尋求地球之外可居住世界道路上的一個重要里程碑

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美國宇航局的兩個具有豐富觀測經驗的任務提供了有關木星和土星的帶有海洋的冰冷衛星的新細節，這進一步提高了我們對太陽系內及其它「海洋世界」的科學興趣。這些發現是研究人員利用美國宇航局對土星的卡西尼任務和哈勃望遠鏡得到的。

太陽系內的海洋世界

在這兩篇文章當中，卡西尼的研究人員宣布他們在土衛二(Enceladus)上發現了一種化學能，而它正好能夠為生命提供能量來源，而哈勃數據的研究人員發現了其它一些表明在木衛二歐羅巴(Europa)上存在羽流噴發的證據。

圖1：此圖展示了卡西尼在2015年穿過土衛二的羽流。卡西尼和哈勃有關於新海洋世界的發現將有助於地球之外生命的未來探測和一個更廣範圍上的搜尋

版權：NASA/JPL-Caltech

托馬斯?祖波森（Thomas Zurbuchen）是美國宇航局在華盛頓總部的科學任務總局的副局長，他說，「到目前為止，我們已經找到了距離我們最近並且包含有宜居環境所需要的成分的地方。這些發現給我們展示了美國宇航局科學任務的內在關聯性，讓我們距離』我們在宇宙中是否孤獨的問題』答案越來越近。」

這篇來自於卡西尼任務的文章發表在了美國的《科學》雜誌上，文章表明因為海洋底部的熱液活動，可能作為生命化學能量來源的氫氣正在被不斷地注入到地下海洋中。

圖2：此圖展示了卡西尼的研究人員認為位於土衛二海洋底部的岩石如何與水相互作用產生氫氣的過程。

版權：NASA/JPL-Caltech

在衛星海洋中存在充足的氫氣這就意味著微生物（如果它們存在的話）有可能會通過氫氣與溶解於水中的二氧化碳相結合來獲得能量。 因為這個化學反應的副產物為甲烷，所以這種化學反應也被稱為「產甲烷（methanogenesis）」，而在地球上甲烷是生命之樹的根源，甚至可能對我們星球上的生命起源也是至關重要。

我們現在知道，生命所需要三個主要成分是：液態水， 新陳代謝的能量來源，和合適的化學成分（主要包括碳，氫，氮，氧，磷和硫）。 這次的卡西尼發現已經表明，土衛二 —— 距離太陽十億英里、比地球還要遠的一個小而冰冷的衛星—— 幾乎也擁有宜居性所需要的所有成分。儘管卡西尼的數據沒有顯示出磷和硫存在於海洋中，但是研究人員懷疑它們應該是存在的，因為土衛二的岩狀核心被認為和包含有這兩種元素的隕石從化學組成上來看是相似的。

在加州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）中工作的卡西尼項目科學家琳達?斯皮爾（Linda Spilker）說：「在土星的小衛星上，發現生命存在所需要的化學能是我們尋求地球之外可居住世界道路上的一個重要里程碑。「

在2015年10月28日，是最後、也是最深入一次穿行過土衛二噴發出來的氣體和冰冷物質構成的羽流的過程當中，卡西尼號探測器檢測到了氫氣。在早些時候在掠飛過程中，卡西尼也對羽流的組成進行了採樣。 在這些觀測中，研究人員已經確定羽流中近98％的氣體是水，約1％是氫氣，其餘的是包括二氧化碳，甲烷和氨在內的其它分子的混合物。

這些測量都是使用的是卡西尼的離子和中性質譜儀（INMS），該儀器是通過檢測氣體以確定其組成。 INMS本來是準備對土星衛星泰坦的上層大氣進行抽樣。然而卡西尼在2005年發現了高聳的羽流（產生於靠近南極的熱的裂縫）之後，科學家將其探測器轉向了這個小的衛星。

卡西尼最開始並不是想來探測土衛二羽流當中的生命跡象，實際上，研究人員並不知道羽流是存在的，只有等到探測器到達土星之後才發現的。

此項卡西尼研究的第一作者亨特?維特（Hunter Waite）說：「雖然我們目前還無法檢測到生命，但我們發現了食物來源的存在，它就像一個微生物的糖果店。」

新的研究結果可以作為獨立證據，證明在熱帶海洋中發生水熱活動。 以前發表於2015年3月的結果表明熱水正在與海底岩石相互作用。而新發現支持了這一結論，並補充說明岩石還在通過化學反應產生氫氣。

