汽喷泉几乎连成一片,蔚为壮观。
更巧妙的是,这些喷向太空的羽流本身就是天然的"采样标本"——探测器不需要艰难地钻透几十公里厚的冰壳,只要直接穿越羽流,就能读取到冰下海洋的化学成分。这为分析土卫二的内部环境,省下了几乎无法逾越的工程难题。
这个发现让天文学家非常兴奋,因为液态水是生命的源泉。它出现在土卫二的内部,这让这颗本被认为不可能存在生命的星球有了一丝存在生命的可能性。
但遗憾的是,卡西尼号并没有搭载专门用来检测生命的仪器。因此对于生命的探测,无法直接进行,只能依据卡西尼号现有的仪器去推测。
在卡西尼号搭载的仪器中,有一个用于分析物质的仪器,即离子与中性粒子质谱仪。这个仪器可以用来检测喷射的羽流中含有什么样的物质。
2008年,卡西尼号对羽流的成分进行了首次分析。分析结果显示,羽流中除大部分水蒸气外,还含有盐、氨、甲烷等一些有机分子。
有机分子的发现,让天文学家信心大增。后续,根据质谱仪的数据,天文学家又找到了碳、氢、氧、氮、硫和磷这些元素的信号。
这些元素正是构成生命所需的六大基本元素。其中磷元素尤其关键——它掌管着遗传信息的存储、细胞结构的搭建和能量的供给,没有磷,就没有地球上任何一种已知的生命形式。
在此之前,太阳系除地球之外,还没有任何一颗地外天体被确认同时集齐了这六大生命必需元素,而土卫二做到了。因此,再加上土卫二内部的液态海洋,天文学家有理由相信,土卫二的内部或许已经孕育了生命。
为了寻找这些可能存在的生命,来自波兰的三位科学家做了一项研究,也就是开头提到的那项研究。他们根据卡西尼号探测到的微粒大小,来推测那些可能存在的生命。
具体的结论是,他们在卡西尼号的数据中发现了直径在120到180纳米以及240到320纳米大小的微粒。这些微粒,天文学家此前从未特别注意。
之所以说它们有趣,是因为它们的大小,与三种生活在地球热液喷口附近的细菌一致。尽管目前还不能确定它们到底是不是那样的细菌,但可以肯定的是,这样的发现让土卫二存在生命的可能性又上升了几分。
值得一提的是,地球深海热液喷口附近的那些细菌,正是在完全没有阳光、也没有氧气的极端环境中生存下来的。它们不依赖光合作用,而是依赖岩石与海水反应产生的化学能。
如果土卫二冰层之下的世界真的孕育着相似的生命,那么这些"外星居民"所栖身的环境,恰恰与地球表面阳光明媚、氧气充盈的世界完全相反——那是一个被几十公里厚的冰壳与永夜彻底封闭的深海之底。
因此,有的天文学家已经迫不及待地想要重返土卫二,希望派出探测器去实地探测土卫二的冰层之下,看看那里是否真的存在生命。目前,关于重返土卫二的计划,虽然已经有几个方案,但都还没有正式立项。
木卫二和土卫二的情况基本相同,它也存在羽流喷射,内部可能也存在液态海洋。因此,虽然目标不是土卫二,但木卫二同样是一个探测生命的理想场所。这次探测也将为今后重返土卫二积累经验,值得拭目以待。
不过,2026年1月发表在《Nature》上的一项引力与光谱数据分析研究给了这颗"明星星球"一盆冷水:木卫二的海底岩石圈极其坚硬,几乎不存在活跃的断层与热液活动,这意味着它的海洋缺少支撑生命代谢的关键能量来源,很可能处于化学死寂的状态。
这样一来,在三大候选卫星里,土卫二的生命潜力反而进一步凸显了出来。
外星生命是否可能生活在一个与地球完全相反的地方?从目前的证据看,这种可能性正在越来越具体。 土卫二冰层之下的深海,没有阳光、没有氧气,却拥有液态水、热液活动和构成生命的六大基本元素,几乎凑齐了所有关键条件。
这与地球表面依赖阳光和氧气的生命模式恰好相反,却与地球深海热液喷口的微生态惊人相似。
如果生命的种子真的能在那样封闭而黑暗的深海中萌发,那么它的存在本身,就意味着宇宙给生命预留的空间,远比人类此前所能想象的要辽阔得多。