土衛六(又稱為泰坦星)是環繞土星運行的一顆衛星,是土星衛星中最大的一個,也是太陽系第二大的衛星。荷蘭物理學家、天文學家和數學家克裡斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日發現它,也是在太陽系內繼木星伽利略衛星後發現的第一顆衛星。
由於是太陽系唯一一個擁有濃厚大氣層的衛星,因此被高度懷疑有生命體的存在,科學家也推測大氣中的甲烷可能是生命體的基礎。土衛六可以被視為一個時光機器,有助我們了解地球最初期的情況,揭開地球生物如何誕生之謎。
土衛六宇宙圖
土衛六上的表面重力極低,和月球相當,但又擁有濃厚大氣層,土衛六大氣的總量約為地球的55% ,但其表面的大氣壓約為地球的1.5倍,這種奇特的現象對研究行星大氣學是一個很好的題材。同時濃厚的大氣加上相當低的表面重力令登陸和起飛更容易。如果人站在土衛六表面上,只要張開雙臂上下揮動,我們就能夠飛起來了。說到這可能有人會問,土衛六的引力如此之小,那它濃厚的大氣又是從何而來的呢?為何它能夠吸引住如此濃厚的大氣呢?這一直是困擾科學家的謎團。
但是,2011年9月9日,英國《自然地球科學》雜誌網絡版上發表了日本研究人員的相關論文,認為土衛六的氮氣可能源自40億年前隕石等天體的多次撞擊。
土衛六上有以氮氣為主要成分的大氣,其次就是甲烷,而甲烷主要以液態的形式存在。東京大學的研究人員指出,約40億年前,太陽系內彗星、隕石和其他大型天體的撞擊活動非常劇烈,撞擊產生的巨大能量可能分解了土衛六冰凍表面裡的氨,並釋放出氮氣。
研究小組用微小的金屬炮彈模擬隕石,用雷射加速後撞擊氨和冰的混合物。結果顯示,高速撞擊的確能使氨分解,產生氮氣、氫氣和水蒸氣。日本的研究人員估算,按照40億年前遭受撞擊的力度和頻率,如果土衛六本來沒有大氣並且非常寒冷,隕石撞擊的能量足夠產生今天這麼多的氮氣。而宇宙的隕石中也夾雜著許多有機物,這些有機物在撞擊土衛六之後,經過釋放和演化,最終形成了土衛六大氣中的甲烷等有機氣體。
那麼竟然土衛六的引力如此之小,那麼它又是如何吸引如此濃厚的大氣層的呢?而且土衛六表面的氣壓是地球的1.5倍,比地球的氣壓還要高一些。關於這個問題,美國宇航局的專家曾給出這樣的解釋。由於土衛六表面的氣溫有-180℃左右,如此低的溫度會使得大氣分子運動速度變慢,從而導致氣體逃逸的速度也會減慢。由於氣體分子運動慢,再加上土衛六本身體積又很小,所以說大氣中的分子往往會更容易大量聚集在一起,增加了大氣的密度,而密度跟大氣壓強又是成正比的,這就是土衛六表面的大氣壓強略高於地球的原因。總的來說,土衛六並不是靠本身的引力來吸引住如此濃密的大氣,而是因為其所處環境的氣溫過低,導致氣體難以逃逸出土衛六的表面。
土衛六擁有以氮氣為主要成分的濃密大氣,這一點與地球相似,在太陽系的衛星中獨一無二。長期以來人們一直猜測,土衛六上可能有生命存在。
美國宇航局和歐洲宇航局對土衛六是否能夠存在生命討論了數10年的時間。筆者認為,就算土衛六真的演化出了生命也很難演化出生物智能來。我們知道45億年前的地球也沒有植物和動物,基本都是一些簡單的單細胞生物,而這些單細胞生物不排除可能在土衛六以及其他行星上面也會存在。而40億年前,地球上發生了一次「生物大爆炸」,使得單細胞動物不斷的進行分化,最終形成現在的複雜生物體,而這些複雜生物體經過再次演變就形成了地球上的生物智能,而人類的誕生就是生物智能的標誌。假如不是40億年前的那一次生物大爆炸,也許今天我們人類啊還是海藻一樣的形態。生物大爆炸說到底就是地球上的生物劇烈分化的後果,而生物要進行分化,除了需要適合的大氣條件之外,還要有合適的溫度,溫度太高了也不行,溫度太低了也不行。雖然科學家在地球上已經發現一些像水熊蟲這樣的微生物能夠在極端環境下生存,水熊蟲在-355℃的環境下,同樣可以自由的活動,而且水熊蟲還是一種厭氧型的生物,所以有科學家推測,如果把水熊蟲「移民」到土衛六上,它或許也能夠生存。但是水熊蟲畢竟是一個單細胞動物,也就是低級動物,低級動物的分化速度特別慢,在地球上這種溫度如此合適的情況下分化都用了40億年的時間,如果放在土衛六這種-180℃的環境下,那麼分化的速度就更加慢了,也許需要幾百億年才能演化出智能。但是我們太陽在宇宙中屬於黃矮星,壽命只有100億年,而現在太陽已經高達50億歲了,所以說就算土衛六能夠存在生命,也很難在太陽的壽命結束之前演化出智能。
