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土星的海洋衛星土衛二恩克拉多斯能夠支持生命

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土星的海洋衛星土衛二恩克拉多斯能夠支持生命


卡西尼號在2017年4月至9月的最后一次軌道飛行中穿過恩克拉多斯羽狀物的快照（圖片來源：美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學院/空間科學研究所）
據《對話》（Fabian Klenner）：Fabian Klenner是華盛頓大學的行星科學家和天體生物學家 。他的研究重點是探索太陽系中的冰衛星，特別是土星的衛星恩克拉多斯和木星的衛星木衛二 。
土星有146顆已確認的衛星，比太陽系中的任何其他行星都多 ， 但其中一顆名為恩克拉多斯的衛星脫穎而出 。它似乎具有生命的成分 。
2004年至2017年，美國國家航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局聯合執行的卡西尼號任務調查了土星及其環和衛星 ?？ㄎ髂崽柸〉昧梭@人的發現 。恩克拉多斯直徑只有313英里（504公里），在其覆蓋整個月球的冰殼下蘊藏著液態海洋 。
月球南極的間歇泉將海水形成的氣體和冰粒噴射到太空中 。
盡管卡西尼號的工程師們沒有預料到會分析恩克拉多斯正在積極排放的冰粒，但他們確實在航天器上安裝了一個灰塵分析儀 。該儀器單獨測量了排放的冰粒，并向研究人員介紹了地下海洋的成分 。
作為一名研究土衛二冰粒的行星科學家和天體生物學家，我對這顆或其他冰衛星上是否有生命感興趣 。我也想了解像我這樣的科學家是如何檢測到它的 。
生活必需品
就像地球的海洋一樣 ， 恩克拉多斯的海洋也含有鹽，其中大部分是氯化鈉，通常被稱為食鹽 。海洋還含有各種碳基化合物，它有一個稱為潮汐加熱的過程，在月球內產生能量 。液態水、碳基化學物質和能源都是生命的關鍵成分 。
2023年，我和其他科學家在源自恩克拉多斯海洋的冰粒中發現了磷酸鹽，這是另一種支持生命的化合物 。磷酸鹽是磷的一種形式，對地球上的所有生命都至關重要 。它是DNA、細胞膜和骨骼的一部分 。這是科學家們第一次在地外海洋中檢測到這種化合物 。
恩克拉多斯的巖石核心很可能通過熱液噴口與海洋相互作用 。這些熾熱的間歇泉狀結構從海底突出 ?？茖W家預測，類似的環境可能是地球上生命的誕生地 。

土星的海洋衛星土衛二恩克拉多斯能夠支持生命


土星衛星恩克拉多斯的內部 。（圖片來源：ESA）
檢測潛在壽命
到目前為止，還沒有人探測到地球以外的生命 。但科學家們一致認為，恩克拉多斯是一個非常有希望尋找生命的地方 。那么，我們該怎么看呢？
在2024年3月發表的一篇論文中，我和我的同事進行了一項實驗室測試，模擬航天器上的灰塵分析儀是否可以檢測和識別排放的冰粒中的生命痕跡 。
為了模擬太空中的灰塵分析儀記錄冰粒時對冰粒的檢測，我們使用了地球上的實驗室設置 。使用這種設置，我們將含有細菌細胞的微小水束注入真空中 ， 在那里水束分解成液滴 。理論上，每一滴都含有一個細菌細胞 。
然后，我們向單個液滴發射激光 ， 從水中和細胞化合物中產生帶電離子 。我們使用一種名為質譜法的技術測量帶電離子 。這些測量幫助我們預測，如果航天器上的灰塵分析儀遇到冰粒中含有的細菌細胞，它們會發現什么 。
我們發現這些儀器可以很好地識別細胞物質 。設計用于分析單個冰粒的儀器應該能夠識別細菌細胞，即使類似恩克拉多斯間歇泉的冰粒中只有0.01%的單個細胞成分 。
分析儀可以從細胞物質中提取許多潛在的特征，包括氨基酸和脂肪酸 。檢測到的氨基酸代表細胞蛋白質或代謝物的片段，它們是參與細胞內化學反應的小分子 。脂肪酸是構成細胞膜的脂質片段 。
在我們的實驗中，我們使用了一種名為阿拉斯加鞘氨醇菌的細菌 。這種培養物的細胞非常微?。?與能夠放入從恩克拉多斯發射的冰粒中的細胞大小相同 。除了體積小之外，這些細胞喜歡寒冷的環境，它們只需要少量的營養物質就可以生存和生長，這與生命適應恩克拉多斯海洋條件的方式相似 。
卡西尼號上的特定灰塵分析儀不具備識別冰粒中細胞物質的分析能力 。然而 ， 科學家們已經在設計具有更大能力的儀器，以用于未來可能的恩克拉多斯任務 。我們的實驗結果將為這些儀器的規劃和設計提供信息 。
未來的任務
恩克拉多斯是美國國家航空航天局和歐洲航天局未來任務的主要目標之一 。2022年，美國國家航空航天局宣布，在他們選擇下一個重大任務時，前往恩克拉多斯的任務具有第二高的優先級——天王星任務具有最高的優先級 。
歐洲航天局最近宣布，恩克拉多斯是其下一次重大任務的首要目標 。該任務可能包括一個用于冰粒分析的高效灰塵分析儀 。
恩克拉多斯并不是唯一一個擁有液態海洋的月球 。木星的衛星木衛二在其冰冷的地殼下也有一個橫跨整個月球的海洋 。木衛二上的冰粒漂浮在地表上方，一些科學家認為木衛二甚至可能有像恩克拉多斯這樣的間歇泉，將冰粒射入太空 。我們的研究也將有助于研究木衛二的冰粒 。
美國國家航空航天局的“木衛二快船”任務將在未來幾年訪問木衛二 。克利伯號計劃于2024年10月發射 ， 并于2030年4月抵達木星 。航天器上的兩個質譜儀之一，表面灰塵分析儀 ， 是為單個冰粒分析而設計的 。

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克利伯號上的表面塵埃分析儀將分析木星衛星木衛二的冰粒 。（圖片來源：NASA/CU Boulder/Glenn Asakawa）
我們的研究表明 ， 如果只存在于少數排放的冰粒中，這種儀器將能夠發現細菌細胞的哪怕是微小部分 。
根據這些航天機構近期的計劃和我們的研究結果 ， 即將到來的訪問恩克拉多斯或木衛二的太空任務的前景令人難以置信地興奮 。我們現在知道，通過目前和未來的儀器，科學家應該能夠發現這些衛星上是否有生命 。