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三大罕見的星球現象

生活 更新时间:2025-01-28 16:35:19

盡管最近科學家在金星上發現了磷化氫、在月球上發現了水,這些化合物都與生物息息相關,但這兩顆星球并不是科學家心裡太陽系最宜居的星球。甚至包括我們渴望開發成第二家園的火星,此刻也算不上是生命的天堂。

在科學家的眼裡,土衛六或許是除了地球之外最适合生命居住的星球。

三大罕見的星球現象(這顆星球太神奇了吧)1

自從發現了它的大氣層和有機物之後,科學家們就對它倍加關注。研究表明,土衛六是太陽系唯一一個擁有完整大氣層的衛星,并且有趣的是,它的大氣層也以氮氣為主,和地球一樣,而厚度則是地球的4倍,并含有少量的甲烷。在大氣層内,漂浮着碳氫化合物構成的雲團,地表也分布着碳氫化合物的湖泊。科學家甚至認為,在土衛六的地表以下,很可能有一個巨大的鹽水海洋。

完整的大氣層,和如此豐富的有機物,讓土衛六成為了太陽系最引人矚目的天體之一。如今,這顆本就與衆不同的衛星,再一次向人類展示了它的獨特之處,連科學家都因此而大吃一驚。

事情還要說回到4年前。

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2016年,NASA戈達德太空飛行中心的行星科學家Conor Nixon帶領着他的團隊,利用位于智利的阿塔卡馬大毫米/亞毫米波陣列(ALMA)對土衛六進行觀測,想要尋找更多的有機分子。

在觀測的過程中,他們在土衛六稀薄的高層大氣中發現了一種此前從沒有發現的物質。他們非常興奮,馬上将這個物質的特征和化學數據庫中的化合物進行對比,結果驚訝地發現,這是一種“本不該存在”的物質——環丙烯亞基(分子式:C3H2)。這種分子由三個碳原子和兩個氫原子構成,是一個環狀的結構,其球棍模型如下圖所示——

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Nixon表示:“當我發現自己研究的物質是環丙烯亞基時,我的第一個反應就是:‘好吧,還真是萬萬沒想到。’”不隻是他,NASA的其他研究人員在聽說這個發現後,也對此頗感意外,稱之為“非常詭異的小分子”。

實際上,在此之前,科學家的确已經知道了這種物質,但是它并不存在于我們的日常生活中,而是存在于實驗室或者是宇宙的星際空間。這是因為,環丙烯亞基非常活潑,很容易和其他物質發生反應,轉化為其他物質。

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在宇宙中,由于星際空間溫度極低,不利于化學反應,同時星際塵埃和氣體密度極低,所以不同物質之間發生反應的概率非常低,環丙烯亞基才能夠穩定存在。同理,在實驗室中,科學家能夠創造類似的條件,才可以保持這種分子的存在。

按照同樣的方式來理解,或許是因為土衛六高層大氣過于稀薄,才能夠允許環丙烯亞基存在下來。可是,這裡還有一個問題,那就是這裡的環丙烯亞基到底是從何而來的,以及它為何沒有在其他天體上被合成。一想到這裡竟然出現了如此罕見的物質,科學家們就忍不住對土衛六贊歎不已。

“土衛六在我們的太陽系中獨一無二,毫無疑問,它真的是一個新分子的寶庫。”Nixon說。

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同樣來自于戈達德太空飛行中心的天體生物學家Melissa Trainer則表示:“在我們看來,土衛六就是一個活生生的實驗室,在這裡我們可以看到和遠古地球在孕育生命時所進行的相似的化學反應。”

非常值得注意的是,環丙烯亞基是一種環狀分子。在此之前,苯(C6H6)被認為是任何大氣層中能夠穩定存在的最小環狀碳氫有機物,如今這個地位被環丙烯亞基取代。雖然它是迄今為止人類已知最簡單的環狀有機物,但這不代表它沒有巨大的潛力。實際上,這樣鍵數少的有機物,反而很有可能比那些大分子的有機物更容易發生化學反應。而且,這樣的簡單分子,極有可能産生更加豐富的産物。

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更重要的,是環狀結構本身。雖然環丙烯亞基自身還沒有被發現與生命活動有什麼直接關聯,但是這樣的結構非常特殊,生物體内的DNA和RNA中的堿基分子就是基于這樣的分子環結構。因此,它對于我們理解生物分子的形成,有着重要的借鑒意義。

戈達德太空飛行中心的天體生物學家Alexander Thelen指出:“它們的循環特性開啟了一個新的化學分支,構建了這些重要的生物化學分子。”

要知道,即使是今天生機勃勃的地球,也不是一開始就有生物大分子的。我們今天體内的一切蛋白質、核酸、脂質等有機大分子,極有可能在一開始都隻是甲烷、氫氣、水、氨氣等等這些基本的小分子通過不斷的反應、組合才形成的。

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同樣的,在土衛六的大氣層内,甲烷和氮氣在陽光下分解,也可能引發一系列的化學反應,從簡單的有機物開始,變得越來越複雜。這裡是否有生物化學的分子産生?它們是否會結合成為生命呢?

為了搞清楚這些問題,NASA已經決定将探測器發射到土衛六上,以尋求答案了。在2027年左右,他們将發射探測器前去土衛六進行探測,并且還配備了一架名為“蜻蜓号”的無人機,對土衛六的生命之謎進行探索。

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Melissa是“蜻蜓号”探測器在土衛六進行實地探測項目的首席科學家之一,她表示:“我們還會尋找比C3H2更大的分子,不過我們也要了解那裡的大氣層中到底在發生着什麼,才能更好地理解形成了更複雜的有機分子并使其降落到地表的化學反應。”

噴氣推進實驗室的地質學家Rosaly Lopes說:“我們正在努力确定土衛六是否宜居,所以我們渴望知道大氣中有哪些化學物質會落到地表,以及它們是否會進一步透過冰蓋進入到下方的海洋中,因為在我們看來,海洋才是最宜居的地方。”

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不管怎麼說,這一次發現了環丙烯亞基,對于我們來說絕對是一個好消息,這意味着土衛六又增加了更多的可能。在這裡還有什麼神奇的事情等着我們去發現呢?在真的到達那裡之前,我們想象不到。土衛六的海洋中到底是否有生命,或許在人類探測器登陸上去之後就能夠真相大白了。

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