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土衛二:有可能孕育生命的星球

研究團隊發現,土衛二南極的間歇泉不時噴向太空。

科學家宣布土衛二的南極有溫暖的海洋,有熱液活動。

土衛二藝術概念圖。

近日,日本研究機構與歐美團隊在土星的二號衛星——土衛二上發現存在熱水的環境。 據稱,這是人類首次在太陽系中發現存在於地球之外的可供生命存在的環境。

美國宇航局卡西尼號太空探測器的天體物理學家宣布,土衛二的南極有溫暖的海洋,有熱液活動。 他們是通過分析土星最外圍環上的塵埃粒子去估計土衛二海洋的溫度、鹽度和近似PH值。 土衛二南極的間歇泉是土星最外圍環上材料的主要來源。 在卡西尼號質譜儀的幫助下,他們發現這些塵埃納米粒子主要由鹽構成,它們都是噴射的間歇泉鹽水蒸發後的產物,這些粒子顯示土衛二上有溫暖的海洋。

目前,土衛二已成為一個吸引眾多科學家探尋地外生命的目標星球,它具備了產生生命的三大條件:持續的熱源、有機物和液態水。 有分析認為,土衛二是太陽系內最有可能孕育生命的星球。 而已發現的可能存在海洋的星球還包括土衛六、木衛二和木衛三。

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首份明確證據證明土衛二地下有海洋

土星的二號衛星——土衛二是土星的第六大衛星,直徑約500公里,圍繞土星運轉,其中心為岩石。 土衛二的表面幾乎能反射百分之百的陽光,且距離太陽遙遠,因而極為寒冷。 表面被厚厚的冰層所覆蓋。 研究團隊發現,在土衛二南極附近的地下存在海洋。 美國宇航局的卡西尼號太空探測器則為科學家提供了首份這樣明確的證據。

“土衛二有一個地下海洋,且有明顯的地質活動。而這些新的發現又使其存在適合生物生存環境的可能性進一步增加。”宇航局華盛頓科學任務指揮部宇航員、副主管約翰· 格倫斯菲爾德說。 研究顯示,土衛二“地下海洋”的海底可能是矽酸鹽岩石,這意味著此地環境適合複雜的化學反應,包括那些可能創造了類似早期地球環境的化學反應。

更為重要的是科學家宣布土衛二的南極有熱液活動。 據悉,熱液活動是一種自然現象,通常發生在地球的海洋中,當海水滲透到岩層地殼中並發生反應後,會被加熱成富含礦物質的溶液。 而此次是人類首次在冰凍衛星上發現這類活動的明確跡象。

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土衛二海底有可能存在生命棲息地

另外,研究團隊發現,海水不時噴向太空,噴出的海水中含有碳等生命形成所必須的元素。 發表在近期《地球物理研究通訊》上的一篇文章指出,熱液活動可能是土衛二南極地區爆發的氣體冰粒羽冠中甲烷的兩大源頭之一。 之前由卡西尼號進行的採樣結果表明,這些羽冠中甲烷的含量相當高,為了找出原因,來自法國和美國的科學家進行了廣泛的模擬,從而得出了這一結論。

研究小組發現,這個衛星的高壓海洋裡會形成一種被稱為包合物的冰凍物質,它能夠把甲烷分子束縛在水冰的晶體結構中。 模擬表明,這種過程能夠使海洋中甲烷的含量明顯減少,所以研究人員必須對羽冠中存在的豐富甲烷作出解釋。

文章的作者認為,很可能是因為熱液活動促使海洋中的甲烷達到超飽和。 這只需甲烷產生的速度快於它轉變成包合物的速度就可以。

2009年,研究人員報告說在土星的一個著名的光環中發現了鹽粒,而這個光環便是由來自土衛二的噴泉微粒所形成的。 如今,研究團隊確定了這些微粒不但含鹽並且含有二氧化矽。 這意味著熱泉現在非常活躍,而且並非僅僅是在過去的某一時刻曾經存在。

研究人員認為,含矽微粒是部分岩石成分在高溫水中溶解後又急劇冷卻時出現的。 在土衛二上,矽石微粒很可能從熱泉中沉澱析出,隨後被凍結的液滴所捕獲並從海底向上升起。 它們作為羽狀物的一部分向上噴出,最終落入環繞土星的軌道中。 而還有一些則從那裡逃入太空,就像“卡西尼”號探測器所觀測到的那樣。

博爾德市空間科學研究所行星科學家卡羅琳· 波爾科表示,新的發現是有關土衛二的海洋中到底正在發生著什麼的另一條線索。 “它告訴我們在土衛二的海底有可能存在生命棲息地——地球上存在的生物也有可能存在於土衛二上。”

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10年前就發現土衛二有活躍的地質活動

卡西尼號太空探測器首次發現土衛二上有活躍的地質活動是在2005年,那年卡西尼飛越土衛二時的勘測資料顯示其表面存在著碳、氫、氮和氧氣,這些 有機物質被認為是孕育生命的必要元素。 當時,卡西尼還發現土衛二南極分佈著一些被稱作“虎紋”的平行條帶狀地貌,並有冰屑間歇泉噴出,科學家因此猜想土衛二可能有一個“地下海洋” 。 此外,土衛二還具有一個沸騰的熔化岩石內核,為孕育生命體提供適宜的環境溫度。 波爾科曾表示,如果這個地表溫度低至零下200攝氏度的星球上存在液態水,其地下就可能存在熱源。

在2010年至2012年期間,天文學家再次利用卡西尼3次近距離觀測土衛二獲得的數據,分析確定了土衛二的引力場。 研究發現,土衛二的引力場存在“引人注目的不對稱性”,其中南極的引力較弱,但又大於根據其地形計算得出的數值。 他們認為,“起到彌補性作用”的是南極表面下的液態水,因為水的密度大於冰,形成的引力也大於冰。

2014年的引力科學成果也同樣強烈暗示,在土衛二厚達30至40公里的冰殼下,隱藏著一個深約10公里的海洋。 也就是說,土衛二的海洋被夾在數十公里厚的冰層與地核之間。

參與研究的加州理工學院教授戴維·史蒂文森說:“這說明海洋的面積與地球上的第二大湖蘇必利爾湖相當甚至更大。”

據了解,行星科學家波爾科與其他研究人員已向美國宇航局遞交了一份提案,建議開展一項“土衛二生命探測器”任務,即發射一架在土衛二的羽狀物中 尋找有關生命的化學跡象的探測器

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