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地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

作者:太空生物学·黄媂

科学界对于外星生命的好奇和想象一直都没有停止过,也没有停止过对外星生命的探索,很长时间以来,火星都是地外生命探索的首选目标,原因很简单它和地球太像了,首先它和地球是邻居而且有着同样的大气层,有着一年四季的变化,也都有水等等,但是自1960年以来,人类通过近50次的火星探测,每一次的发现都不能证明火星生命的存在,几乎每一次的希望重新点燃又被很快浇灭,这不禁让人觉得失望,然而假设我们把目标转向其他星球呢?

地外生命探索的最大热门–欧罗巴(木卫2)

在距离地球6亿千米的地方,有一颗大小与月球相仿的卫星围绕着木星公转,它有着数千米厚的冰盖,冰盖下是数百千深的海洋,那里洋流奔汹涌,在这个伸手不见五指的海洋世界中,可能孕育着无数复杂的有机生命,这颗星球就是木星的其中一颗卫星,我们称之为——木卫2,或者——欧罗巴。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

我们一直认为火星上极有可能出现生命,但近年来随着一系列的科学发现,木卫2却一跃成为地外生命探索的最大热门。如果你以前对这个星球不了解,第1次听说它的相关数据,你一定会觉得我在乱编才会说它有生命存在,木卫2的赤道地区表面平均气温为零下163℃,两极更低只有零下223 ℃,这么低的温度下怎么可能有生命存活呢,还真的有可能,只不过不是在陆地上而是在海洋中。

木卫2有一个巨大的全球性海洋,海洋的表面覆盖着一层8~16千米厚的冰层,冰层下的海水深50~80公里,含水量几乎是地球的两倍,科学家通过探测发现木卫2的海洋是富含氯化物的,如果木卫2的海洋里游泳,不小心呛了一口水,这个水的味道是和我们家里吃的盐没有什么两样的。地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

图解:海洋的表面覆盖着一层8~16千米厚的冰层

别看木卫2不大,它的含水量比地球多的多,而在太阳系中富含水资源的星球也并不罕见,算上水的固体形态(冰),地球的储水量在整个太阳系看来也只是个小字辈,太阳系中水量最丰富的星球是海王星,它的水量大概在地球的9.2~13.5倍之间,排名第二的是土星,土星内部的含水量很难估计,但是土星环上的含冰量绝对可以秒杀地球,除此之外,木卫3,土卫6,木卫4,海卫1,木卫2等卫星的水量也比地球高,需要着重说的是冥王星,虽然它已经被踢出了太阳系的行星之列,但是这个覆盖着白雪的矮行星含水量还是要比地球高那么一点。地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

图解:左为欧罗巴 右为地球含水量对比图

一个完整的生态系统需要由四个部分组成

有水就会有生命存在的希望,而木卫2冰层下的海洋之中就孕育着存在生命的希望,说到这里你可能会有疑问,在那个伸手不见五指的海洋之中,没有一点太阳的照射,而我们知道生命是需要从周围的环境中获得能量的,这些能量是生命合成有机物的必备条件,在地球上大多数的生命所获取的能量都是通过植物的光合作用来的,而木卫2的海洋中黑漆漆的一片没有能量来源生命如何发展延续呢,这个问题我们可以从地球上获得答案,一般一个完整的生态系统需要由四个部分组成:

  • 非生物的物质和能量
  • 生产者
  • 消费者
  • 分解者
地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

这四者形成一个闭环,维系着生态系统的物质循环使生态系统不至于崩溃,其中生产者就是能够把简单的无机物合成有机物的生物,它们是整个生态系统的基石,消费者就是代表着不能生产,只能通过消耗其他生物来达到存活目的的生物,分解者是生产者的反面,它们是生态系统中将死去的动植物中富含的有机物重新变为无机物的生物,地球上的生产者大致可以分为两种:

一类:以我们日常生活所常见的绿色植物和海藻为代表,它们通过光合作用将空气中的二氧化碳和土壤中的水等无机物转化成有机物,并释放出氧气,将光能转变成生物有机体中的化学能。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

二类:许多细菌可以利用化学反应过程中产生的能量来合成有机物,这个过程称为——化能合成作用,一种比较常见的化能合成作用可能就发生在你们家的鱼缸中,养鱼的时候需要在鱼缸中培育硝化细菌,它们就能够利用氨氧化成亚硝酸,和亚硝酸氧化成硝酸石产生的化学能合成有机物,它们参与了氮循环并在水质净化过程中扮演了重要的角色。地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

