土卫六:未来生命的家园?
航天员 2010年04期 天浪
1655年,荷兰天文学家克里斯蒂安?惠更斯用他自制的望远镜对准土星,准备研究土星环,但让他惊讶的是,在土星的旁边赫然有一颗巨大的卫星,这就是土卫六。惠更斯简单地把这颗卫星称为Saturni Luna(土星的卫星)。土卫六的英文名称来自约翰?赫歇尔爵士,他在1847年出版的《在好望角天文观测的结果》一书中把这颗新卫星命名为“提坦”(Titan)。提坦在西方神话中是萨坦(Saturn,土星)的妹妹。
对土卫六的探测
人类对土卫六的探测,在探索土星的同时展开。最初是1977年9月发射的“旅行者1号”,曾试图尽可能的接近土卫六。不幸的是,“旅行者1号”上没有仪器能够穿透土卫六上的迷雾来观测其表面地貌。随后,“旅行者2号”、“先驱者11号”飞掠土星考察了土卫六。考察发现,这颗星球有着黑暗寒冷的表面、液态的海洋、暗红的天空,偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的“雨”等。
1997年10月15日,由NASA与欧空局联合研发的“卡西尼”号土星探测器发射升空。“卡西尼”号轨道探测器装有12种探测仪器;着陆器“惠更斯”号装有6台探测仪器。经过7年的漫长旅途后,“卡西尼”号飞至土卫六上方并且拍摄下很多高分辨率的表面图像。从图像中科学家们看到了很多人类从来没有见过的明暗斑块。到了2005年1月14日,着陆器“惠更斯”号进入土卫六大气层,经过两个半小时的降落过程后软着陆土卫六,进行了30分钟的深入探测。
2008年7月,“卡西尼”号发现土卫六南极地区存在一个比北美安大略湖还要大的湖泊。次年7月,“卡西尼”号捕捉到由土卫六表面湖泊所反射的太阳光线。这一发现,证实了土卫六表面存在液体的说法。
最近,更是有了让人惊喜的发现。2010年6月,NASA表示,他们已经在土卫六上发现生命存在的迹象——某种未知生物正呼吸着土卫六的大气,并以地表的燃料甲烷为食。其研究结果主要建立在由NASA和欧空局主持进行的“卡西尼-惠更斯”号科学考察任务上。“卡西尼”号土星探测器利用先进的红外光谱技术对土星及其卫星的地表特征、大气层、光环和磁场等进行了深入研究。
我们先回头来看看,土卫六是怎样一颗迷人的星球。
一颗橙色的星球
土卫六是土星最大的卫星,一直以来被视作太阳系中与地球最相近的星体。也许在它上面的确存在着一个有待于人类未来开发的精彩世界。
土卫六是太阳系惟一拥有合格大气层的卫星,也是太阳系中4颗有着浓密大气层的岩石质星球之一(另三颗是地球、火星和金星)。星球上厚厚的大气层,是生命抵御宇宙任何侵害最有力的屏障。
从地球上观测,土卫六被一层浓密的大气层包裹着,星球之外的观测难以睹其地表真容。当“惠更斯”号成功登陆后,地球人才真正地见识了土卫六的“容貌”。在“惠更斯”号拍摄的大量珍贵图片中,其中一张土卫六地表图片让世人震惊——“广阔的平原上,散布着大大小小的石头和冰状物体,橙色的天空令人着迷”。
土卫六表面大气压是地球上的1.5倍,气体主要成分是氮,达到94%,是太阳系中除地球外惟一的富氮天体。土卫六上还有大量不同种类的液态碳氢化合物,包括甲烷、乙烷、丁二炔及二氧化碳等。接近土卫六地表的温度大约是零下180℃,水冰在这种温度下会升华,所以大气中会有少量的水蒸气存在。
此外,还有一种被称为“索林斯”(Tholins)的有机碳分子,在土卫六表面形成了无数沙丘。这些沿着赤道分布的暗淡沙丘含有大量的有机物,比地球贮备的煤炭还要多好几百倍。“索林斯”是相当大且复杂的有机分子,是构建生命的有机生物分子的前身,科学家认为它曾存在于数亿年前的地球。
据美国《科学美国人》杂志报道,土卫六上存在丰富的有机化合物和氮等元素,与地球早期生命形成时的环境相似。这些化学物质是类似脱氧核糖核酸 (DNA)等具有自我复制能力的物质存在所需的基本物质。很多太空生物学家渴望把土卫六大气作为地球大气的原型去研究,希望能够发现地球生命出现前复杂有机分子是怎样产生的。
巨大的宝藏
NASA“卡西尼”号项目小组2008年2月的报告称,“卡西尼”号通过雷达绘制了大约1/5的土卫六表面图像,发现了几百个湖泊(或海洋)。
