土星的海洋卫星土卫二恩克拉多斯能够支持生命

汪雨甘捍

卡西尼号在2017年4月至9月的最后一次轨道飞行中穿过恩克拉多斯羽状物的快照（图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/空间科学研究所）

据《对话》（Fabian Klenner）：Fabian Klenner是华盛顿大学的行星科学家和天体生物学家。他的研究重点是探索太阳系中的冰卫星，特别是土星的卫星恩克拉多斯和木星的卫星木卫二。

土星有146颗已确认的卫星，比太阳系中的任何其他行星都多，但其中一颗名为恩克拉多斯的卫星脱颖而出。它似乎具有生命的成分。

2004年至2017年，美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局联合执行的卡西尼号任务调查了土星及其环和卫星。卡西尼号取得了惊人的发现。恩克拉多斯直径只有313英里（504公里），在其覆盖整个月球的冰壳下蕴藏着液态海洋。

月球南极的间歇泉将海水形成的气体和冰粒喷射到太空中。

尽管卡西尼号的工程师们没有预料到会分析恩克拉多斯正在积极排放的冰粒，但他们确实在航天器上安装了一个灰尘分析仪。该仪器单独测量了排放的冰粒，并向研究人员介绍了地下海洋的成分。

作为一名研究土卫二冰粒的行星科学家和天体生物学家，我对这颗或其他冰卫星上是否有生命感兴趣。我也想了解像我这样的科学家是如何检测到它的。

生活必需品

就像地球的海洋一样，恩克拉多斯的海洋也含有盐，其中大部分是氯化钠，通常被称为食盐。海洋还含有各种碳基化合物，它有一个称为潮汐加热的过程，在月球内产生能量。液态水、碳基化学物质和能源都是生命的关键成分。

2023年，我和其他科学家在源自恩克拉多斯海洋的冰粒中发现了磷酸盐，这是另一种支持生命的化合物。磷酸盐是磷的一种形式，对地球上的所有生命都至关重要。它是DNA、细胞膜和骨骼的一部分。这是科学家们第一次在地外海洋中检测到这种化合物。

恩克拉多斯的岩石核心很可能通过热液喷口与海洋相互作用。这些炽热的间歇泉状结构从海底突出。科学家预测，类似的环境可能是地球上生命的诞生地。



土星卫星恩克拉多斯的内部。（图片来源：ESA）

检测潜在寿命

到目前为止，还没有人探测到地球以外的生命。但科学家们一致认为，恩克拉多斯是一个非常有希望寻找生命的地方。那么，我们该怎么看呢？

在2024年3月发表的一篇论文中，我和我的同事进行了一项实验室测试，模拟航天器上的灰尘分析仪是否可以检测和识别排放的冰粒中的生命痕迹。

为了模拟太空中的灰尘分析仪记录冰粒时对冰粒的检测，我们使用了地球上的实验室设置。使用这种设置，我们将含有细菌细胞的微小水束注入真空中，在那里水束分解成液滴。理论上，每一滴都含有一个细菌细胞。

然后，我们向单个液滴发射激光，从水中和细胞化合物中产生带电离子。我们使用一种名为质谱法的技术测量带电离子。这些测量帮助我们预测，如果航天器上的灰尘分析仪遇到冰粒中含有的细菌细胞，它们会发现什么。

我们发现这些仪器可以很好地识别细胞物质。设计用于分析单个冰粒的仪器应该能够识别细菌细胞，即使类似恩克拉多斯间歇泉的冰粒中只有0.01%的单个细胞成分。

分析仪可以从细胞物质中提取许多潜在的特征，包括氨基酸和脂肪酸。检测到的氨基酸代表细胞蛋白质或代谢物的片段，它们是参与细胞内化学反应的小分子。脂肪酸是构成细胞膜的脂质片段。

在我们的实验中，我们使用了一种名为阿拉斯加鞘氨醇菌的细菌。这种培养物的细胞非常微小，与能够放入从恩克拉多斯发射的冰粒中的细胞大小相同。除了体积小之外，这些细胞喜欢寒冷的环境，它们只需要少量的营养物质就可以生存和生长，这与生命适应恩克拉多斯海洋条件的方式相似。

卡西尼号上的特定灰尘分析仪不具备识别冰粒中细胞物质的分析能力。然而，科学家们已经在设计具有更大能力的仪器，以用于未来可能的恩克拉多斯任务。我们的实验结果将为这些仪器的规划和设计提供信息。

未来的任务

恩克拉多斯是美国国家航空航天局和欧洲航天局未来任务的主要目标之一。2022年，美国国家航空航天局宣布，在他们选择下一个重大任务时，前往恩克拉多斯的任务具有第二高的优先级——天王星任务具有最高的优先级。

欧洲航天局最近宣布，恩克拉多斯是其下一次重大任务的首要目标。该任务可能包括一个用于冰粒分析的高效灰尘分析仪。

恩克拉多斯并不是唯一一个拥有液态海洋的月球。木星的卫星木卫二在其冰冷的地壳下也有一个横跨整个月球的海洋。木卫二上的冰粒漂浮在地表上方，一些科学家认为木卫二甚至可能有像恩克拉多斯这样的间歇泉，将冰粒射入太空。我们的研究也将有助于研究木卫二的冰粒。

美国国家航空航天局的“木卫二快船”任务将在未来几年访问木卫二。克利伯号计划于2024年10月发射，并于2030年4月抵达木星。航天器上的两个质谱仪之一，表面灰尘分析仪，是为单个冰粒分析而设计的。



克利伯号上的表面尘埃分析仪将分析木星卫星木卫二的冰粒。（图片来源：NASA/CU Boulder/Glenn Asakawa）

我们的研究表明，如果只存在于少数排放的冰粒中，这种仪器将能够发现细菌细胞的哪怕是微小部分。

根据这些航天机构近期的计划和我们的研究结果，即将到来的访问恩克拉多斯或木卫二的太空任务的前景令人难以置信地兴奋。我们现在知道，通过目前和未来的仪器，科学家应该能够发现这些卫星上是否有生命。