外星海洋里的生命會是啥模樣

史春樹

探尋外星海洋中的生命跡象

近年來的發現使天體生物學家認為，衛星是太陽系中最有希望存在外星生命的地方。他們正計劃在未來十年內進行幾次重大太空任務，以尋找那里的生命跡象。

與地球附近的行星不同，木星和土星的部分衛星有大量的液態水。例如，人們認為木星的衛星木衛二“歐羅巴”上的液態水比地球上所有海洋的總和還要多。厚厚幾千米的深層冰層保護了這些水以及其中的所有生命，使其免受太空輻射和小行星撞擊。

從土星的衛星土衛二“恩克拉多斯”和木衛二“歐羅巴”上發現的噴泉表明，它們可能擁有溫暖的內部環境，可以支撐液態海洋的存在。它們的熱源不是太陽，而是內部的“發電機”，這一“發電機”的動力可能來源于其核心的放射性衰變，也可能是它們繞行行星帶來的引力產生的潮汐。

現在有證據表明多個衛星上有海洋，包括木衛二、土衛二、木衛四“卡利斯托”和木衛三“蓋尼米得”等。2019年6月發表的一項研究估計，土衛二的海洋大約有10億年的歷史。其他研究者則認為，這一海洋可能有數十億年的歷史，其中的生命有足夠的時間進化。這些海洋被認為是咸的，像地球的海洋一樣含有氯化鈉，這是對類似地球生命前景的又一提振。

此外，在液態水和海洋下面的巖石地幔之間可能存在界面，科學家們認為，這是導致地球上出現生命的有趣化學反應的關鍵部分。例如，美國宇航局的卡西尼號太空船探測到土衛二的羽狀水汽噴流中含有分子，這暗示著土衛二洋底存在熱液噴口。在地球的深海中也存在著類似的噴口，在這里，巖漿與鹽水相遇，并提供熱量、化學物質和有助于復雜化學反應的基質。一些科學家認為，生命首先要在我們的星球上進化，這是必需的。在地球海洋的深處，幾乎沒有陽光，就像木星和土星的衛星那樣，但這并不意味著沒有生命。確實，在地球上，這樣的噴口充滿了生命。

衛星海洋生命能否進化

大約20年前，英國廣播公司（BBC）的一部紀錄片《外星人的自然歷史》指出，整個生態系統可能以木衛二的深海熱液噴口為基礎。一組科學家認為，細菌將構成食物鏈的基礎，利用化學合成從噴口中提取能量，并建造高高的管道狀沉積物，這些沉積物上升到海平面以上數英里處。其他生物，比如像魚一樣的食草動物，會刺穿這些管道，吸入大量的細菌作為食物。它們會有自己的領地，保護自己的牧場不受競爭對手的侵犯。反過來，它們也會被像鯊魚一樣的動物捕食，它們的身體呈流線型以提高速度，利用回聲定位來發現獵物。這比大多數科學家期望在那里發現的生命形式要先進得多。

哈佛大學地球與行星科學教授安德魯·克諾爾說，即使在地球上，在我們這個星球大約90%的歷史中，唯一存在的生命也只有微生物。因此，克諾爾說，如果太空中有生命，那么很有可能就是微生物，而在像木衛二或土衛二這樣的地方，它將不得不完全依靠化學合成來獲得能量，所以可能只能維持一小部分生物量。

但是，天文學教授兼哈佛大學生命起源計劃的負責人迪米塔爾·薩塞洛夫說，這樣的生態系統仍然可能實現。該中心支持多學科研究，旨在發現宇宙中是否存在豐富的生命。僅僅因為木衛二的海洋寒冷且缺乏能量，并不能排除在那里進化出較小規模的復雜生態系統的可能。薩塞洛夫說：“我的直覺是，那里可能有很多進化的創新空間，在那里可以擁有一些很小但具有掠奪性的東西，它們是一種多細胞生物，而不是單細胞生物。”

