卡西尼航空器拍攝的土衛二。據生物學家最新研究表明，某些物質在土衛二地下海洋中産生了大量甲烷。會是生命的迹象嗎？圖片來源NASA/ ESA/ JPL/ SSI/ Cassini Imaging Team/ Carne

由于土衛二的地下海洋遍布全球，因而被認為是地外生命探測的最佳星球。最近，據某支生物學家團隊最新探索表明，土衛二上極有可能存在生命…而且我們可能已經發現了證明生命存在的迹象。有些東西正在土衛二上産生大量甲烷，更确切地說是在其地下海裡。而甲烷正是生命存在的一種标志。Charlie Wood于2021年6月8日 在《Popular Science》雜志上論述了這一奇怪的現象。有趣的是，Wood發表的文章表明，初步的分析證實土衛二上甲烷産生的方式與地球海洋中微生物産生甲烷的方式是相類似的。

這并不能一定表明土衛二上有生命存在，但這确實是非常有趣的現象。

同行評議的結論于2021.06.08發表在《Nature Astronomy》雜志上。

土衛二上的甲烷: 熱液噴口和産甲烷菌

最初的甲烷探測是通過分析卡西尼号航天器獲得的數據進行的，探測器幾次近距離飛越這顆衛星，它曾一度穿過土衛二南極裂縫中噴發出的水蒸氣柱，羽流中的水蒸氣來自冰冷的外表面下的深海。

此外，卡西尼号還在羽流中發現了冰粒子、鹽、氫和有機分子，這是海洋組成與地球海洋相似的初步迹象。也有證據表明土衛二的海底存在熱液噴口，類似于地球海洋中支持産甲烷生物的噴口。如論文摘要所述:

美國宇航局的卡西尼号宇宙飛船的觀察證實，土星的衛星土衛二内部有一個液體海洋。對噴射到太空的海洋物質羽流的分析表明，土衛二的海底存在堿性熱液噴口。在地球上，這樣的深海噴口孕育着富含産甲烷古菌的微生物生态系統。

土衛二内部的剖面圖，顯示了從南極冰層表面的裂縫中噴出的次表層海洋和水蒸氣噴流。圖片來源: 《大衆科學》。

那麼，是什麼在産生土衛二上的甲烷呢？

科學家們已經知道甲烷的存在，但是新的研究表明，其驚人的數量很難解釋。基本上，土衛二上最有可能産生甲烷的化學過程——蛇紋石化——産生的甲烷不會像目前觀測到的那麼多。那麼什麼可以呢？巴黎高等師範學院的Antonin Affholder是第一作者，他告訴《大衆科學》：

産甲烷菌能夠解釋甲烷的量。

土衛二的間歇泉。這些大量的水蒸氣從土衛二南極的裂縫中噴發出來。卡西尼号航天器分析了這些羽狀物，發現了水蒸氣、冰粒子、鹽類、甲烷和各種複雜的有機分子。科學家認為，這些羽狀物起源于月球冰層下的全球海洋。圖片來源: NASA。

産甲烷菌是以氫氣和二氧化碳為食并産生甲烷的微生物生命形式。在地球上，它們是在深海熱液噴口處被發現的，就像在土衛二海底被認為存在的噴口一樣。

那麼，這真的能解釋土衛二上的甲烷嗎？

有機還是無機？

考慮到這一點，研究人員考慮了在土衛二海洋中産生甲烷的所有可能。在serpentization反應中，高溫的水與岩石中的礦物相互作用産生氫氣。然後，氫氣會與二氧化碳發生化學反應，産生甲烷。

這聽起來很有道理，所以研究人員仔細研究了這種可能性。他們想看看土衛二究竟能以這種方式産多少甲烷。他們使用貝葉斯分析将結果與地球上真實的産甲烷菌的進行比較。總之，保持他們的假設正确是很重要的。如Affholder所說：

我們不能隻想象我們想要想象的。我們必須将假設建立在已知的基礎上。

在巴黎高等師範學院，Antonin Affolder領導探索土衛二甲烷之謎的新研究團隊。圖片來自巴黎高等師範學院（ENS）

“過多”的甲烷

卡西尼号檢測到的甲烷量明顯高于僅通過蛇紋石化可以輕松解釋的數量。這個結果是令人震驚的， 承辦人說：

第一個假設完全不可能，得分為零。

正如摘要中所概述的那樣，顯然“過多”的甲烷無法僅用無機化學來輕松解釋。 從摘要：

在這裡，我們使用貝葉斯統計方法來量化産甲烷菌（生物甲烷産生）可能可以解釋土衛二羽流中分子氫和甲烷逃逸率的概率，如卡西尼号儀器測量的那樣

我們發現觀察到的逃逸率 (1) 不能僅僅通過蛇紋石化對岩石核心的非生物改變來解釋； (2) 符合産甲烷菌宜居條件的假設； (3) 在産甲烷菌存在的假設下，假設生命出現的概率足夠高，得分最高。

過多的氫氣？

此外，卡西尼号還在海洋中發現了豐富的氫，可用作微生物的食物來源。 但是，如果将其作為食物食用，剩下的似乎更多。 事實證明，這個謎團也可能有答案。 大多數氫分子被認為非常靠近通風口，那裡對産甲烷菌來說太熱了。 相反，生物體可能會以遠離通風口的氫分子為食。 在那種情況下，對氫的整體濃度幾乎沒有影響。

土衛二地下海洋的剖面圖。 有證據表明海底有熱液噴口，就像在地球上一樣。 甲烷可能來自産甲烷微生物嗎？ 圖片來自 NASA/JPL-Caltech/SwRI。

需要更多的數據

蛇岩石化，至少就其本身而言，似乎不太可能解決甲烷之謎。 土衛二的地層遺留下來的原始甲烷仍有可能從它的核心冒出來。 或者另一個仍然未知的過程在起作用。 正如 Affholder 指出的那樣，我們對土衛二的了解仍然不夠确定：

我們不知道土衛二的起源。 我們不知道土衛二的年齡。 我們不知道甲烷的确切性質。 要了解更多信息，我們可能需要執行一項探測甲烷的任務。

簡而言之，回答這些問題需要更多的數據。 不幸的是，到目前為止還沒有返回計劃的任務。 卡西尼号非常詳細地分析了這些羽狀物，但不用說，能夠專門尋找其中存在生命證據的探測器會更好。 這裡是希望！

底線：某種東西正在土衛二的海洋中産生大量甲烷。 會不會是生命的存在？ 雖然尚未得到證實，但一組生物學家的一項新研究似乎支持這種令人興奮的可能性。

BY：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

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