在我們潮溼的太陽系中尋找生命

科學家們正在太陽系中令人驚訝的角落和縫隙中發現液態水,這是我們所知生命的基礎。繼週三有關土星衛星土衛二內部溫暖的鹼性海洋中似乎存在熱液噴口的報道之後,研究人員昨天宣佈了確鑿的證據,表明木星衛星木衛三也擁有一個 [...]

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科學家們正在太陽系中令人驚訝的角落和縫隙中發現液態水,這是我們所知生命的基礎。

繼週三有關土衛二內部溫暖的鹼性海洋中似乎存在熱液噴口的新聞之後,研究人員昨天宣佈了確鑿的證據,表明木星的衛星木衛三也在其冰冷的地殼下擁有相當大的海洋。根據理論模型以及來自“旅行者”號和“伽利略”號任務的間接證據,天文學家幾十年來一直認為木衛三蘊藏著地下海洋。但是,使用哈勃太空望遠鏡獲得的這些最新測量結果使情況更加令人信服。與此同時,我們這個充滿水的太陽系使得尋找外星生命的失敗更加令人困惑。

木衛三是太陽系中最大的衛星,僅比火星略小,比水星和冥王星都大。得益於其體積,木衛三還擁有強大的磁場,該磁場與木星更大磁場中捕獲的粒子相互作用,從而在衛星周圍產生微弱的紫外線極光。隨著木星的旋轉,其磁場導致木衛三的極光略微來回搖擺。


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研究人員意識到,如果木衛三據稱的地下海洋足夠大且足夠鹹,它將具有足夠的導電性來對抗木星的磁場並略微抑制極光的搖擺。使用哈勃望遠鏡觀察,他們看到的正是這樣。木衛三的極光不是像沒有地下海洋時預期的那樣來回搖擺大約六度,而是僅搖擺了兩度。這個量與一個深度達 100 公里,埋藏在可能 150 公里冰層之下的海洋大致一致,儘管海洋的實際深度和位置可能會根據其包含的導電鹽量而略有不同。

您可能會認為這項新發現大大增加了在木衛三內部發現生命的希望,但事實並非如此。最新的哈勃資料與之前的研究非常吻合,之前的研究表明木衛三的地下海洋夾在兩層冰之間——上層冰殼和下層冰幔。這種模式意味著海洋與木衛三的岩石核心隔離,因此可能缺乏在沒有陽光的情況下維持新陳代謝的礦物質和營養物質。相比之下,土衛二和木星的冰衛星木衛二的地下海洋似乎都位於岩石核心之上,為任何水生生命提供了豐富的可用能量和原材料。土衛二的表面也在向太空噴射海水羽流,木衛二也可能如此——這表明這些海洋與地表相連,允許營養物質從上方滴落,並使進一步的調查更容易。在木衛三上沒有觀察到羽流,並且與其地質活動活躍且年輕的土衛二和木衛二表面不斷從下方補充不同,其表面佈滿隕石坑,惰性且古老。綜上所述,所有這些都表明木衛三的海洋可能沒有生命,並且被隔離在幾乎無法接近的表面深處。

當然,我們需要了解更多,好訊息是我們很快就會做到。歐洲航天局的木星冰衛星探測器 (JUICE) 計劃於 2022 年發射,並將於 2030 年抵達這顆巨行星,它將花費大部分時間研究木衛三及其地下海洋。

另一個好訊息是,木衛三、土衛二和木衛二幾乎可以肯定只是太陽系液態水的冰山一角。地下海洋似乎越來越成為所有一定大小的冰冷世界的常態——土星的衛星土衛六、海王星的海衛一、木星的卡利斯托,甚至矮行星穀神星、鬩神星和冥王星內部也疑似存在類似的儲水庫。如果這種情況可能在這裡發生,為什麼不在其他冰冷的世界中發生,例如環繞太陽系外恆星執行的系外衛星呢?

幾十年來,天體生物學家一直痴迷於“追逐水”,他們認為,就像在地球上一樣,哪裡有液態水,哪裡就有生命。但是,隨著我們看似毫無生機的太陽系中存在大量地外海洋的證據越來越多,一些非常聰明的人開始擔心我們的搜尋邏輯存在缺陷,或者我們是否可怕地孤獨。在 Twitter 上,SpaceX 執行長兼有希望的火星殖民者埃隆·馬斯克對木衛三的新聞發表了以下評論

宇宙中液態水和其他適宜生命存在的條件似乎表明,無論微生物還是乘坐飛碟的小綠人,我們都應該在我們目光所及之處找到宇宙夥伴。然而,到目前為止,宇宙似乎是貧瘠、沉默和死寂的,除了地球。那麼,大家都在哪裡呢?這就是物理學家恩里科·費米在 1950 年提出的“悖論”。目前流行的解釋相當悲觀:他們認為,智慧甚至生命本身的出現面臨著極低的機率,或者即使生命和智慧很普遍,技術文明也是不穩定和短命的。無論如何,我們可能永遠找不到其他人交談,而後一種情況表明我們可能正在走向自我滅絕。

但在我看來,地下海洋(有些人稱之為“屋頂世界”)的普遍存在並沒有加劇費米悖論。相反,它使解釋變得更容易。引用我去年為 Aeon Magazine 撰寫的一篇文章中的話

屋頂世界可能是宇宙中生物學的預設住所。屋頂世界內的生命可以順利地抵抗許多其他致命的宇宙災難,無論是作為流浪行星被彈射到星際黑暗中,還是被附近超新星或打嗝黑洞的硬輻射沐浴。然後我們可以猜測為什麼,就像我們的太陽系一樣,整個宇宙在我們看來如此荒涼。在這種情況下,即使大多數生命有眼睛可以看,也永遠不會瞥見天空、星星、光線或火焰,並且幾乎沒有希望到達冰殼之上和之外的東西。

所以讓我們保持冷靜。宇宙非常大,我們幾乎沒有探索過任何地方。生命可能就在我們周圍,只是隱藏和鎖定在黑暗、冰凍的天空之下。現在是時候為外太陽系的冰釣做好準備了。

 

 

Lee Billings is a science journalist specializing in astronomy, physics, planetary science, and spaceflight, and is a senior editor at 大眾科學. He is the author of a critically acclaimed book, Five Billion Years of Solitude: the Search for Life Among the Stars, which in 2014 won a Science Communication Award from the American Institute of Physics. In addition to his work for 大眾科學, Billings's writing has appeared in the New York Times, the Wall Street Journal, the Boston Globe, Wired, New Scientist, Popular Science, and many other publications. A dynamic public speaker, Billings has given invited talks for NASA's Jet Propulsion Laboratory and Google, and has served as M.C. for events held by National Geographic, the Breakthrough Prize Foundation, Pioneer Works, and various other organizations.

Billings joined 大眾科學 in 2014, and previously worked as a staff editor at SEED magazine. He holds a B.A. in journalism from the University of Minnesota.

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