探尋外星生命的「星塵之路」

「卡西尼號」發現土衛二南極在噴射水蒸氣和冰晶

廣袤無垠的太空中飄浮著無數塵埃。它們極其微小，肉眼根本看不見；它們以每秒400千米的速度穿行於太空，比子彈快好幾百倍。最為重要的是，它們隱藏著來自遙遠太空的大量信息。

這就是天文學家薩沙·科恩普夫在2004年變得越來越興奮的緣故。那一年，美國航空航天局的土星探測器「卡西尼」號在飛臨土星時遇到了塵埃雲。當時，科恩普夫是科羅拉多大學的行星科學家，也參與了「卡西尼」號土星探測任務的研究工作。

「卡西尼」號於1997年從佛羅里達發射升空，到2004年2月，它已在太空中飛行了20億千米。這時，它開始發回一些奇怪的信息，那是一種礦物——硅酸鹽——的化學信號。雖然這種礦物在地球上很平常（通常硅酸鹽是形成海灘泥沙的材料），但「卡西尼」號是在遙遠的太空塵埃里發現了它。

科恩普夫感到很奇怪，他知道土星系統富含水，「那裡所有我們了解的衛星都是冰質衛星，土星環也是冰環」。然而，「卡西尼」號偵測到了一些岩石的信息，這讓科恩普夫感到既興奮又不解。

但其他科學家認為這個發現不像是真實的，也許「卡西尼」號的塵埃探測器出了故障，也許在「卡西尼」號出發前，塵埃探測器就被地球上的塵埃污染了。「我非常不安，」科恩普夫說，「因為這些數據很難講得通。」

幾年以後，科恩普夫終於鬆了口氣，那些礦物塵埃的信息不像是故障造成的，相反，它預示著一個重大的發現：在土星一顆寒冷衛星的內部，有一個溫暖的地方，那裡可能是外星生命的樂土。這顆衛星就是土衛二。

「卡西尼」號探測土星

穿越塵埃雲

早在50多年前，科學家已經知道遙遠的外太空存在著大量高速飛行的塵埃。1969年，「阿波羅11」號的宇航員從月球表面帶回了岩石，岩石的表面有不少微小的凹坑，每一個凹坑都是宇宙塵埃撞擊的結果。那些塵埃的撞擊力如此之大，以至於將一些岩石物質熔化形成了玻璃。

在這些流浪的塵埃中，有些甚至比地球還要「年長」，它們是40多億年前地球和其他太陽系行星形成時遺留下來的。其他塵埃則年輕一些，當它們撞擊了行星和衛星後，又被一些流星體撞到了太空中。

土衛二

土衛二是太陽系中最白最亮的天體。

為了防範塵埃的撞擊，工程師在設計「卡西尼」號時做了周密的考慮，這使它不容易被塵埃擊傷。科學家還在「卡西尼」號上安裝了一台用以計算塵埃數量和分析塵埃組成的設備。

後來，事情就變得有趣起來。

2004年3月中旬，「卡西尼」號穿越了一團塵埃雲。這團塵埃雲非常密，「卡西尼」號每一兩分鐘就能偵測到一粒塵埃。過了幾天，塵埃探測器沉寂下來。兩周後，「卡西尼」號又遭遇了塵埃雲，更多的塵埃雲也接踵而至了。

這些塵埃非同尋常，它們的組成包括地球上很常見的硅酸鹽礦物。

隨著「卡西尼」號逐漸靠近土星，這種塵埃也越來越多。科恩普夫和他的團隊急切想知道這些塵埃來自哪裡。

來自裂縫的冰晶

在太陽系的行星中，土星堪稱一部「彈球機」，至少有50顆小衛星運行在它的周圍，有些甚至運行在它狹窄的行星環中。2004年晚些時候，美國航空航天局的飛行控制專家開始操縱「卡西尼」號飛掠這些衛星，目的是能在很近的距離上仔細地觀察它們。

2005年7月14日是「卡西尼」號飛掠土衛二的日子。土衛二是土星的第六大衛星，又叫「恩克拉多斯」，直徑只有500千米，但科學家對它很感興趣。科恩普夫說：「人們早就意識到土衛二有些不尋常。」土衛二的一部分表面布滿隕石坑，好像還是很多億年前的樣子；另一些區域則幾乎沒有隕石坑，在那些地方，應該有某種力量更新了地表，從而抹去了古老的隕石坑。

土衛二還是太陽系中最白、最亮的天體。想像一下，在一個陽光明媚的下午，你站在白雪皚皚的草原上，那雪地如此刺眼，即使你擋住雙眼，也能感到那種刺眼的白光。這就是在土衛二上的感覺，那刺眼的白光來自土衛二上的白雪對陽光的反射。

