土星冰凍衛星土衛二是一個充滿誘惑的世界——許多科學家越來越相信，它可能是我們太陽系中尋找生命的最好去處。美國國家航空航天局（NASA）的卡西尼號探測器目前正在土星軌道執行，它對這個神秘世界疑似地下液態海洋噴射出的冰冷噴流進行了有趣的觀測，那裡可能適合外星生命生存。
卡西尼號的探測任務將於2017年結束，科學家們迫切希望向土衛二發射專門的任務，以尋找生命跡象。事實上，一些人已經開始認真思考究竟該如何做到這一點——包括行星科學家卡羅琳·波爾科，她是卡西尼號成像團隊的負責人。本月早些時候，她在加州大學伯克利分校召集了一組研究人員，包括海洋學家、有機化學家和天體生物學家，共同商討如何在土衛二上尋找外星生物——波爾科認為，“這是一個非常棘手的問題。”
雖然土衛二體積很小，並且籠罩在厚厚的冰殼之下，但它似乎是一個宜居的世界：它有一個能量來源，來自其繞土星軌道執行時產生的摩擦力，還有構成生命基石的有機化合物，以及冰層下方的液態水海洋。然而，僅僅因為土衛二可能適合生命生存，並不意味著那裡就存在生命；要明確證明這一點，還需要做更多的工作。在伯克利會議上，科學家們列出了卡西尼號收集到的關於土衛二的資料——他們討論了對其間歇泉的分析、對其冰殼的測量、對其海洋化學性質的推測等等。然而，即使擁有所有最新的資料和模型，科學家們也遠未接近在土衛二上探測到生物——因此需要太空任務。
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在那裡發現生命將是一個深刻的啟示，表明我們在宇宙中並不孤單。此外，發現生物——或缺乏生物——可以解答地球生命起源的更微妙的謎團。會議上的研究人員提出了關於地球生命起源的兩種主要對立理論（海洋起源論與陸地起源論），小組討論了探索土衛二將如何為這場辯論提供資訊。“這將是對關於生命起源的其中一種觀點的檢驗，”波爾科說——具體而言，是關於地球物種起源于海洋的命題。例如，如果土衛二的海洋中存在生物，並且據推測是在那裡產生的，這將支援生命起源於地球水熱噴口（海洋底部炎熱、富含營養物質的深海噴口）而非陸地水域的理論。
土衛二還可以從其他關鍵方面教給我們關於太陽系起源的知識。“你不僅僅是在尋找生命，你還在尋找對生命本質的理解，以及它與地球生命的比較，”美國宇航局艾姆斯研究中心的行星科學家克里斯·麥凱說。例如，如果我們發現土衛二上的生物與地球上的生物截然不同——如果它們的生物化學完全不同——那麼這可能意味著這兩種生命形式是分別獨立產生的，因此，外星生物可能也很可能存在於其他地方。“如果生命至少在我們的太陽系中開始了兩次，那麼你就知道宇宙中充滿了生命，”麥凱說。或者，如果我們發現土衛二生物和地球生物的構成方式完全相同，這可能表明生命起源於其他地方，並被帶到了這兩個世界。然而，如果土衛二是荒蕪的，這可能支援生命需要陸地環境才能開始，而不是海洋的理論。無論對土衛二的任務可能發現什麼，答案都將告訴我們一些有趣的事情。
掠過間歇泉
土衛二有超過90個間歇泉，它們將鹹水蒸氣、有機化合物和冰粒從地下海洋噴射到空中。這為訪問的航天器提供了一個絕佳的機會，它無需著陸即可尋找生命（著陸要困難得多且成本更高），而只需飛越間歇泉即可採集樣本。“羽流直接來自海洋，”麥凱解釋說，“那麼我們為什麼要著陸呢？我們可以獲得最新鮮的東西，直接來自源頭。”
然而，即使土衛二上存在生命，它也可能不會在羽流樣本中顯現出來。如果地球上的遠洋（即遠離海岸或海底的開放水域）是土星冰冷海洋衛星的類似物，那麼前景是令人沮喪的——即使在我們的星球上，遠洋帶的生命密度也極低。“如果我們在土衛二的海洋中遇到這種情況，即使要捕捉到一個生物體也會非常困難，”波爾科說。科學家們需要採集極其大量的水，才能捕捉到任何生物體。
