有水的行星“千千万”,但找到生命为何不那么容易

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据Aeon报道,到目前为止,我们我们我们 都所知的最大、最深的水体还从来没法人踏足过,它上方没法岛屿、海岸及风浪,没法波光粼粼的表皮。这片黑暗的海洋无法在地球上的任何地图上找到,它远在距离地球4.8亿公里之外的木卫二欧罗巴(Europa)上。木卫二是环绕木星运行的大慨69颗卫星之一。

▲图:由“伽利略”号探测器拍摄到的木卫二(Europa)近照

从1995年到1503年间,“伽利略”(Galileo)号探测器肯能11次略过木卫二,其获得的数据显示,在这颗卫星光滑冰层的表皮之下有个巨大的咸海。据估计,它的宽度约为9.40万 米(大慨太平洋最大宽度的8倍),其水量是地球海洋总和的两到三倍。而木卫二绝非唯一充满液态水的行星或卫星。大慨还有两颗木星卫星——木卫三(Ganymede)和木卫四(Callisto)有地下海洋。

土星卫星——土卫六(Titan)和土卫一(Mimas)也肯能有你什儿 海洋。毫无什么的什么的问题,另一颗土星卫星——土卫二(Enceladus),在其冰冻地壳下面肯定都有一定量液态水,其水量很肯能与五大湖相当。1505年,“卡西尼”(Cassini)号探测器捕捉到土卫二间歇泉喷出的冰和水蒸汽进入太空数百公里油耗的景象,提供了其上有水的确凿证据。2015年10月份,“卡西尼”号甚至从间歇泉上空飞过。当时这艘探测器从距离土卫二表皮上空58公里处略过,对其喷发物进行采样。

宇宙中液态水的充裕性和普遍性完整篇 颠覆了科学家们的期望。在“卡西尼”号、“伽利略”号和或多或少探测器有所发现后后,我们我们我们 都的共识是:木星和土星的卫星看起来很像我们我们我们 都地球卫星(月球)肯能火星的卫星,它们都由岩石构成,地表是布满陨石坑的荒原,对生命充满了敌意。

发生加州山景城SETI研究所的天文学家塞斯·肖斯塔克(Seth Shostak)说:“没法预料到会有地下海洋。它扩展了我们我们我们 都有关可居住性的概念范畴:在我们我们我们 都后后没法考虑过的世界,同样肯能发现生命迹象。我们我们我们 都一直假设,生命肯定生发生行星上。但在我们我们我们 都的太阳系中还有或多或少七个地方,我们我们我们 都有理由认为肯能发生生命——大慨是生命发生的条件。七个!大多数都有卫星!”

在我们我们我们 都或多或少人太阳系中都有没法多的水,几乎后能 肯定的是,或多或少恒星附进的无数行星上也肯定有海洋发生,更不言而喻有水的卫星了。天文学家肯能初步选泽了太阳系以外的次要“水世界”,即根本没法陆地的行星。发生德克萨斯州圣安东尼奥市的西南研究所“卡西尼”号任务科学家克里斯多弗·格林(Christopher Glein)说:“这我们我们我们 都说令人难以置信,就像发现了全新的海洋学领域。”

事后看来,跟我说外星海洋的发生不应该令人感到没法惊讶。氢占宇宙中普通物质的74%,氧是宇宙中第三常见的元素。将两者结合起来,你就后能 找到水。天文学家肯能在月球甚至是水星(离太阳最近的行星)上的陨石坑中,观察到水冰的痕迹。在星际云团和新生行星系统的尘埃盘中,以及在或多或少巨大系外行星的大气中,水冰也很常见。

美国宇航局(NASA)下属詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope,计划于明年发射)的项目副科学家伯尼·米尼克(Bonnie Meinke)说:“对系外行星的研究肯能十分深入。在过去的20年里,我们我们我们 都了解的系外行星数量肯能从很少增至数千颗。我们我们我们 都现在知道,在夜空中看后的每一颗恒星,肯能都伴随着行星。我认为我们我们我们 都后能 预期,什么恒星附进的大次要行星上都发生有本身形式的水。”

