那裡，有生命嗎？

2020-09-24 原理



地球上存在生命或許是宇宙中最神奇、最不可思議的奇蹟之一了。這顆星球的生物圈包含了維持地球生命所需的所有已知成分，比如液態水，以及一系列構成了生物分子的重要元素。當科學家在探索地球以外的星球是否有可能存在生命時，他們會藉助一些生物標記氣體來檢查這種可能性，比如有些氣體成分需要通過生命過程來維持，剛剛在金星雲層中發現的磷化氫就是一個很好的例子。


雖然科學家早已將對外星生命的搜尋範圍擴大到了系外行星之上，但這一發現再次點燃了我們對於這個最為熟悉的恆星系統的好奇心。我們的太陽系不僅有8顆行星和5顆矮行星，還有超過200多顆衛星和近百萬顆小行星，那麼在如此眾多的選項中，是否也有其他地方有著孕育生命的可能呢？




火星是目前唯一一顆我們有能力探測過去的生命跡象的行星，它的表面有大量被水雕刻而成的特徵，極地的冰帽會隨著季節的變化而熱脹冷縮。極地冰蓋是由凍結的水和二氧化碳結合而成的。雖然火星的表面非常寒冷，使得水無法以液態的形式存在，但科學家在火星的南極冰蓋下發現了地下湖泊。


除此之外，科學家還在火星的大氣中還發現了甲烷。甲烷的含量隨著季節變化，甚至在一天之中都會隨時間變化。雖然火星上甲烷的實際來源尚不清楚，但這卻是個引人矚目的發現，因為這種氣體可以由生物過程產生。


儘管如此，我們離斷言火星上存在生命還非常遙遠，它的大氣太過於稀薄且乾燥，幾乎完全由二氧化碳構成，無法抵禦紫外線，從而對生命構成威脅。雖然對於許多物種來，火星說仍然是一個嚴酷的世界，但這顆紅色星球可能是太陽系中除地球之外最適合居住的行星。




1610年，伽利略發現了木星的4顆衛星：木衛一Io，河神的女兒；木衛二Europa，腓尼基的公主；木衛三Ganymede，特洛伊的王子；木衛四Callisto是水仙女，月神的隨從。木衛二是其中較小的那顆，略小於地球的月亮。有研究認為，木衛二是一個地質活躍的星球，就和地球一樣。木星和其他伽利略衛星的引力場會對木衛二造成擠壓和拉伸，這種潮汐力會加熱其巖石的、金屬的內部，使其部分熔融。


木衛二的表面是一大片水冰。科學家認為，在冰封的表面下有一層液態水，其深度可能有100多千米，是一個全球性的海洋。目前認為這片海洋存在的證據包括科學家發現有液態水噴流會從冰表面的裂縫中噴出，這可能是因地底下的洋流扭曲所致。而冰河之下的液態水之所以能夠存在，可能是由於木星所提供的強大引力，可使水在冰層表面下充分流動，阻止凍結。在這個海洋世界的底部，或許還存在熱泉噴口和海底火山。在地球上，這些往往被視作為可支持豐富多樣的生態系統的特徵。




土衛二環繞土星運行，是土星的第六大衛星。以肉眼來看，土衛二就像是一顆明亮的白色雪球。它的北半球布滿了撞擊隕石坑，而南半球則有著許多「虎斑」裂縫。當科學家在其南極附近意外地發現了巨大的間歇性「噴泉」之後，他們開始第一次注意到，這顆衛星或許有生命存在。


和木衛二一樣，土衛二也是一顆被冰覆蓋的衛星。在數十億年的時間裡，土衛二上存在著一個溫暖的冰封海洋，儘管它的引力場較弱，但仍然間歇性地將地底儲有的液態水從冰殼下噴射而出，這些冰粒和水蒸氣會從地表的裂縫中噴入太空。


科學家不僅在這顆衛星上探測到了水，還探測到一系列有機分子，而且至關重要的是，只有當地下海洋水與巖石海底在溫度至少在90˚C以上的情況下發生物理接觸時，才會出現微小的巖石矽酸鹽顆粒。這表明，海底存在能為生命提供所需的化學物質和局部能源的海洋熱液。水和有機分子流的存在，使得土星的這顆冰冷的衛星成為尋找潛在外星生命的熱門星球。