圖3：這張合成圖顯示了一個可能的羽流噴發物，彼此相隔兩年，都是來自於木星衛星歐羅巴的同一個區域。這兩個羽流是當歐羅巴通過木星前面的時候，由哈勃望遠鏡在紫外波段所觀測得到。

版權：NASA/ESA/STScI/USGS

有關於哈勃望遠鏡的新發現發表在了美國的「天體物理學快報」（The Astrophysical Journal Letters）雜誌上，它報道了2016年對於歐羅巴的一些觀測結果，看到了從衛星表面噴發而出的可能羽流物質，位置和哈勃在2014年看到羽流位置完全相同。

哈勃兩次觀測到了歐羅巴表面的羽流噴發

此次新觀測到的羽流一直上升到歐羅巴表面約62英里（100公里）的地方，而在2014年觀察到的羽毛估計之延伸到30英里（50公里）。 兩者都對應於非常溫暖的區域位置，看起來像是衛星冰殼上的一些裂縫，美國宇航局伽利略探測器在20世紀90年代末期的時候曾經看到過。研究人員推測，類似於土衛二一樣，這可能是衛星內部水噴發的一個證據。

圖4：綠色高亮橢圓形區域顯示了哈勃在歐羅巴上所看到的羽流。這塊區域也對應著歐羅巴表面的溫熱區域。這個分布圖是基於由伽利略衛星觀測結果所得到的。

版權：NASA/ESA/STScI/USGS

「土衛二的羽流與較熱的地區相關聯，所以在哈勃望遠鏡看到歐羅巴上類似與羽流的特徵之後，我們查看了伽利略衛星熱圖上的那個位置。我們發現歐羅巴的羽流候選位置正好位於熱異常區域之上。「 美國馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的威廉?斯帕克斯（William Sparks）說。斯帕克斯在2014年和2016年期間領導了哈勃的羽流研究。

研究人員說，如果羽流和溫暖點相連，這可能意味著從衛星的冰冷地殼下方排出的水正在加熱它周圍的表面。另一個想法是，羽流噴射出來的水以細霧的方式落在了衛星的表面，改變了表面顆粒的結構，從而允許它們比周圍其它區域保持更長時間的熱量。

對於2014年和2016年的觀測結果，該團隊使用哈勃望遠鏡成像光譜儀（STIS）在紫外波段對羽流進行了觀測。當歐羅巴從木星的前面經過的時候，歐羅巴邊緣周圍的任何大氣特徵都會阻擋木星的一些光線，從而使STIS能夠看到輪廓上的特徵。斯帕克斯和他的團隊還在繼續使用哈勃望遠鏡監測歐羅巴的其它羽流例子，希望能夠確定它們出現的頻率。

正是基於哈勃望遠鏡對於歐羅巴可能的羽流活動的監測和卡西尼對土衛二羽流的長期研究，美國宇航局對於海洋世界的未來探索變得可能。特別是，這兩項研究為美國宇航局的歐羅巴快船任務（Europa Clipper mission）奠定了基礎，該計劃是在2020年發射。

美國宇航局總部行星科學主任吉姆?格林（Jim Green）說：「就像我們現在強烈懷疑的那樣，如果歐羅巴有羽流，那麼歐羅巴飛船隊將為它們做好準備。」

哈勃對似乎存在持續但間歇性羽狀活動區域的確認，為之後具有強大科學儀器的歐羅巴任務進行調查提供了一個非常好的目標。此外，斯帕克斯的一些哈勃歐羅巴研究的合作者們也在準備一個強大的紫外探測器，可在歐羅巴快船任務上搭載，這樣就可以做出類似與哈勃望遠鏡所做的測量，但距離要近數千倍。與此同時，卡西尼INMS團隊的幾名成員正在為歐羅巴快船任務開發更為靈敏的下一代觀測設備用于飛行。

來源：NASA中文

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