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我们该去哪里寻找外星人?

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发表于 2016-9-6 21:59:38 | 显示全部楼层 |阅读模式
近年来,外太阳系中的冰质卫星已越来越受到行星科学家的关注。几十年来的研究表明,在这些卫星的内部存在大量的液态水。在地球上,几乎在任何能找到水的地方,都会发现生命。因此,对这些卫星来说,是否也是这样呢?

从潜在的宜居性来考量,大多数天文学家都确信,合适的生命体在这些卫星的许多地方都是可以存活的。既然已经有了栖息地,就差不知道那里是不是有居民了。
寻找地球以外的生命绝不仅仅是求知欲的诉求。如果我们能找到这些生命,它们应该能告诉我们更多有关地球上的生命如何起源的故事。
目前,还没有人完全知道需要什么样的条件能够把大自然的开关从化学过程拨到生物学过程。这一转变是易于发生的,还是一连串小概率事件的结果?这正是寻找地外生命能帮助我们解答的。

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由“伽利略”探测器获得的木卫二部分区域的图像。木卫二几乎没有任何环形山,表明有浮冰在重塑其表面。
如果我们能够在太阳系中发现有生命独立地在地球之外起源,就将非常有说服力地表明,如果生命能够起源,那它就会起源。
生命需要能源。科学家曾经一度认为,在太阳系中唯一适合生命的能源来自太阳,这意味着生命必须生活在天体的表面之上。因此,火星倍受重视,因为它是所有行星中与地球最相似的。然而,1977年在太平洋洋底的发现改变了这一切。

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在木二卫的南极地区,地下海洋中的水会从间歇泉喷口喷出,为探测带来不便

当时,海洋科学家对东太平洋海岭的火山进行了探测。他们发现那里有天然的烟囱在向海洋中注入黑烟,它们的正式名称是热液喷口。在这些地方,热水从海洋基岩渗透而出,携带着溶解于其中的矿物质,在遇到冰冷的海水后,它们就会反向运动。温度的这一突然变化会使矿物质发生沉淀,形成黑“烟”。
令人惊讶的是,科学家发现,在热液喷口周围溶解的矿物质滋养了欣欣向荣的生物群落。这些生物并不是由来自太阳的能量维系的,而是加热水的地热能源。
在外太阳系的一些卫星——如木星的木卫二和土星的土卫二——上发现海洋,立刻提升了在这些遥远的卫星上存在热液喷口的可能性。最有趣的也许是:在地球上热液喷口周围发现的一些微生物已被证明是地球上最古老的生物,由此提出了一种可能性,即热液喷口也许正是生命最初起源的地方。如果真是这样,那么这一过程是否也应该发生在外太阳系卫星的海洋底部呢?

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雷达图像显示土卫六的极区不但存在海洋还有大量的湖泊,其中流淌着液态甲烷。


下面,我们将深入调查太阳系中最有可能拥有生命的3颗卫星。

木卫二
隶属行星:木星
公转周期:3.551天
半径:0.245×地球半径
质量:0.008×地球质量
宜居指数:0.49

正是木卫二为我们开启了外太阳系中存在海洋的可能性。20世纪70年代末,当时美国航空航天局的“旅行者1”号和“旅行者2”号探测器飞过木卫二时,天文学家开始怀疑那里可能存在海洋。“旅行者”号发回的图像显示,它表面的绝大部分被光滑的冰层覆盖,几乎没有环形山。由于这些撞击留下的痕迹会随着时间逐渐增多,而木卫二上几乎没有任何环形山,这表明其表面在不断地更新重塑。但它是如何做到呢?

它表面的裂缝为我们提供了答案。20世纪90年代, 美国航空航天局的“伽利略”探测器对木卫二进行了探测,发现这些裂缝周围的深色物质含盐,似乎来自海洋。对其磁场的测量也暗示在木卫二的内部存在流动的水体。最终的证据来自其表面的图像,它清楚地显示了浮冰的存在。
维持这个海洋使其呈液态的热量来自木星的引力。木星的引潮力会挤压木卫二,产生的摩擦力会融化底层的冰,甚至还能驱动热液喷口。不过,要想深入木卫二的海洋中去一探究竟绝非易事。覆盖木卫二表面的冰层厚度据估计在1千米至10千米。因此,想通过在冰层上钻探,然后潜水到它的海洋底部去探测热液喷口是极其困难的。但是,你可以着陆到其表面的某条冰隙附近,对其中被挤压出的海水进行采样。

仪器设备可以以此来寻找重要的生物分子。该仪器必须能在高强度的辐射水平下工作,因为木卫二的表面每天都沐浴在比地球表面强几千倍的辐射之下。一名宇航员在木卫二上站24小时就会送命。幸运的是,辐射无法穿透海洋上方的冰层。
美国航空航天局正在研发一个能从轨道上研究木卫二的探测器。这一任务被称为“木卫二多次飞掠”,目前正在设计能够用来探测木卫二宜居性的仪器。这一探测器计划于2022年发射,它上面可能会携带一个由欧空局建造的着陆器。
欧空局也有一个前往木星的任务,被称为“木星冰质卫星”探测器。虽然它并非专门为木卫二而设计,但它会多次飞掠木卫二,其间它的雷达会用来测量冰层的厚度。