幸運的是，幾個月前，一位微生物學家告訴波爾科一項幾十年前的科學研究，這讓她對在羽流中發現生命感到樂觀。在伯克利會議上，她描述了這項關於地球海洋中發生的“氣泡洗刷”過程的研究——這可能會對土衛二的間歇泉產生很大的影響。事實證明，無論氣泡在水中上升到哪裡，它們都會洗刷水柱，從而使生物體和有機物質在表面富集。當氣泡破裂時（就像在海浪飛沫或土衛二的噴流中一樣），它們會將這些微生物噴射到飛沫中。因此，如果土衛二上存在生命，那麼由於氣泡的作用，其羽流可能比其海洋的其他部分含有濃度更高的生物體。“即使土衛二上的海洋最初像地球的遠洋一樣微生物貧乏，這是最壞的情況，我們仍然有機會在羽流中看到大量的生物體，”波爾科說。儘管如此，這種情況立即提出了另一個問題：航天器必須找到一種方法來採集樣本，而不會在高速穿過噴流時將脆弱的生物體撞成碎片。
尋找生命跡象
一旦航天器從土衛二採集到樣本，科學家們將如何測試它是否含有生命？這個過程比簡單地尋找活物要複雜得多——畢竟，研究人員多年來一直在爭論生命的定義。在尋找外星生物的情況下，科學家們必須發揮創造力。“如果你去火星，在地面上發現一隻死兔子，它不是活的，但它是生命存在的有力證據，”麥凱說。“因此，我們不是在尋找活物，而是在尋找生命使用的分子。換句話說，我們正在尋找死兔子的屍體。”
麥凱和其他科學家認為最重要的分子是氨基酸——蛋白質的組成部分。“它們存在於彗星和隕石上，所以如果土衛二上存在原始湯，它應該含有氨基酸，”麥凱說。“它們非常有用，而且在水中非常有效，以至於生命不利用它們就太愚蠢了。”然而，在伯克利會議的某個時候，波爾科提出了一個關鍵點：如果土衛二生物不是由氨基酸構成的怎麼辦？麥凱開玩笑地回答說：“那我們就完了，大自然太反常了。我們都應該放棄，成為詩人。”他的意思是，科學界普遍認為氨基酸將在尋找生命方面發揮作用——如果這種想法被證明是錯誤的，那麼“我們就比我們想象的還要愚蠢，”麥凱說。
科學家們想要探測的另一個重要特徵是脂類，細胞用它來構建外壁。“這與氨基酸的故事類似，”SETI研究所和艾姆斯研究中心的科學家阿方索·達維拉解釋說。“你期望它們存在於生命的起源中，並且你期望細胞會使用它們。”科學家們需要做的不僅僅是在土衛二上探測到氨基酸和蛋白質——這兩種分子在許多環境中都單獨存在，無論有沒有生命。但天體生物學家可以針對他們認為生命獨有的氨基酸和脂類的獨特結構和分佈。“我們正在尋找生命製造的分子和結構，這些分子和結構與化學物質產生的隨機混亂截然不同，”麥凱指出。
搜尋列表上的一些其他可能性包括大型有機化合物，以及航天器從羽流樣本中拍攝到的實際生物體的照片。例如，這可能是生物體游泳或進食的影像。達維拉說，這種發現可能是“活”物體的最直接證據，但許多研究人員對成像生物體的可能性表示懷疑。“這是一種高風險、高回報的實驗。負面結果的可能性非常高，”他補充說。“很難區分細胞和僅僅是一個粒子的點。”這個問題在會議上引起了激烈的爭論，但一些科學家聽起來更有希望——他們討論了他們正在探索的新技術，以便可靠地對土衛二的微生物（如果它們存在）進行成像。
最終，科學家們認為，可能需要多種證據結合起來才能表明他們確實發現了生命。當然，成本和技術將限制他們能夠進行的實驗。尋找過程將極其複雜，特別是考慮到土衛二上的生物體可能看起來或運作方式與地球上的生物體完全不同。“我們正走在一條細線上，一邊是我們基於地球生命所瞭解的，一邊是我們期望生命可能是什麼樣的，”達維拉說。“這是阻止我們提出良好策略的原因之一。”
或者，重申波爾科的觀點——“這是一個非常棘手的問題。”