有水的地方肯能都有生命,后后“追踪水”始终是天体生物学家们信奉的格言。是什么使水显得没法重要?燃烧生命引擎的化学反应后能 你你什儿 气体来蒸发掉和运输细胞中的分子。水是已知的最好溶剂之一,与或多或少任何物质相比,水能在更大温度范围内保持液态。或多或少气体肯能会在或多或少真正的外星生物化学反应中发挥作用,—你什儿 ,在土卫六上发现的液态甲烷湖。但到目前为止,还没法任何已知的生命成为例外,不言而喻遵守“生命后能 水”的规律。

没法,什么完整篇 被你你什儿 基本物质(水)覆盖表皮的行星,有无都能成为生命的理想避风港呢?最近的或多或少研究给后后的期望泼了一盆冷水:或多或少“水世界”上实际上肯能有不要 的水,这反而阻碍了生命的诞生。肯能即使生命诞生,不要 的水也限制了它们的茁壮成长。美国亚利桑那州立大学天体物理学家史蒂文·德斯(Steven Desch)说:“更多不一定原困 更好。”

德斯和他的同事们始终在运行模拟地球物理和大气环境的计算机模拟,什么环境肯能在外星世界里被发现。我们我们我们 都的目标是为未来几代系外行星搜寻者提供行星野外指南,德斯称其为“行星周期表”(Periodic Table of Planets)。它对什么大气层中最有肯能中含生命副产品(你什儿 氧气或甲烷等)证据的外星天体进行排序。最重要的是,什么气体后能 一定量发生,足以在未来几十年里用望远镜观测到。德斯说:“我们我们我们 都后能 优先观察什么肯能发生生命最佳指标的行星。”

事实证明,外星“水世界”肯能是最糟糕的地方之一。德斯的团队模仿地球建立了一颗行星的计算机模型,它的每个方面几乎都与地球你什儿 。它的大小与地球相当,发生既不太热什么都我太冷的舒适位置,与恒星保持着稳定的距离。后后,我们我们我们 都用大慨大慨地球5到7倍的水量淹没了你你什儿 世界,这足以淹没所有大陆。德斯称:“假使 地球上多了6个大洋,没法珠穆朗玛峰也肯能被淹没。”

通过使后后的虚拟世界变得单调乏味,它消除了我们我们我们 都地球人认为理所当然的、有另一一俩个多至关重要的生命诞生过程,即裸露岩石的风化作用。肯能没法雨水或流水侵蚀岩石,德斯团队所创造世界的海洋中中含极少的磷元素,这是所有生命中不可或缺的元素。海水有本身的酸性还严重不足以像淡水那样有效地蒸发掉磷。亚利桑那州立大学的微生物生态学家泰莎·费舍尔(Tessa Fisher)说:“磷是非常重要的,除了RNA和DNA,它还构成了ATP,这是我们我们我们 都所知道的几乎所有生物化学能量的携带分子。我们我们我们 都所理解的陆地生物化学,在没法磷的情况表下不要 再发生反应。”

德斯和费舍尔强调,我们我们我们 都的模型不言而喻排除“水世界”有生命发生的肯能性。什么行星上的海洋肯能中含一定量磷,但严重不足以维持一定量的生命发生,帮助我们我们我们 都有大气层中留下明显的印记。费舍尔说:“后后的星球大气层中,不要 再遇见你在地球上看后的150%氧气含量。有另一一俩个多完整篇 由海洋覆盖的星球很有肯能有生命发生,什么都我肯能那里的生命是没法的边缘化,我们我们我们 都短期内不太肯能从地球上利用技术探测到它们。”