图解:硝化细菌

有关于木卫2的海洋中是否可能存在生物群落,可以在地球上找到答案

在深海的一些活动的火山口,微生物就可以利用海底喷发出来的硫化氢物质氧化时产生的能量合成有机物,这些微生物处在食物链的底端起到了和地面植物一样的作用,这种在深海的生态系统叫做——热泉生态系统,因此在不需要太阳的情况下,是可以形成一个完整的生态系统的,由于木星强烈的潮汐作用,木星的卫星上都出现了强烈的火山活动,木卫2表面的冰层上也发现了有火山喷发的特征,因此木卫2的深海火山也可以像地球那样为生命提供能量。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

外源种子

木卫2表面星星点点的撞击痕迹中找到了粘土,说明木卫2曾经受到过小行星和彗星的撞击,小行星与彗星可能会携带多种非生物成因的氨基酸,烷烃和糖类等化合物,它们为木卫2的生命起源提供了外源种子,木卫2的冰层也并非铁板一块,由于冰层之间的互相剧烈作用,冰层表面的物质会被带入海水之中,来自小行星与彗星的氨基酸,烷烃和糖类等化合物会一同进入海水之中,如此一来在木卫2巨大的海洋中生命存在的三大必要条件,水,能量和有机物就完全具备了,这就提供了可能孕育生命的环境。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

如果木卫2冰层的海洋中含有足够的氧气,就可以维持30亿千克生命的存在,净化的时间足够长是可以出现大型生命体的,当然这都只是猜测,究竟有没有大型生命体存在,还需要更进一步的探测,但是木卫2的巨大的海洋有表面寒冷而坚硬的冰壳覆盖保护,目前为止这些冰层的厚度还是未知的,想要从厚厚的冰层钻孔并探测生命几乎是不可能的。但是2016年9月的一个发现为未来木卫2生命探测提供了一个便利的途径,天文学家通过哈勃望远镜拍摄到木卫2表面水汽羽流的喷发物,这暗示着这个冰冷的卫星会喷射出水汽羽流,海水会像喷泉一样通过冰层的裂缝从海底喷射到表面,并携带着深海中的各种物质,这就提供了一种直接获取木卫2内部样本的机会,而不再需要登录木卫2并凿开那数达几千米的冰层。地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

图解:水汽雨流的喷发物,这暗示着这个冰冷的卫星会喷射出水汽雨流,海水会像喷泉一样通过冰层的裂缝从海底

黄媂结语·太阳系存在生命的天体可能不止一个

在太阳系和木卫2类似的卫星,还有土卫2,它俩的相似之点真的很多,一样的排行第2,一样被厚厚的冰层包裹,一样在冰层的下方有着流动的海洋,一样具备生命所需的全部条件,尤其是两个卫星的冰层裂缝都有喷射雨流的存在,这意味着科学家们只需要分析出喷射雨流的成分,就能对冰下神秘的深海展开研究,因此这两颗卫星一定会成为将来太阳系内生命探测的重点。除了木卫2和土卫2,另外一颗土星的卫星也将是生命探测的目标,那就是土卫6,这个太阳系中唯一具有浓密大气层的卫星,不过要说土卫6上如果有生命可能与水无关。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

和地球一样,土卫6表面上有降雨和液体流动,有河流,有湖泊,有海洋,但这些成液态并流动的并不是水而是甲烷,乙烷和其他碳氢化合物,土卫6具有类似地球水循环一样的甲烷循环,据估算当土卫6大气层中的甲烷浓度超过80%时,就会产生上升气流并形成厚厚的云层,降落甲烷雨,土卫6有水但都被锁在非常深的地下而且温度极低,很难对生命的存活起到帮助,土卫6很像一面时光镜子,它与早期的地球海洋环境相似,因此也有理由相信土卫6的甲烷海洋中可能孕育着生命,这些生命可能利用海洋中碳氢化合物等有机物获取能量并支持生命的新陈代谢,有科学家还提出了一种有机物与氢的光化学反应模型,土卫6大气中的乙烷和乙炔等与氢气反应,生成甲烷的反应,能够产生能量可支持生命体的存活,该模型还预测该化学过程会造成土卫6表面上的乙烷,乙炔和氢气等反应物的含量相比大气层上部较低,这也在后续的研究中得到了一定的证实,尽管这不是生命存在的确凿证据,但这些发现大大提升了土卫6中生命存在的可能性。

地外生命探索的最大热门——欧罗巴(木卫2)

另外有科学家通过模拟土卫6环境,在实验室中形成了类似于细胞膜的结构,这也是支持土卫6存在生命的一项实验,目前大多数对土卫6生命的探测与猜想都是基于这些生命是不需要水就能生存的,因此即便在土卫6上发现了生命,它们的样子也会和我们完全不一样。

我是【黄媂】,(天体生物学领域.太空生物学领域.科学.科技.科研.科普)的文章,欢迎点赞.评论.转发.关注互相学习。

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