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土卫二上的甲烷:可能存在生命征象?

卡西尼航空器拍摄的土卫二。据生物学家最新研究解释,某些物质在土卫二地下海洋中发生了大量甲烷。会是生命的迹象吗?图片泉源NASA/ ESA/ JPL/ SSI/ Cassini Imaging Team/ Carne

由于土卫二的地下海洋遍布全球,因而被以为是地外生命探测的最佳星球。最近,据某支生物学家团队最新探索解释,土卫二上极有可能存在生命…而且我们可能已经发现了证实生命存在的迹象。有些器械正在土卫二上发生大量甲烷,更确切地说是在其地下海里。而甲烷正是生命存在的一种标志。Charlie Wood于2021年6月8日 在《Popular Science》杂志上叙述了这一新鲜的征象。有趣的是,Wood揭晓的文章解释,开端的剖析证实土卫二上甲烷发生的方式与地球海洋中微生物发生甲烷的方式是相类似的。

这并不能一定解释土卫二上有生命存在,但这确实是异常有趣的征象。

偕行评议的结论于2021.06.08揭晓在《Nature Astronomy》杂志上。

土卫二上的甲烷: 热液喷口和产甲烷菌

最初的甲烷探测是通过剖析卡西尼号航天器获得的数据举行的,探测器几回近距离飞越这颗卫星,它曾一度穿过土卫二南极裂痕中喷发出的水蒸气柱,羽流中的水蒸气来自冰凉的外外面下的深海。

此外,卡西尼号还在羽流中发现了冰粒子、盐、氢和有机分子,这是海洋组成与地球海洋相似的开端迹象。也有证据解释土卫二的海底存在热液喷口,类似于地球海洋中支持产甲烷生物的喷口。如论文摘要所述:

美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船的考察证实,土星的卫星土卫二内部有一个液体海洋。对喷射到太空的海洋物质羽流的剖析解释,土卫二的海底存在碱性热液喷口。在地球上,这样的深海喷口孕育着富含产甲烷古菌的微生物生态系统。

土卫二内部的剖面图,显示了从南极冰层外面的裂痕中喷出的次表层海洋和水蒸气喷流。图片泉源: 《民众科学》。

那么,是什么在发生土卫二上的甲烷呢?

科学家们已经知道甲烷的存在,然则新的研究解释,其惊人的数目很难注释。基本上,土卫二上最有可能发生甲烷的化学历程――蛇纹石化――发生的甲烷不会像现在观察到的那么多。那么什么可以呢?巴黎高等师范学院的Antonin Affholder是第一作者,他告诉《民众科学》:

产甲烷菌能够注释甲烷的量。

土卫二的间歇泉。这些大量的水蒸气从土卫二南极的裂痕中喷发出来。卡西尼号航天器剖析了这些羽状物,发现了水蒸气、冰粒子、盐类、甲烷和种种庞大的有机分子。科学家以为,这些羽状物起源于月球冰层下的全球海洋。图片泉源: NASA。

产甲烷菌是以氢气和二氧化碳为食并发生甲烷的微生物生命形式。在地球上,它们是在深海热液喷口处被发现的,就像在土卫二海底被以为存在的喷口一样。

那么,这真的能注释土卫二上的甲烷吗?

有机照样无机?

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思量到这一点,研究职员思量了在土卫二海洋中发生甲烷的所有可能。在serpentization反映中,高温的水与岩石中的矿物相互作用发生氢气。然后,氢气会与二氧化碳发生化学反映,发生甲烷。

这听起来很有原理,以是研究职员仔细研究了这种可能性。他们想看看土卫二事实能以这种方式产若干甲烷。他们使用贝叶斯剖析将效果与地球上真实的产甲烷菌的举行对照。总之,保持他们的假设准确是很主要的。如Affholder所说:

我们不能只想象我们想要想象的。我们必须将假设确立在已知的基础上。

在巴黎高等师范学院,Antonin Affolder向导探索土卫二甲烷之谜的新研究团队。图片来自巴黎高等师范学院(ENS)

“过多”的甲烷

卡西尼号检测到的甲烷量显著高于仅通过蛇纹石化可以轻松注释的数目。这个效果是令人震惊的, 承办人说:

第一个假设完全不能能,得分为零。

正如摘要中所概述的那样,显然“过多”的甲烷无法仅用无机化学来轻松注释。 从摘要:

在这里,我们使用贝叶斯统计方式来量化产甲烷菌(生物甲烷发生)可能可以注释土卫二羽流中分子氢和甲烷逃逸率的概率,如卡西尼号仪器丈量的那样

我们发现考察到的逃逸率 (1) 不能仅仅通过蛇纹石化对岩石焦点的非生物改变来注释; (2) 相符产甲烷菌宜居条件的假设; (3) 在产甲烷菌存在的假设下,假设生命泛起的概率足够高,得分最高。

过多的氢气?

此外,卡西尼号还在海洋中发现了厚实的氢,可用作微生物的食物泉源。 然则,若是将其作为食物食用,剩下的似乎更多。 事实证实,这个谜团也可能有谜底。 大多数氢分子被以为异常靠近透风口,那里对产甲烷菌来说太热了。 相反,生物体可能会以远离透风口的氢分子为食。 在那种情形下,对氢的整体浓度险些没有影响。

土卫二地下海洋的剖面图。 有证据解释海底有热液喷口,就像在地球上一样。 甲烷可能来自产甲烷微生物吗? 图片来自 NASA/JPL-Caltech/SwRI。

需要更多的数据

蛇岩石化,至少就其自己而言,似乎不太可能解决甲烷之谜。 土卫二的地层遗留下来的原始甲烷仍有可能从它的焦点冒出来。 或者另一个仍然未知的历程在起作用。 正如 Affholder 指出的那样,我们对土卫二的领会仍然不够确定:

我们不知道土卫二的起源。 我们不知道土卫二的岁数。 我们不知道甲烷简直切性子。 要领会更多信息,我们可能需要执行一项探测甲烷的义务。

简而言之,回覆这些问题需要更多的数据。 不幸的是,到现在为止还没有返回设计的义务。 卡西尼号异常详细地剖析了这些羽状物,但不用说,能够专门寻找其中存在生命证据的探测器会更好。 这里是希望!

底线:某种器械正在土卫二的海洋中发生大量甲烷。 会不会是生命的存在? 虽然尚未获得证实,但一组生物学家的一项新研究似乎支持这种令人兴奋的可能性。

BY:Paul Scott Anderson

FY:Astronomical volunteer team

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