像木衛二和土衛二等這樣的世界被認為是太陽系內地球外最有可能孕育生命的地方。在這些衛星的內部也可能有大量的水存在。其中一個例子是土衛六，在其上面充滿了碳氫化合物（構築生命的基本元素），該衛星在其表面之下可能存在著一片液態海洋。



土衛六是土星最大的衛星，也是太陽系中唯一有大氣的衛星。它的大氣有著由複雜的有機分子構成的厚厚的橙色霧霾，以及被甲烷替代了水的天氣系統。在這顆充滿了碳氫化合物的星球上，有季節性地降雨和乾旱時期，其表面之下還可能存在著一片液態海洋。科學家已經在土衛六上探測到了由液態甲烷和乙烷組成的河流和湖泊，並發現那裡還可能存在著冰火山，這種火山噴發出的是液態水，而不是熔巖。這表明土衛六與木衛二和土衛二一樣，都在地表之下儲有液態水。


土衛六的大氣主要由氮組成，這是一種重要的化學元素，可用於構建所有已知生命形式的蛋白質。豐富的化學物質引起了科學家的遐想，他們猜測那裡是否可能存在完全有別於陸地生物的化學成分的生命形式，比如甲烷形式的生物體存在。又或者說，既然在土衛六上的甲烷取代了水的角色，那麼是否也有可能存在基於氮的生命？甲烷和氨都是完全不同於水的化合物，它們呈液態的溫度也遠低於水，如果生物體由它們組成，那它們的形態肯定和地球生物大大不同。




在2020年9月14日，太陽系的一顆行星吸引了眾多天文學家的注意，那就是金星。在太陽系中，金星是離太陽第二近的行星，也是地球在太陽系中最近的行星鄰居。它略小於地球，其內部與地球非常相似。金星的表面具有隕石坑、火山、山脈和巨大的熔巖平原，這些特徵都被厚厚的雲層覆蓋。金星的大氣層又厚又熱，它的大氣主要由二氧化碳構成，厚厚的硫酸雲覆蓋了整顆星球，幾乎沒有已知的生命可以在這樣的環境下存活下來。


這一切都是源自於科學家在金星的大氣層中發現了一種有毒氣體，這種氣體就是磷化氫（PH₃）。通常它只能自然地由有機生命產生，很難在如金星這樣的巖石行星上產生。這樣的發現讓科學家非常欣喜，因為它意味著，在這顆我們的鄰居行星上，有可能存在著某種生命。因此，這一發現也讓金星加入了火星、土衛二和木衛二的行列，成為太陽系中可能曾存在過生命、甚至可能至今仍然存在生命的星球。

目前，多數對於外星生命的搜尋通常都側重於在發現存在於天體表面和大氣中的水和其他生物標記分子。就在幾天前，一篇刊登在《天體物理學雜誌通訊》的新研究發現，在地表上沒有發現水的蹤跡並不能排除在星球的其他地方存在生命的可能性，比如他們通過分析火星的地下區域的厚度，認為地表之下的溫暖區域或許可以讓液態水中存在生命的化學成分。研究的作者介紹說，這樣的結果預示著在其他星球上可能存在生命的區域應該比傳統認為的要大得多，未來，或許我們會在一個巖石星球的地下找到生命的跡象。



參考來源：

https://theconversation.com/the-four-most-promising-worlds-for-alien-life-in-the-solar-system-146358

https://phys.org/news/2020-09-infrared-eyes-enceladus-hints-fresh.html

https://theconversation.com/the-detection-of-phosphine-in-venus-clouds-is-a-big-deal-heres-how-we-can-find-out-if-its-a-sign-of-life-146185

https://phys.org/news/2020-09-life-venus-experts.html

https://solarsystem.nasa.gov/planets/venus/overview/

https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/titan/overview/888888; --tt-darkmode-color: 888888; --tt-darkmode-color: #888888;">圖片素材來源：NASA

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