土卫二
隶属行星:土星
公转周期:0.395天
半径:0.0395×地球半径
质量:0.000018×地球质量
宜居指数:0.35


虽然在许多方面木卫二是卫星地下海洋的开拓者,但由于冰层的覆盖,其具体情况我们仍然未知。不过,大自然为我们提供了一种飞过土卫二就能对其地下海洋进行分析的通道,那就是土卫二上的间歇泉,它能把地下海洋中的水喷射入太空。
美国航空航天局的“卡西尼”探测器一直在探测这些喷出的羽状物并已从中飞过,其搭载的仪器对喷出物进行了分析,由此发现了不同类型的尘埃颗粒和化学成分,其中就包括盐。这是相当不错的证据,表明被采样的物质来自土卫二的海洋本身。在这一发现的推动下,“卡西尼”将会越来越深入地飞过这些羽状物。
目前,科学家已经发现了一些有机分子。尽管并不完全,但足以说明在土卫二的内部存在含碳的分子 。这是一个重要的发现,因为在地球上,构建生命的DNA就是由含碳分子组成的。
2015年10月28日,“卡西尼”完成了其迄今距离最近的飞掠,距离土卫二的冰面仅48千米,有可能穿过了间歇泉最密集的地方。行星科学家目前正在紧张地对探测结果进行分析。他们想要找到氢分子的踪迹,因为如果被喷射出的水中存在氢气,那么有理论表明,它必定来自海底热水与岩石发生反应的地方。
这对寻找生命有重要的意义。因为微生物可以通过把氢和碳结合到一起后,再把它剥离而获得能量。这正是地球上产甲烷生物的生存之道。
当然,发现这些和生命有关的化学成分并不意味着生命就一定存在。不过,根据在哪儿能找到生命的标准,这些新的发现正在把土卫二推上搜寻地外生命的首选目的地。在行星科学界,土卫二的呼声正在超过木卫二。科学家几乎可以确定土卫二的宜居性,只是不知道那里是不是真的有居民。
现在,还没有任何重返土星及其卫星系统的进一步计划。“卡西尼”任务结束后,行星科学家会开始真正消化它获得的新数据,之后,以天体生物学为导向的后续探测任务才有可能获得支持。

土卫六

隶属行星:土星
公转周期:15.95天
半径:0.404×地球半径
质量:0.0225×地球质量
宜居指数:0.64

土星的这颗卫星从整体上说是一个更加陌生的地方,它为云层覆盖,含有丰富的有机分子。2005年,欧空局的“惠更斯”着陆器第一次降落到其表面,揭开了它的面纱。在着陆的过程中,“惠更斯”进行了一系列的测量。综合对土卫六的重力场测量,这些结果强烈显示在其表面之下存在一个海洋。
由于在土卫六的大气中和表面上都存在有机分子,因此在其地下海洋中充满有机分子的概率非常高,进而增大了其存在生命的可能性。但是,我们是否有可能对这个海洋进行采样来检验这一假设呢?这是个大问题,因为这个海洋中没有任何东西会被喷到土卫六的表面。

不过,也许我们并不需要深入土卫六就能找到生命。在土卫六的表面上就有液体,但并不是水。在土卫六的极区存在由液态甲烷和乙烷组成的湖泊和海洋,其中最大的与地球上的里海相当。生命是否有可能基于甲烷而不是水呢?

也许。理论上,生物化学可以基于甲烷来运转,但是对该理论进行实验检验是非常困难的。在实验室中很难人工建立起有关的生物化学反应,但在土卫六上要容易得多。降落到土卫六的某个海洋里,看看那里到底有些什么,将会是非常有意思的事情。

太阳系外卫星

1995年,天文学家发现了第一颗围绕类太阳恒星运转的行星——飞马51b。它是一颗类似木星的巨行星。从那时起至今,科学家已经在银河系中的恒星周围发现了数千颗太阳系外行星,其中有许多类似木星和土星,因此它们很可能也拥有自己的卫星。

我们兴许也能通过凌星的方法来研究这些卫星。在凌星的过程中,行星会从其宿主恒星的圆面前方经过,遮挡住一部分星光。由行星导致的这一恒星亮度下降是可以测量的,这也正是美国航空航天局的开普勒空间望远镜能在2009年至2013年发现1000多颗行星的原因。围绕这些行星运转的任何卫星都会导致额外但幅度更小的亮度下降,所以极其灵敏的探测器有望探测到它们。
超大视场寻找行星项目已经至少探测到了一个太阳系外卫星凌星的疑似信号。下一代的空间任务,例如欧空局的太阳系外行星探测卫星(CHEOPS,计划于2017年发射)、美国航空航天局的太阳系外凌星行星巡天卫星(TESS,计划于2018年发射)以及欧空局的“柏拉图”探测器(Plato,计划于2024年发射),也将以这种方式来寻找太阳系外卫星。

这些卫星中有许多围绕巨行星运转,与太阳系中的木星和土星相比,这些巨行星更加靠近其宿主恒星。这意味着它们能接收到更多的热量,所以这些卫星上的海洋不需要存在于地下。星光会使冰融化,把卫星变成一个充满水的世界,生命可以在其中蓬勃发展。但这一栖息地存在的时间不会很长,由于卫星的引力较弱,其大气很快就会被星光加热而流失掉。这时,太阳系外卫星就会像一颗巨大的彗星,在太空中拖出一条长长的尾巴,最终变成一个仅剩下岩石的天体。从长远看,也许并不理想。


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