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Jul. 13 2018

小小土衛二大發現!生命重要物質就在這!

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  • 小小土衛二大發現!生命重要物質就在這!

卡西尼號太空船(Cassini)雖然已經功成身退,但它所傳回的訊息顯示土衛二恩賽勒達斯(Enceladus)可能是除了地球之外,最適合已知生命形式存在之處!

在這張美國航太總署(NASA)卡西尼號太空船所拍攝的影像中,可以看到土衛二上的間歇泉正往外噴發出冰凍物質。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE

在小小的土衛二上,有著持續噴發的鹽水噴泉,往太空噴出各式各樣稀奇古怪的東西,包含了水、冰和矽,甚至是簡單的含碳化合物,其中很多是我們所熟知生命形式的必要成分。

已經功成身退的卡西尼號太空船送回許多寶貴數據,最近科學家研究這些資料,有了更有趣的新發現──由上百個原子排列成環狀和鏈狀的大型有機化合物。這是目前為止在土衛二上發現最複雜的有機分子,讓土衛二擊敗了木衛二歐羅巴(Europa),躋身成為太陽系內最有可能存在地外生命之處。

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「就我們目前所知,土衛二是我們尋找外星生命的絕佳地點,或許現在土衛二的海洋中就有微生物存在,」康乃爾大學(Cornell University)的喬納森.陸奈恩(Jonathan Lunine)如此表示。

↑↑↑↑↑土星101

2005年底,探索土星的卡西尼號太空船在土衛二上發現冰噴泉,讓科學家驚喜不已。從土衛二南極地區裂紋噴出的海水,源自於土衛二冰殼下方冰封的全球性海洋。科學家多年來一直在研究這些噴流,計算土衛二海洋的鹽度和酸度,並發現其中含有甲烷等有機化合物,他們認為海床上的深海熱泉為噴流提供了熱能和能量。

但這次新發現的複雜分子,卻為科學家帶來新的疑惑。究竟它們源自無生命的化學反應,還是暗示著外星生命的存在呢?

「我們還無法回答這個重要卻難解的問題,但可以肯定的是,土衛二上必定有些活動產生了複雜的有機化合物,因此我們才能從太空中偵測到,」德國海德堡大學(University of Heidelberg)的法蘭克.波斯特伯格(Frank Postberg)如此表示,由他擔任第一作者的這篇論文於2018年5月22日發表在是《自然》(Nature)期刊上。

「土衛二往卡西尼號太空船噴出大量高濃度的有機物,這個發現實在太令人振奮了!」

塵埃探測器

雖然卡西尼號太空船在去年9月衝進土星,結束探索土星系統的任務,但它傳回的大量資料,仍蘊藏著許多寶藏,等待我們去發掘。

這些資料包含了卡西尼號太空船飛掠土星環E環附近時,所收集到的數據。有如絲帶一般薄而透明的E環,是由土衛二噴出的塵埃與冰粒所構成。當卡西尼號從E環邊緣飛掠時,太空船上探測宇宙塵埃的儀器與E環微粒發生碰撞,傳回有關微粒成分的資訊。

波斯特伯格和他的同事決定,針對卡西尼號在2004年至2008年間飛掠E環時所收集到的資料進行研究,因為在這段期間內,儀器受到其它太陽系行星際塵埃的污染最少。卡西尼號在15次飛掠中,收集並分析了大約1萬個塵埃微粒。波斯特伯格和同事分析其中約1%的微粒,發現了複雜有機化合物的跡象。

他說:「這簡直就像是大海撈針。」

這些含碳的大型分子附著在土衛二噴發出的水冰顆粒上,一起被噴進太空。卡西尼號飛掠而過,撞擊並收集這些顆粒。此外,波斯特伯格表示,這些大型化合物可能還只是更巨型分子的碎片,而這些巨型分子原子量甚至高達數千。

漂浮的薄膜

這是我們首度在土衛二發現這麼大型的有機物。之前卡西尼號曾經偵測到較輕的氣體分子,像是含有一到兩個碳原子和幾個氫原子的甲烷和乙烷,這些分子的重量大約是15個原子質量單位。

但這次探測到的新分子,重量約200個原子質量單位,含有7到15個碳原子和少量氫原子,甚至還有氮原子和氧原子。

美國航太總署噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的摩根.凱伯(Morgan Cable)一直嘗試在地球上一些看起來不可能有生命存在的地方尋找生命蹤跡,他說:「雖然我們之前也曾在地球以外發現大型分子,但這還是首度在液態水海洋中偵測到它們。」

「許多大型有機分子無法在液態水中長時間保持穩定狀態,因此,下個問題就是──這些有機分子到底源自何處?」

波斯特伯格和同事們都認為,這些大型有機物可能在剛形成後,就浮到土衛二地下海洋的最上層,然後漂浮到南極地區的噴水裂縫附近。這樣一來,它們就可以附著在冰粒上,隨著從海床升起的氣泡一起進入太空。

凱伯表示:「在地球海洋的最上層,也有一層由有機分子形成的薄膜──你可以把它想像成一個由生物及相關副產物所構成的『浮油層』,覆蓋住相當大一部份的海洋。現在看起來,土衛二上可能也有這樣的薄膜。問題是:這層薄膜也是由生物構成的嗎?」

埋伏以待

這次的發現雖然讓人非常興奮,但大量的含碳有機物並不能證明生命存在。很多化學過程也能形成類似的結構,並不一定得要靠地外生命代謝這種機制。

「這些有機物是在海底的岩石與水交界處,由與生物無關的作用所形成的嗎?還是微生物的代謝產物呢?這是個大問題,」陸奈恩表示。

基本上,這些分子讓科學家知道,土衛二冰殼下方的環境能進行極為複雜的化學反應。但是這些化學反應究竟是完全獨立於生命,只是藉由化學和地質因素所產生?是生命起源之前的混沌混合物?正在形成的外星微生物?還是已經存在土衛二海洋中的生命形式所產生的廢物?這些疑問到目前都還沒有解答。

在這張卡西尼號所拍攝的影像中,可以看到土衛二的冰殼裂紋沿著南極地區蜿蜒。PHOTOGRAPH BY NASA, JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE

陸奈恩說:「我們應該儘快重返土衛二,它正等待我們去探索。想想看,可不是隨便到哪裡,都有噴射到太空的微生物大便能讓我們分析。」

我們已經有了能夠解開這些疑問的儀器,只需要來趟土衛二的來回之旅就可以了。陸奈恩和同事們設計了『土衛二生命尋找器』(Enceladus Life Finder),原本應該會在不久後升空,但美國航太總署拒絕資助這項計畫。

不過用不了多久,即將有艘太空船前往另一顆冰凍海洋星球——木衛二。科學家們還不清楚在那片外星海洋中,有些什麼正在發生的化學反應,也不知道那裡是否和地球一樣,充滿已知生命形式的必要成分。

但目前看來,無論是科學家還是土衛二都只能等下去。希望不久後的某天,我們就不再需要靠研究檔案資料,來回答人類最迫切的問題,而是可以真正前往這個極具潛力的目標,即時解開謎題。

 

撰文:Nadia Drake 

編譯:林宇威

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