2008年7月,“卡西尼”号发现土卫六南极地区存在一个大型湖泊,湖形似人体脚掌,湖长约235千米,面积约2万平方千米,比地球上北美安大略湖面积稍大,因此被称为“安大略卫星湖”。研究人员认为,湖中存在液态的乙烷、甲烷、氮和其他低分子碳氢化合物,但不存在水冰、氨水和二氧化碳。可见光与红外成像光谱仪委托调查员、亚利桑那大学月球与行星研究所教授罗伯特?H?布朗称,湖泊中混合在一起的液体粘性比水差,“它流过你的手指时,你不会感觉到像水一样的阻力”。
2009年7月8日,“卡西尼”号所携可见光与红外成像分光仪拍下了一张明显反射太阳光线的照片。由于土卫六上空厚厚的大气层的干扰,土卫六表面所反射的太阳光大多数都被屏蔽。这张照片,也是偶然间所拍,因此极其珍贵。照片显示,“卡西尼”号已捕捉到由土卫六表面湖泊所反射的太阳光线。照片中星球最外层薄雾似的物质便是大气层。
更可贵的是,土卫六上蕴藏着大量能源。“卡西尼”号项目小组认为,在土卫六上的湖泊(或海洋)中所蕴含的全部天然气可能是地球储量的上亿倍。
活跃的大气循环
土卫六表面除了覆盖全球的大气迷雾之外也有各种不同的云。只是这些云的成分是甲烷和其他碳氢化合物,而不是水做的云。表面的液体碳氢化合物蒸发形成云层,然后通过“降雨”返回地面,流进河道汇入湖泊(或海洋)。这使得土卫六成为太阳系中支持生命体存在的最佳候选者之一。
科学家发现,安大略卫星湖有蒸发迹象。虽有蒸发,也有“甲烷雨”,就像地球上的湖泊一样,湖中液体可以得到补充。科学家通过试验证明,土卫六表面湖泊(或海洋)的形成和这些有机物能源有很大关系。土卫六的天空中经常会下“雨”,这种“雨”并非普通的雨水,而是液态甲烷和乙烷,“雨”在土卫六表面上形成了大量的湖泊(或海洋)。
土卫六的自转周期与公转周期相同,这一点与月球类似。研究人员指出土卫六极地存在着季节交替现象,能够调节恶劣的气候。但是其季节变更非常慢,土卫六1年相当于地球30年的时间。目前土卫六南极地区正处于夏季向秋季的过渡时期。
存在生命?
最另人震惊的是最近NASA公布的消息中所说的土卫六上存在生命迹象的情况。报道称,“卡西尼”号深入分析了土卫六表面的化学成分,最终发现有机化学物质遍布整个星球。不过科学家称,土卫六湖泊里的液体不是水,而主要是甲烷,因此他们估计曾经生活在土卫六上的生命是以甲烷为生存基础的。
NASA表示,他们已经在土卫六上发现生命存在的迹象。对于是否存在生命这一点,NASA科学家们分别在两份报告中进行了论述。报告中指出,科学家发现,一是氢气经土卫六的大气层向下流动,最后在地表上消失,这可能是被该星球上的“虫类”吸收掉了;二是土卫六大气成份与阳光产生化学作用,理应会产生乙炔,沉落覆盖土卫六表面,但“卡西尼”号发现,土卫六表面也缺乏这种特定的化学成分,科学家因此认为这些化学物质是被某种生命消耗掉了。综合以上两点,科学家推测,土卫六上的确存有生命,只是它可能是一种不靠水维持生存的生命形式,与地球上的生物完全不同。NASA天体生物学家克里斯?麦凯称:“如果我们发现的这些信息真的是生命存在的迹象的话,那简直是太令人激动了。因为这预示着宇宙中还存在着另一种生命形式。”
当然,目前科学家只是发现土卫六上生命存在的迹象。相关的研究以及进一步的发现,尚有待时间的检验。关于土卫六上存在生命,这仅仅是一种推测,基于人类对外星生命存在的信念之上。事实上,土卫六上可能真的存在生命,也可能并不存在。如英国广播公司报道,也有科学家认为,土卫六表面氢气的消失可能是非生物过程所造成。
未来生命的家园
土卫六上存在丰富的有机化合物和氮等元素,与地球早期生命形成时的环境相似。科学家分析,土卫六上蕴含很多的甲烷。甲烷是一种强有力的温室气体,当甲烷从液态的湖泊(或海洋)逃逸到大气层时,由于化学作用,土卫六的大气层温度会发生改变。这种变化和早期地球的大气层非常相似,同时土卫六大气中还有一氧化碳和二氧化碳的痕迹。
土卫六的寒冷程度超过南极洲。地表的低温使得水始终保持固体状态,但科学家认为,它表面存在液体甲烷和乙烷,这些物质可为生命提供一个栖息地。科学家相信,土卫六的化学组成非常适合生命的进化和成长。
与地球有着相似环境的土卫六,为包括人类在内的生命提供了较好的生存条件。在一定的条件下,它可以发展成为适合人类居住的星球。科学家认为,当太阳不断膨胀并最终吞没地球时,原本寒冷的土卫六随着气温的升高将具备人类生存的理想条件。英国一名大学教授约翰?恰尔内茨基说:“我们认为,生命形成的化学成分已经有了,只需更高温度来启动程序。再过40亿年,当太阳膨胀成一颗红巨星时,土卫六上可能会是天堂。”