但這是很奇怪的現象。因為土衛二上幾乎沒有大氣，事實上，它也沒有真正意義上的天氣，沒有雲彩可以像地球上那樣降下雪花。然而很明顯，土衛二正在以某種方式將雪花持續不斷地撒在它的表面上。

當「卡西尼」號以29 500千米/時的速度近距離飛掠土衛二時，它第一次拍攝了土衛二南極的特寫鏡頭，這些照片令科學家大感驚訝。

「卡西尼」號拍攝的影像顯示了一種崎嶇不平的地貌，與土衛二上的其他地區很不相同。在土衛二的南極附近，地表遍布著斷裂、皺褶、山脊和深谷，一些比房子還大的冰塊散落於各處，四道巨型裂縫刀砍一般穿過這片地區，每道裂縫都很深很直，長度足有130千米。一些由冰晶組成的霧狀物和水蒸氣從裂縫中噴出來，很像地球上的間歇泉。

「卡西尼」號的塵埃探測器捕捉到了幾千粒來自裂縫的冰晶，它們是水冰，很像地球上的雪，其中一些還含有氯化鈉（這種物質是形成海鹽的主要原料）。

褪去冰晶外衣的星塵

這個發現證實了科學家以前的一些猜測：土衛二的表面非常寒冷，溫度為-200℃。這樣的溫度在地球上足以將空氣變成液體，但這顆衛星的內部非常溫暖，足以在40千米的冰下形成一個龐大的含有鹽分的海洋。美國加利福尼亞大學的行星科學家弗朗西斯·尼莫是研究衛星內部結構的專家，他認為土衛二在繞土星運行時，由於受到土星引力的影響，時而被擠壓，時而被拉伸。這種運動產生了熱量，土衛二的地下海洋因此才不會被凍住。

「失落城熱液場」中的石頭塔狀物

土衛二的地下熱源加熱了地下水，並把冰晶和其他物質噴射了出來

那些從土衛二的裂縫裡噴出的冰晶物質多數回落到土衛二的表面，這正好解釋了土衛二何以能持續不斷地得到新鮮的覆蓋於地表的白雪。有些雪甚至落到了鄰近的另外四顆衛星上，它們分別是土衛一、土衛三、土衛四和土衛五，正因為如此，這幾顆衛星才擁有了一些模糊的光澤。

另外一些冰晶飄到了土星的外側，成了土星外側冰物質的一部分。這種冰物質構成了E環。也許正是土衛二上的冰噴發創造了這個最大的行星環，它的周長足有200萬千米。

一旦冰晶進入E環，來自土星的輻射便開始侵蝕它們，所以每粒冰晶只能在環中存在一二百年。這意味著E環之所以能持續存在，是因為土衛二持續地為它提供了冰晶物質。總體算下來，這顆小小的星球每年可能向E環提供了4500萬千克的冰晶，假如將它們融化成水，將裝滿18個標準的游泳池。

科恩普夫研究了那些由「卡西尼」號捕捉到的冰晶樣本，它們來自土衛二和E環。他發現，這些冰晶中都含有硅酸鹽的塵埃，這和「卡西尼」號在距土星5000萬千米時捕捉到的塵埃是一樣的。

科恩普夫意識到，這些硅酸鹽顆粒一定來自土衛二內部的海洋。土衛二將這些顆粒噴向太空，它們被冰晶包裹著進入E環。這時，來自土星的輻射將冰晶剝去，只留下其中的塵埃。在輻射的衝擊下，這些塵埃擁有了電荷，而土星強大的電場又將它們拋向了更遠的太空，而在那裡，「卡西尼」號首次遭遇了它們。

高溫扮演了重要角色

如果是在地球上，研究岩石和塵埃會很方便，地質學家可以直接收集它們。但科恩普夫面對的是一顆遙遠的衛星，他只有來自遙遠太空的數據。這些微小的、含有硅酸鹽的星塵能告訴科恩普夫有關土衛二內部的信息嗎？

是的。漸漸地，科學家意識到來自土衛二的塵埃應該擁有一個與眾不同的發源地，因為它們和大多數地球上的塵埃不一樣，基本上沒有普通塵埃擁有的礦物成分（例如鈣、鎂和鐵），並且在大小上很一致，直徑大約為紅細胞的千分之一。通常情況下，當流星撞擊衛星或者行星的表面時，彈進太空的塵埃在大小上是很不一致的。因此，科恩普夫團隊中的科學家肖恩·許說，這些塵埃顯示出的大小一致「表明它們擁有一個很特別的發源地」。肖恩用幾個月的時間集中閱讀了現有的研究資料，想弄清楚類似大小並且是純硅酸鹽的顆粒在地球上會來自何處，結果發現高溫扮演了重要角色，它們形成於海底深處的熱液噴口。2005年3月，科學家公布了他們的研究結果。他們說，和地球上的情形一樣，土衛二的海底深處也一定擁有熱液噴口。