不过,觉得 或多或少外星世界上有不要 水,但这不言而喻原困 生命绝不肯能发生。德斯的团队估计,肯能一颗行星与地球大小相当,但其10%的质量以水的形式发生,没法它上方肯能没法任何生命。后后的行星大慨地球上有150个海洋,海洋底部巨大的压力会产生密度超大的冰,被称为ice-six或ice-seven。德斯说:“你你什儿 情况表会把事情搞砸,肯能你不要 再有水-岩石交互作用。”

尽管看起来很古怪,但什么“水世界”肯能比像地球后后的岩石星体更常见。在整个宇宙的行星系统中,水和岩石肯能同样充裕。在我们我们我们 都的太阳系里,彗星、次要卫星以及冥王星外的柯伊伯带冰冻居民,都被认为是由等量的冰和岩石组成的。德斯称:“系外行星大慨有150%的冰组成,这是正常的。不正常的是为什么在么在会么会会地球没法‘干燥’。”

从我们我们我们 都狭隘的宽度来看,地球似乎是最典型的海洋行星。从太空中看,它什么都我个淡深紫色 的点,完整篇 由海洋占主导。但所有什么海洋都有地球表皮形成了最薄的薄膜。按质量计算,地球里后能 0.025%属于水。利用当前技术,天文学家们还无法判断你什儿 地球的系外行星上有无有水。

天文学家使用有本身基本技术来测定系外行星的构成。首先,我们我们我们 都通过观察行星在其恒星前方经过时的亮度来估计行星的大小。其次,我们我们我们 都测量行星环绕的恒星的微小摆动,就得出行星的质量。将行星的质量除以其体积就得到了密度,从而帮助天文学家们大致了解了该星球上气体、岩石物质和水的百分比。

德斯说:“想想我们我们我们 都地球的海洋有多薄,它不要 再以任何最好的办法改变地球的半径。”跟跟我说,就目前而言,肯能水占某颗系外行星质量的10%左右,天文学家后能 判断出上方有无里后能 海洋。正如上方所提到的,这大慨150个地球海洋,这是有关生命后能 诞生的临界点。后后,我们我们我们 都能用现有技术探测到的“水世界”,不太肯能承载任何生命。德斯表示:“这什么都我现在的艺术情况表:我们我们我们 都有寻找水的能力,当有10%的水时我们我们我们 都就能看后它,但后后的水量对生命诞生来说不要 了。”

七个后后的“水世界”正围绕距离地球49光年远的恒星Trappist-1旋转,这颗恒星是其比利时发现者用我们我们我们 都最喜欢的啤酒品牌命名的。所有行星都与地球大小相当,其中含另一一俩个多发生其恒星的宜居带内,其轨道距离允许液态水发生。它们是迄今为止探测到的最接近地球的类地行星之一,但它们肯能都“太湿”了,生命也肯能无法承受上方的冰的压力。

用望远镜来测量遥远行星的成分是一门严重不足精确的科学。考虑到什么限制,德斯和他的同事们估计,Trappist-1最外层的行星肯能由150%的冰组成,而最上方的行星似乎大慨有10%的液态水和冰。德斯表示:“这远远超出了能被谁覆盖的大陆极限。在海洋底部,肯能会有数百甚至上千公里的高压冰。显然,这是个死星球。”

没法,咋样后能 识别出“活的”行星呢?即拥有你什儿 地球上大陆和海洋的星球,里后能 太湿什么都我能太干燥。考虑到宇宙的浩渺,肯定有什么都你什儿 我们我们我们 都地球的世界,但我们我们我们 都咋样找到它们呢?詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将在2020年后后后后刚开始英文其5到10年的任务,后后后后刚开始英文分析巨大的、与海王星大小相当的系外行星的大气层,甚至肯能发现或多或少“超级地球”,即质量是地球2到10倍的类地行星。

不过,詹姆斯·韦伯太空望远镜项目副科学家米尼克说:“很难看后没法小的东西在它的恒星前经过,并透过大气层看后闪烁的银光。”未来的望远镜计划应该后能 做到你你什儿 点,后后韦伯望远镜肯能无法确认类地行星上的水。后能 直接成像或多或少星球海洋和陆地的望远镜肯能大慨后能 几十年的时间才会再次出现。即使后后,整个行星的分辨率也肯能被限制在一到两像素。

