寻找地外生命的另一种可能
作者：苗千
人类希望理解生命的秘密，希望能够发现在地球之外的生命现象。近年来人类寻找地外生命的焦点一直集中在火星。从地球飞往火星的诸多探测器，大多有一个共同的科学目标，就是寻找火星生命存在的迹象。在火星之外，距离地球12亿公里的一个太阳系的小天体内部，或许也蕴含着地外生命的另一种可能。
以希腊神话人物命名的土卫二“恩克拉多斯”（Enceladus）只是土星83个卫星之中的一个，每33小时围绕土星运转一周。此前能够引起人们的关注，是因为这颗平均直径只有505公里的小天体表面被冰雪覆盖，对光的反射率极高，因此成为太阳系中一个非常明亮的天体。在20世纪80年代，两个“旅行者号”探测器曾经飞临恩克拉多斯，科学家们第一次看到了这颗冰冻星球的近距离图像。
在恩克拉多斯的表面也有山峰和峡谷，但这些固态表面都是由冰构成。人们估计其平均厚度达到20公里。从2004年起，卡西尼－惠更斯（Cassini–Huygens）探测器开始在近距离对恩克拉多斯进行探测，由此吸引了越来越多行星科学家的关注。这源于恩克拉多斯一个奇异的行为——不定期从它的南极区域向太空中喷射壮观的喷泉。
可能正是在巨大的冰层压力之下，这颗星球内部的微小冰晶和水蒸气会不定期地冲破冰层，从南极区域的缝隙喷涌而出。这些喷射物的速度能够达到每秒钟400米，并在太空中形成数百公里高的羽状喷泉。一些喷射物随后会变成雪花落回到星球表面，另有一些物质则进入了太空。
在恩克拉多斯的冰盖之下又是怎样的景象？科学家们曾经怀疑其中是类似于溶洞的形态。不过从观测到的喷发力度来看，目前科学家们倾向于认为在恩克拉多斯表面冰层之下存在着大量液态水。非常有可能的是，在这颗小星球的岩石内核与表面冰层之间，存在着一个全球性的海洋。
从行星科学的角度来看，人们难免有疑问，在这样远离太阳的位置，这颗小星球依靠什么能量维持一个液态的海洋？其不定期向外喷发的原理是什么，为什么总是在南极区域喷发？这也难免让人产生出无限的遐想，毕竟地球生命就起源于地球的原始海洋。在恩克拉多斯的冰下海洋中有没有可能也存在着生命？要探明这一点，人类可能都不需要深入到其海洋之中。其不定期喷发出的喷射物就是最便利的探测对象。
恩克拉多斯的每次喷发，都会在每秒钟就喷射出数十千克的冰粒以及数百千克的气体。在十几年的时间里，卡西尼－惠更斯探测器曾经数次观测恩克拉多斯的喷发，并且采集了喷发物的样本，利用自身携带的科学仪器分析其中的成分，再把数据发回地球。行星科学家们因此有机会了解恩克拉多斯冰下海洋的成分。结果显示，在喷射物中大部分是水蒸气，还含有冰晶、氨、甲烷、微小的硅颗粒、一些有机分子，以及少量的其他易挥发物。
最新研究表明，恩克拉多斯冰下海洋整体呈弱碱性，pH值在7.95～9.05之间（地球海洋的平均pH值为8.1）。科学家们分析这些水分很可能主要来自于彗星。另外2019年的一项研究显示，这个冰下海洋可能形成于大约10亿年前。10亿年的时间长度，如果条件合适，已经足以孕育出生命。
目前行星科学家们认为，恩克拉多斯之所以能够维持一个液态海洋，主要来自于它在围绕土星运转时因为潮汐力造成摩擦而产生的热量，另外在其岩石内核中可能也存在着核反应。与地球类似，在恩克拉多斯的海底可能也存在一些热泉，促使海水与岩石之间发生活跃的物质交换——其喷发物中含有的微小的硅颗粒证明了这一点。海底热泉、充满矿物质、没有阳光照射、弱碱性的海水……人们很容易联想到，正是在类似的条件下，在地球海洋中产生出了甲烷菌（Methanogen）。
从卡西尼－惠更斯探测器采集到的恩克拉多斯喷射物样本中，人们已经发现了碳、氢、氮、氧、硫等构成生命的关键元素。而在2022年10月，又有两组科学家分别发表论文，证明在恩克拉多斯的冰下海洋中同样富含磷元素——这也是一种生命所需的关键元素。可以说，从自然环境到各种必需元素，以人类目前对于生命现象的理解，恩克拉多斯的海洋已经满足了生命现象存在的各种条件。
该如何去探索12亿公里之外的生命现象？让一个机器人穿越20公里厚的冰层进入到恩克拉多斯的海洋中直接寻找难度太大，而恩克拉多斯独特的喷射现象给人类探测它的内部环境提供了极大便利。人类可以通过一个探测器采集其喷发物质的样本进行分析，甚至可以让探测器在其表面着陆后再进行探测。
2022年12月，一组美国和法国科学家在《行星科学期刊》（The Planetary Science Journal）发表论文，探讨在未来通过太空任务，在探测器不进入恩克拉多斯冰下海洋的情况下探索生命现象可能性。作者们认为，如果在恩克拉多斯的冰下海洋中存在生命现象，就可以解释其喷发物中丰富的甲烷气体。而只需要精细分析其喷发物的化学成分，便可以对冰下海洋内究竟是否存在生物做出明确判断。
科学家们通过模型估算了恩克拉多斯冰下海洋中的生物细胞，以及其他有机分子随着海水被喷射到太空中的概率。结果显示，恩克拉多斯的海洋生物圈可能极其稀疏。虽然在理论上可以通过太空探测器收集海水样本寻找生命现象，但在这种情况下，探测器必须多次穿越其喷发的海水，并收集大量的样本才可能得出最终结果。
参照地球生命，人们希望能够在太阳系中发现类似的生命现象。在恩克拉多斯的冰下海洋中就可能存在着一个奇异的生命世界。在未来，必定会有更多先进的探测器针对恩克拉多斯进行更细致的探测。无论探测的结果如何，都会加深我们对于生命本质的理解。或许，哪怕是在太阳系的某处发现一些简单至极的生命现象，也会让人类觉得不再孤单。
[本文写作参考了《今日物理学》（Physics Today）杂志、美国航空航天局（NASA）以及亚利桑那大学的相关报道] 科学太空