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冰火交響:土衛二液態海洋與潜在外星生命揭秘

咱們今天來深度探秘土星第六大衛星——土衛二(Enceladus)。 這個名字源自希臘神話中的巨人恩克拉多斯,他因反抗宙斯而被雅典娜壓制在西西里島的埃特納火山下。 據說每當火山噴發或地震,就是恩克拉多斯在底下掙扎的結果。 儘管這個稱呼頗為拗口,咱們還是習慣叫它土衛二。

冰火交響:土衛二液態海洋與潜在外星生命揭秘

首先,土衛二直徑僅相當於月球的七分之一,表面平均溫度約零下兩百攝氏度,完全被厚厚冰層覆蓋,是名副其實的“冰凍世界”。 它自轉週期與公轉週期一致,總是以同一面朝向土星,且與土衛四形成2:1的軌道共振——土衛二繞土星轉兩圈,土衛四恰好轉一圈。 這種共振造成的潮汐摩擦,為土衛二內部提供了豐富熱量。

最初對土衛二的驚豔印象,來自1980—1981年先後飛掠的旅行者一號和二號探測器。 照片一經公佈,天文學界便譁然:這顆小衛星似乎正在進行地質活動。 通常,天體表面如果沒有地質更新,長年累月會積累滿布撞擊坑,就像月球; 但旅行者影像顯示,土衛二南半球撞擊坑稀少,說明新近地質作用不斷“抹平”舊坑。

然而,僅憑照片推測尚無定論。 直到二十餘年後,NASA與歐洲和義大利航天局合作的凱西尼–惠更斯號任務才揭開真相。 凱西尼號於1997年發射,2004年進入土星軌道; 惠更斯號則在2005年著陸於土衛六(泰坦)。 雖然此行首要目標是泰坦,凱西尼多次飛掠土衛二時,依然取得了關鍵發現:南極地區不斷噴薄而出的“冰火山”。

冰火山的形成機理與地球火山類似:地殼下因潮汐摩擦和覈心放射性衰變產生的熱量,將冰殼底部融化成液態水; 在內部壓力作用下,水和氣體穿破冰層,就如同地球岩漿衝破岩石,形成冰質火山噴發。 凱西尼號不僅拍攝了噴發場景,還在最接近時僅50 公里處飛掠,穿越了噴射出的氣體雲,並用分光儀與塵埃分析儀捕獲了plume樣本。

分析結果表明,噴發物主要是水蒸氣,並含有豐富的碳氫化合物——液態水、有機物與能量來源三者兼備,已具備生命誕生的條件。 2014年4月3日,NASA宣佈,科學家通過凱西尼數據確認,土衛二南極區域冰層下約30 公里處存在超過10 公里深的全球性海洋。 這一巨量水體要維持液態,單靠土衛四與土星引力之潮汐熱還不够,覈心放射性衰變提供的熱量也必不可少。

如此構造:厚厚冰層→深海洋→岩石與金屬覈心,幾乎與地球深海熱泉環境相似。 地球上正是在無氧熱泉中誕生了最早的生命形式。 由此推測,土衛二海底極有可能孕育微生物。 事實上,凱西尼號檢測到噴發氣體中含有二氧化碳、氫氣和甲烷,這正是無氧微生物代謝所需的原料與產物。

至於是否存在更大型生命,如類章魚生物? 能量限制或讓大體型生物無從維繫。 地球上大型動物賴以成長的有機物,皆源於植物光合作用儲存的太陽能; 而土衛二厚達數十公里的冰層幾乎隔絕了陽光,生物能量只能依賴海底熱源。 熱源有限决定了生物體規模也會相對微小。 即便未來有人提出“章魚基因可能來自外太空”,在土衛二的環境裏,它們恐怕也只是一種難以突破微生物等級的生命形式。

冰火交響:土衛二液態海洋與潜在外星生命揭秘

不僅土衛二,木衛二(歐羅巴)亦有冰下海洋,覈心或含鐵質成分,同樣是探索外星生命的熱點。 此外,火星地下液態水、更遠處冥王星的冰火山現象,都昭示太陽系中或許不止地球擁有生命。

想要揭開謎底,還需實地探測。 NASA現時優先支持火星任務,但土衛二和歐羅巴也各有“歐陸宇宙生命”(Europa Clipper)與“土衛二生命探測”(Dragonfly & EnVision)等計畫競爭資金。 一旦未來深入冰層、釋放水下載具,無論探出微生物還是“章魚級”怪獸,我們都將親眼見證生命的多樣與奇迹。

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