接下來，一組日本科學家通過實驗證實了這個結論。使用一些裝有水和礦物的密封袋，這組科學家在實驗室里模擬了一個可發生於熱液噴口處的縮小了的化學反應。結果顯示，那種硅酸鹽顆粒如果要在土衛二的內部形成，那麼水的溫度就必須達到50℃。然而，那裡的溫度可能更高，可能達到100℃。

科恩普夫說，「當時沒有人會想到結果是這樣的」，他曾假設土衛二的內部溫度僅僅足以使它的地下海洋保持液態。一些人認為土衛二的地下海洋並不大，只限於南極地區。但2015年9月美國航空航天局公布的「卡西尼」號獲得的數據顯示，土衛二的地下海洋比人們預計的大得多。在這顆冰凍衛星的內部，存在全球性的液態海洋。

熱液噴口

假如土衛二的內部真的擁有溫暖的地方，那麼這顆衛星擁有生命的可能性就會很大。但生命的存在並非僅僅需要水，它們還需要食物，而熱液噴口就能為生命提供大量食物。美國華盛頓大學的海洋學家黛博拉·凱利曾於2000年親眼見到了這樣的生命聚集地。在一次赴大西洋的考察中，她和她的團隊發現了新型的海底熱液噴口。

他們將這個熱液噴口群命名為「失落城熱液場」。它們坐落於亞特蘭蒂斯山的海底山丘之上，那些由噴口群構成的輪廓看上去像中世紀城市的地平線，熱水不斷地從煙囪似的噴口中湧出來。它們的尖頂像城市中的城堡，一些塔狀物高出海底60米。

「煙囪」上布滿由大量細菌形成的斑點，壁上的縫隙處和角落裡有很多蠕蟲、螺、蛤蚌和片腳類動物。鰻魚在那裡尋找食物，還有長著多刺的鰭的多鋸鱸和擁有細長腿的螃蟹。

凱利在那裡發現了兩種氣體，氫和甲烷，它們從熱噴口中噴出來，成為細菌很好的食物，人們把這種在地球內部製造了氣體的化學反應稱為「蛇紋石化」。科學家相信，同樣的化學反應也會在土衛二的內部發生。

美國蒙大拿州立大學的微生物學家約翰·普利斯庫認為，在冰凍的外殼之下，土衛二內部同樣性質的氣體可以很容易地成為生物的食物。普利斯庫研究了地球上生活在嚴酷環境中的單細胞微生物，其中也包括生活在南極洲冰層里的微生物。他說：「在外太陽系，海洋的冰層之下應該是存在生命的，假如不是這樣，我倒是非常驚訝了。」

假如那裡存在生命，它們也許只是一些微生物。在這種情況下，生命只需要非常少的能量。「然而，假如那裡有熱噴口，那些生命就可能是多細胞的生物體。」普利斯庫說。這意味著，更大的生物體，例如蠕蟲和貝殼類動物也有可能出現在外星的「失落城」中。

期待更多的發現

2015年10月28日，「卡西尼」號實施了一次精彩的飛掠，它從土衛二的冰面飛過，距地面不足50千米。這次飛掠穿越了從土衛二南極噴出的由水汽、塵埃和海鹽組成的雲團。科恩普夫說，探測器在20秒內穿越了這團噴出的物質，每1秒都偵測到3500粒冰晶。一直到2016年5月，科恩普夫和他的團隊還在研究這些數據。

該團隊相信，他們在土衛二噴出的水中發現了氫的痕迹，還有甲烷，這些發現都支持土衛二能為生命提供很多食物的觀點。

要在土衛二內部找到生命，人們需要發射另外的探測器。德國科學家正在設計一種專門在土衛二上尋找生物的太空船，但這艘太空船要到達土衛二並著陸於其上，還得20年。

「卡西尼」號的探索之旅也臨近尾聲了，它的燃料即將用完，所以美國航空航天局即將結束「卡西尼」號的太空任務。

2016年年底，美國航空航天局指令「卡西尼」號最後一次飛掠土衛二。2017年，它用僅剩的燃料啟動引擎飛向土星，在那裡研究土星最靠裡面的環。這時，它和土星環的距離比任何時候都近，它甚至能看到組成土星環的冰塊。

之後，「卡西尼」號將飛越土星的表面進入土星最上層的雲中，接下來它要穿越土星雲層，被土星巨大的引力控制。大約在2017年9月15日，這艘土星探測器將墜入土星厚重的大氣層中。

科恩普夫知道，「卡西尼」號的土星探險將最終結束，但他希望在最後時刻，「卡西尼」號依然能提供重大發現，「這件事非常了不起，我們期待輝煌的結尾」。

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