不过,这也足以堪称是科学史上最令人惊讶的发现了,我们我们我们 都将第一次直接观察到你什儿 地球的外星世界。单个像素的颜色将周期性由深紫色 转变为棕色,一直地暴露出外星球的陆地与海洋。在那一天到来后后,我们我们我们 都很肯能会在离家更近的地方找到些生命的证据。而最容易接近的什么都我土卫二上的海洋,它似乎具备了生命所需的所有条件。

2015年10月份,”卡西尼“号探测器以每小时2.4万公里的效率在土卫二的浮冰上俯冲而过,它的仪器探测到气体、气体和甲烷等成分,这表明土卫二上肯能有与地球你什儿 的深海热液喷口。“卡西尼”号任务科学家格林称:“我们我们我们 都都飞过间歇泉的后后,我们我们我们 都真的尝到了土卫二海洋的味道!”

有点痛 是氢元素的发生表明,在土卫二的海底,炽热的岩石和咸水之间的化学反应将水分解成氢和氧。像土卫二后后小的天体通常不要 再有任何可测量到的氢元素,肯能你你什儿 元素是没法的轻,它早就应该逃逸到太空中去了。后后,土卫二上的氢后能 以有本身最好的办法不断补充,最有肯能的来源什么都我热岩石和水之间的化学反应。格林说:“一旦我们我们我们 都找到了气体,我们我们我们 都就后能 得出结论,土卫二上觉得 发生一定量的化学能量,而你你什儿 能量正是地球深处的生物或热液喷口内的生物所后能 的。”

产甲烷菌(Methanogens)是有本身古老的细菌,通常在地球上的热液喷口附进发现,它们后能 将氢与气体结合,你你什儿 反应释放出能量帮助其代谢,并产生甲烷废物。什么简单的生物被认为与地球早期的海洋生命你什儿 。即使是现在,距离生命第一次再次出现几十亿年后后,产甲烷菌也独立于阳光下生活,形成了有另一一俩个多奇怪食物链的基础,它支撑着管状蠕虫和巨蛤的生态系统。

在土卫二、木卫二或或多或少卫星的海洋深处,有无会再次出现比细菌更冗杂的生命形式?SETI的天文学家肖斯塔克说:“你肯能在什么地下海洋里发现细菌生命,但能支持更多后能 食物的冗杂生物的能量来源肯里后能 延伸开去。这并都有说它不肯能发生,什么卫星肯能发生了45亿年,什么都肯能发生些多细胞的生命,但我怀疑没法金枪鱼你什儿 的东西!”

我们我们我们 都回答什么什么的什么的问题的唯一最好的办法什么都我参观什么世界。美国宇航局肯能批准了Europa Clipper任务,该任务肯能会在2024年发射,20150年左右到达木星。计划要求探测器45次飞越木卫二,在距离其冰层覆盖的表皮上空24公里范围内观察。未来的任务实际上是在木卫二、土卫二或土卫六上着陆,寻找冗杂的氨基酸和或多或少生物分子,什么都生命所独有的。

里后能 另一一俩个多多例子(我们我们我们 都或多或少人的世界),里后能 充分说明生命在宇宙中是普遍发生的,还是偶然的再次出现的。格林指出:“我们我们我们 都普遍认为,肯能生命化石或化学证据的发生肯里后能 追溯到遥远的过去,我们我们我们 都认为生命的起源是相当快的。我们我们我们 都把这理解为生命起源是非常容易的。”不过,无论生命起源简单、困难或介于两者之间,我们我们我们 都现在后能 选泽一件事:肯能生命后能 水后能 诞生,没法宇宙中绝不要 再缺少水。格林说:“肯能我们我们我们 都考虑到生命的要求,没法你你什儿 方程的水次要肯能被太阳系填满,肯能整个宇宙中都充满了‘水世界’。”