但是說到底,土衛六是否能夠存在生命還是有一定爭議的。最核心的原因還是土衛六的引力太小,未來它能否繼續留住如此濃厚的大氣以及其表面的液體。剛剛前面也說到土衛六之所以能夠擁有如此濃厚的大氣層,並不是靠他的引力所吸引住的,而是由於溫度太低,氣體無法逃逸,所以就一直滯留在土衛六的表面。
從遠期來說,我們的太陽是個黃矮星,在大約40億年以後會演變成一個巨大的紅巨星,屆時土衛六所處位置的氣溫會迅速升高,這樣一來就會給土衛六表面的大氣逃逸爭取了機會。
從近期來說,由於土衛六本身沒有磁場,他主要是靠土星的磁場環流來保護自己免受太陽風暴的侵擾。但是如果有一天太陽風暴非常的強烈,且土衛六剛好又不在土星的磁場圈內,那麼這場強大的太陽風暴完全有可能會吹散土衛六表面的大氣。
土衛六與地球對比圖。
當年歐洲宇航局的惠更斯號探測器曾著陸土衛六的表面,探測器著陸時發現地面上有許多類似被液體衝刷過的痕跡,但是並沒有液體的存在。也就是說,其實土衛六表面存在大規模液體的可能性是很小的。土衛六表面的液體主要是甲烷,而甲烷的沸點是-165℃,而土衛六表面的平均氣溫約為-180℃。所以說只要氣溫稍微上升一點,土衛六表面的液體就會很快揮發掉。而從卡西尼號探測器拍攝的畫面來看,土衛六的液體基本上都存在於它的兩極,因為兩極氣溫相對比較低,液體揮發的概率比較小,而除此之外其他地方基本上沒有液體長期存在,土衛六表面能夠長期存在的液體,大約只佔20%左右。而生物的代謝需要液體,就算能夠演化出以甲烷為基礎的生物,那麼他所存活的空間也是比較小的。
惠更斯號探測器拍攝到的土衛六表面
其實關於一顆星球上能否存在生命,不能夠只是看短期的物質條件,還需要看長期的演化條件,因為生物的演化是一個漫長的過程。就拿咱們地球上的生物來說,人類的歷史大約只有20萬年,相對於地球的年齡可以忽略不計,但是地球自形成到出現生物的演化,就用了大約5億年的時間,而從生物進化出智能,就用了40億年的時間。所以論短期的物質條件,土衛六可以說已經是具備了70%。但是土衛六能否擁有如此漫長的供生物演化的時間,現在依舊是個謎,不過根據當前的狀況來分析,土衛六能夠擁有這種長期的演生物化條件的可能性是非常低的。
還有一個條件促使土衛六表面存在生命的可能性進一步降低,那就是它的這層濃厚的大氣。土衛六的大氣中主要含有的是碳(C)、氫(H)、氮(N)、氧(O)三種元素的有機和無機化學氣體。再加上土衛六表面的火山爆發也會在大氣中釋放一些硫(S)元素。 而由這些元素構成的氣體大多都是有毒性的氣體,比如一氧化碳、二氧化硫、氨氣、硫化氫、二氧化氮等等都是典型的有毒氣體,其中二氧化氮是棕色的氣體,這就是為什麼土衛六的表面總是呈現出棕色的原因。2018年,美國科學家還發現了土衛六大氣中的氰氣(CN),這種氣體有劇毒,只要人體吸入0.01克就會瞬間斃命。上述了這些氣體當中除了毒性很強之外,還有劇烈的刺激性氣味。所以說就算太空人在土衛六的表面全副武裝,配戴好各種防毒面具,但是氣體畢竟是無孔不入的,所以就算是這樣,長時間站在土衛六的表面也會被嗆得要死。所以總的來說,土衛六這個星球就是一個巨大的毒氣實驗室。在這種情況下,何種生物都難以受得了。
土衛六地形氣候特徵(想像圖)
退一萬步說,就算土衛六這顆星球上有一天能夠演化出像人類這樣子的智能生物,那他們也會擁有兩個非常奇葩且讓人難以接受的特徵:
一、惡臭無比。
在這個星球上,就像是一個突然爆破的化學實驗室,酸甜味,魚腥味,惡臭味兒,到處都是空氣品質非常的複雜,剛剛前面也提到了土衛六的大氣成分,在這裡就不再重複說了,這是科學家們根據土衛六大氣層當中的物質所分析出來的。所以說就算土衛六上能夠誕生出以這種氣體存活的生物。這些生物來到地球,我們地球人也根本就無法跟他們相處,因為這些生物會全身散發出這種有毒且有刺激性氣味的氣體,所以咱們地球人跟他們打招呼的時候,不會被他們身上散發出的氣體毒死也,會被嗆死!
二、容易爆炸。
剛剛前面也講了生物的演化需要液體,而土衛六表面上的液體主要是以甲烷為主。所以說如果土衛六上有生物,那麼他們體內肯定會充滿著大量的甲烷。由於土衛六表面沒有氧氣,所以說土衛六的甲烷不會燃燒。而如果這些土衛六的生物來到地球,他們很快就會自然甚至是爆炸,而甲烷爆炸的威力,我們可以參考天然氣管道或者沼氣池爆炸就知道有多可怕。對於地球人來說,他們就如同是一個隨時都會爆炸的人體炸彈,在這種情況下,你敢去跟他們相處嗎?反正我不敢。
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