土卫二地下海洋中具备生命生存的条件

要说太阳系中哪颗星球看起来最像地球,那非得说土星最大的卫星土卫六了,不但有浓密的大气,而且还有甲烷组成的海洋和一套完整的气候系统。不过今天我们要说的是不是土卫六,而是它的一个小兄弟——土卫二,这是一个直径大约500公里的小卫星。但是科学家却说土卫二上具有生命存在的一切物质。

土卫二地下海洋中具备生命生存的条件

土卫二虽然很小,但是它并不是一个死寂的世界。土卫二有一个硅酸盐和铁元素组成的固态核心,其内部的放射性元素不断的衰变产生的热量使得其核心是热乎乎的,温度可能达到了1000k以上。

而土卫二除了核心是硅酸盐和铁外,其他大部分是由水冰组成的。核心的温度足以使其能够维持一个深度高达数十公里的地下液态水海洋。

土卫二地下海洋中具备生命生存的条件

在2017年卡西尼号探测器受控坠毁在土星上之前,它就采样了土卫二的表面冰层裂缝中产生的冰粒和水蒸气羽流,这其中发现了潜在的微生物可能存在的证据——氢分子。

在土卫二的在羽状流物质中检测到分子氢(H2),表明土卫二地下海洋中有可用的自由能。在地球上,有氧呼吸的生物会消耗葡萄糖和氧气等有机物质中的能量来产生二氧化碳和水。厌氧微生物可以代谢氢产生甲烷。所有生命都可以利用氧化剂和还原剂化合物化学反应的不平衡性来产生能量。

土卫二地下海洋中具备生命生存的条件

这种不平衡会产生势能梯度,氧化还原化学作用会在化学物质之间转移电子,最常见的是一种物质发生氧化而另一种物质发生还原。这些过程对生命的许多基本功能至关重要,包括光合作用和呼吸作用。例如,氢是支持生活在地球海洋中靠近热泉口厌氧微生物的化学能来源。在地球的海底,热泉口排出富含能源和矿物质的热流体,这些流体使得深海热泉口生态系统中的生物得以繁衍。先前的研究发现土卫二上热液喷口和化学不平衡的证据越来越多,这暗示了其地下海洋也适宜生命存在。

虽然在土卫二的羽流物质中我们找到了氢气,但是暂时还没有找到氧化剂,所以科学家就对此进行了化学建模,以确定土卫二的海洋和岩心的条件是否能够支撑这些化学过程。

科学家研究了来自太空的电离辐射如何产生氧化剂O2和H2O2,以及海洋和岩心中的非生物化学是如何导致化学不平衡,从而可能支持代谢过程。研究小组考虑了如果还原剂的含量不明显,这些氧化剂是否会随时间累积。他们还考虑了水性还原剂或海底矿物如何将这些氧化剂转化为硫酸盐和氧化铁。

该图显示了土卫二的横截面,显示了科学家在土卫二中建模的一些发现。当水分子被辐射分解时,表层冰中产生的氧化剂可与热液活动和其他水-岩石反应产生的还原剂结合,从而为海洋中的潜在生命提供能源。
该图显示了土卫二的横截面,显示了科学家在土卫二中建模的一些发现。当水分子被辐射分解时,表层冰中产生的氧化剂可与热液活动和其他水-岩石反应产生的还原剂结合,从而为海洋中的潜在生命提供能源。

科学家将自由能的估算值与地球上的生态系统进行了比较,确定总体而言,实验模型中的有氧代谢和无氧代谢值均达到或超过最低要求。这些结果表明,氧化剂的产生和氧化化学作用可能有助于维持可能的生命以及土卫二上新陈代谢多样化的微生物群落。

通过这些研究我们基本上确定了如果土卫二中的海洋中存在生命的话,它们是能够生存下去的。当然,环境允许,不代表就有生命,毕竟在土卫二海洋中如何诞生生命的问题,现在科学家还需要进一步的研究。

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