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冰封的土卫二,冰层下面藏着什么?有机物从何而来?

新发现支持,但不能证明,土卫二冰封的大洋中可能存在生命。

冰封的土卫二,冰层下面藏着什么?有机物从何而来?

图解:冰层之下居住着什么?新发现引起了关于土卫二上(可能存在)的生命的话题。

科学家表示,有机大分子从土卫二-土星冰封的卫星-的深处被源源不断地喷射进太空中 。

这些分子究竟是什么还是未知,但其中至少包含15个碳原子,甚至有可能是150个,Nozair Khawaja,一位来自德国海登堡大学的行星学家说到。

几年前,科学家于土卫二邻近区域及土星缥缈的e环检测到含有4至5个碳原子的有机分子。这是由土卫二喷发导致的。

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“但我们完全被发现比我们之前想象的复杂得多的有机成分震惊到了,”研究小组成员Christopher Glein说到,一名来自位于美国德州圣安东尼奥的美国西南研究院、专攻外卫星海洋学的行星学家。

新成果,Glein说到,来自使用卡西尼号上两种不同设备的科学家的通力合作。

首先是离子中性质谱仪,用来分析气体的分子组成。另外一个,宇宙尘埃分析仪,用来分析尘土微粒。微粒以3~20千米/秒的速度撞击目标盘 -速度快到不仅可以使微粒蒸发,还可以将大分子破为碎片。碎片由“通过时间”质谱仪测量质量,大的、重的分子比小的移动更为缓慢。

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两个团队比较记录时意识到,他们从不同角度观察到了同一件事情:富含有机物的尘埃颗粒一头撞进他们的设备,化为碎片。有些碎片是小分子,被离子中性质谱仪探测到;另一些更大的碎片由宇宙尘埃分析仪发现。

结合起来看,科学家们得出这样的结论:卡西尼号遇到了富含碳元素且拥有复杂“大分子结构”的尘埃碎片。

这些物质的唯一可能的来源是土卫二内部,由冰、尘埃与气体构成的羽状物从那里被间歇泉喷出。

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“这是土卫二存在海洋的直接证据。”Khawaja说到。

新发现的有机物究竟是什么还没有定论,不过Khawaja认为它们很有可能含有大量由烃链连接的环状结构。

一个重要的线索是,所发现的有机物颗粒只含有少量的水;这意味着其不易溶于水。Khawaja的假设是,这些有机物在土卫二深处形成,然后上升到地下海的表面,在那里形成一层薄薄的薄膜,类似于地球上的浮油层。

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气泡从海底上升,将含有有机物的小液滴运送至喷发口,为土卫二的喷发提供动力。在那里,它们凝固成片状物,组成被卡西尼号探测到的有机尘埃颗粒的核心。

但是,这仅仅解释了尘埃颗粒是如何形成的,并未提及其中的有机物是如何形成的。

一种可能是,它们是热水和来自土卫二岩石的物质之间的反应的产物。但也有可能由生命形成。

“有可能是非生命或生命过程的结果。”Khawaja写到。

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陨石或彗星可能已经揭示了土卫二的情况,二者均被发现含有非生物产生的有机物。

其余科学家十分欣喜。Carolyn Porco,来自科罗拉多彼尔德的空间科学研究所的行星科学家,同时也是美国加州大学伯克利分校的访问学者,对于油层理论表示怀疑,但对于其他所有感到兴奋。

她认为,有机物碎片也有可能由从海底深处上升的气泡形成。这些气泡在上升过程中收集了有机物,在到达表面破裂时将其释放出来。

“这可以在不需要薄膜存在的情况下解释现象。”她如是说。

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但这只是吹毛求疵而已。她又说,真正的大新闻是发现了至少是氢原子质量200倍的有机分子,或者说是200个原子质量单位。

“组成地球生命的22种氨基酸的平均质量是110原子质量单位。”她解释到。

天体生物学家Chris Mckay,来自NASA埃姆斯研究中心,加州Moffett Field,赞同到:“这意味着土卫二的海洋像是一碗富含有机物的汤,而且很明显是适宜生命存在的。”

但是,在那时,没有办法确定那些化学物究竟是非生物抑或是生命产生的。即使卡西尼号所携带的仪器能够进行区分(实际上它并不能),太空船已于2017年九年耗尽燃料,最终一头地栽进土星的高层大气,为任务画上了句号。

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科学家们达成了共识:现在需要做的,是使用新的探测器重返土卫二-需要装备能够对分子进行详细分析的仪器,这样就可以分辨出到底是生物还是非生物产生的分子。

这将在不远的未来实现。“需要很长时间计划,”Glein认为最早会在2035年,“但我们有相当一部分人正在积极地筹划,所以这很令人兴奋。”他又说到。

与此同时,NASA的木卫二快船行动正在设计中。探测器会造访木星由冰构成的卫星,木卫二。

和土卫二一样,木卫二也拥有地下海。同样的,它也可能尤其表面冰层的缝隙向太空中喷射来自其海洋的物质。

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木卫二快船计划的具体施行时间还没有定,但优先级很高,最早可于2024年到达其目的地,Glein说到,虽然他认为会晚上几年。

不管计划何时开始,飞船会装有与卡西尼号同样类型的设备。“就是说,如果木卫二也在喷射物质,使用不同设备的科学家们可以再次合作。”Glein说,“这些设备会比卡西尼号上的功能更为强大,因为它们是领先了20年的现代设备。”

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Richard A. Lovett- cosmosmagazine- HPYULEMAR

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