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再见卡西尼为什么要去遥远的土星寻找生命

发布时间:2019-07-09 20:26:45

再见卡西尼!为什么要去遥远的土星寻找生命?

北京时间昨天下午7点56分30秒,卡西尼探测器陨落土星。20年来,这艘无畏的无人探测器,向地球传回了大量的科学数据和图像,带我们从原本无法触及的视角领略土星和宇宙之美。

1997年,他启程投入未知的太空,并于2004年6月30日抵达土星系统。图片:NASA

今天,让我们一起回顾卡西尼探测器最重大的发现——他在异星发现了海洋,那里或许会有生命的萌芽。

生命是如何诞生的

中学的时候我们都学过米勒实验:在还原性气体里通电火花,就能生成很多简单的有机分子。这就是所谓的原始汤假说的基础。那个时候大家认为,生命的关键是原料,只要有了一锅原材料的汤,生命就自然会诞生。

斯坦利·米勒和他的实验。图片:Roger Ressmeyer / Corbis

后来大家意识到不对了。把一锅灭菌的氨基酸汤密封起来装个罐头,等待一亿年,它会产生生命吗?并不会,因为没有能量流动。生命的核心是新陈代谢,一定要有什么能量来持续驱动着它的运行,否则生命就不可能诞生。最早的生命肯定不会利用阳光(太难),也不能指望闪电(太罕见又太粗暴)。那么,有什么能量是又方便又连续又能天然产生的呢?

NASA工作人员展示卡西尼探测器的发现。图片:NASA Jet Propulsion Laboratory

在地球上,研究者认为最大的希望在深海泉口。这些泉口里因为海水和岩石的化学反应,会源源不断释放出氢气,这些氢气和二氧化碳反应可以得到甲烷,甚至可以得到更复杂的有机小分子。这个自发进行的反应就是一个天然而好用的能量流动,最初的生命很有可能是搭上了它的便车而开始了自己的萌芽。

卡西尼探测器在土卫二上发现了这种化学反应。

卡西尼的重大发现

从19世纪开始人们就幻想地球的最近邻——火星和金星上有生命存在。现实是,远离太阳的冰冷之处反而可以有液态水。遥远距离意味着它们得不到足够的太阳光,表面如果有水也是冰封一片,但潮汐力和放射性元素的热量,却足以在这里形成冰下海洋。

土卫二就是这样一个星球。卡西尼探测器发现它的表面虽被水冰覆盖,但在南极地区有很多孔洞,从这里它把自己的海洋连续不断地喷向太空,迄今为止已经找到了超过100个这样的冷火山。事实上,它喷出的海洋构成了一整条土星环:天文学家早就通过计算发现土星的E环不稳定,本应该在几十万年之内就分崩离析,它能存留至今必定有持续的新物质输入。卡西尼证明,这些物质绝大部分就是土卫二的喷泉。

喷射中的土卫二。图片:NASA / JPL / Space Science Institute

而就在今年,卡西尼发现这些喷泉里还包含了数量巨大的氢气。这些氢气远超平衡态应有的量,证明一定有某个未知过程在源源不断地产生新的氢气,注入冰层下的海洋里。

过去证据已经表明土卫二的海水确实在和海底岩石发生化学反应。具体反应细节并不完全清楚,但是很有可能和地球上水与岩石反应产生氢气的过程类似。倘若果真如此,那么它也许就已经具备了原始生命最重要的条件之一。这还不是生命的证据,当然更不是说它适合人类居住——但是,可能真的会有生命的萌芽在这里出现,甚至已经出现。

艺术家想象的土卫二内部结构。在冰层下面有活跃的地质运动。图片:NASA / JPL-Caltech

也许,这是最重要的瞬间

这也是为何卡西尼在围绕土星做出无数发现之后,终章必须和土星化为一体的根本原因。一旦探测器的燃料耗尽,地面人员就不能控制他的轨道,无法保证不会和土卫二或者其他有可能诞生生命的土星卫星(比如土卫六)相撞。

卡西尼拍摄到的“双月牙”,那是土星的两颗卫星。图片:NASA

在卡西尼出发前,人们对土星的卫星还知之甚少,根本不认为它有生命可能,所以卡西尼项目被归为不需消毒的一类。直到卡西尼抵达之后,研究者才发现自己的错误。万幸的是,卡西尼携带的惠更斯探测器落在了土卫六的陆地上而非海洋里,并且土卫二还是安全的。但是这个失误不能再犯第二次了。的确,撞上的概率很小,但是生命从无到有的诞生需要时间太长,充满了太多的偶然,而又太重要了。迄今为止,我们所知道的所有生命都同出一源,对生命根基的了解只有一个数据点。纵然比不上发现外星人,找到一个外星生命的独立萌芽,也堪称历史上最重要的瞬间了。

在土星环的中间,卡西尼回望地球。图上微小的白色亮点就是卡西尼看到的地球。在广阔的宇宙间,她渺小,却生机勃勃。图片:NASA

卡西尼探测器的旅程已经到达终点,而我们,还将继续飞往群星。

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