甲烷海洋會有怎樣的生命

我們計劃訪問的另一顆衛星提出了一個完全不同的難題。土星的衛星——土衛六名叫“泰坦”，是地球之外已知的唯一在表面有穩定液態水的星球。2005年，卡西尼號探測器發射的惠更斯號子探測器在那里著陸，傳回了類似地球的地貌照片：河床和海洋。

但是“泰坦”的云、雨和海洋不是由水，而是由液態甲烷和乙烷（地球上天然氣的組成部分）組成。那里存在的任何水都會凝固成巖石和山脈，因為其表面溫度約為-180℃。這意味著，雖然它的地貌可能看起來很熟悉，但實際情況卻是完全陌生的。如果有生命，它將依賴于甲烷，而不是水，而且將是外來的——我們不知道的生命——真正的外星人。“‘泰坦上存在生命是有可能的，也似乎是合理的，但它有一個完全不同的、獨立的生物化學屬性。”薩塞洛夫說。他的長期目標是弄清楚是否存在替代的生物化學，以及如何在實驗室中創造它。

地球上的生命依賴于由磷脂構成的細胞膜：由磷氧頭和碳鏈尾組成的分子鏈，這些分子鏈相互結合，在水中形成柔性膜。以甲烷為基礎的生命需要另一種方式來形成細胞。由化學工程師波萊特·克蘭西領導的康奈爾大學團隊在2015年證明，由氮、碳和氫組成的小分子可以制造出適合在“泰坦”所給予的條件下生存的細胞。

從那以后，美國宇航局的研究人員證實了在土衛六“泰坦”的大氣層中存在乙烯基氰——一種有機化合物，能夠提供這種細胞膜。因此，至少在理論上，在“泰坦”廣闊的甲烷海洋中可能會有截然不同的生命細胞存在。

“在某些方面，我們在地球上看到的是一個偶然事件，”美國亞利桑那州立大學的天體生物學家特蕾莎·費舍爾說，“我們可以在其他世界的生命中看到大量潛在的多樣性。”“可能會出現新的、多樣化的生物，它們占據了一系列新的生態位，”加州大學戴維斯分校人類學教授莎拉·布萊弗·赫迪補充說，“假設生物中的任何一種隨著社會的發展而發展，像鯨類或象類動物一樣聰明、善于交流，像黑猩猩或猩猩一樣具有操縱能力、既靈巧又機靈，我看不出他們為什么最終不能發展出更先進的技術和文化能力。”

賓夕法尼亞大學的古生物學家勞倫·薩倫認為，外星生命將以微生物的形式存在，并且其存在途徑很多，就多細胞外星人而言，事情可能會變得更加復雜。“我們會意識到他們在從事相同的工作，因為一切都集中在吸收能源或消耗能源以獲取更多能源上，”她說，“但是他們采取的方式將是不可預測的。”

哈佛大學天文學教授戴維·夏博諾說：“我們真的不知道生命的極限是什么。”他補充說，這就是為什么我們需要派出更多的探測器來探訪這些衛星的原因。所以，這是一個好消息，人們正計劃這樣做。

探訪衛星計劃大量啟動

美國航空航天局2019年夏天宣布，“蜻蜓”號將于2026年發射，并于2034年抵達土衛六。它將放下一架類似無人機的飛行器，探索數十個有希望的地點并尋找生命的跡象。

美國航空航天局也在探索派遣一艘自主潛艇來研究土衛六最大的北部海域“海怪”的可能性。“海怪”直徑約1000公里，深度約300米，大小與北美五大湖相似。這將是在另一個星球探索海洋的初次機會，也將為未來探索木衛二和其他衛星地下水域的潛艇設計提供參考。這項任務仍處于概念階段，大約20年后，科學家和工程師將開始研究如何制造這種潛艇。

有趣的是，土衛六也被認為在其冰冷的外層深處有液態水，這意味著除了基于液態甲烷的奇異表面生命外，其地下還可能存在更多類似地球生物的生命。

不同類型生命存在的另一種可能性來自于木星的衛星木衛三。一些科學家認為，木衛三有幾層不同的海洋，被不同深度和壓力下形成的不同類型的冰隔開。如果是這樣的話，理論上，每一層海洋都可以容納適合該深度的局部條件的不同生命形式。

2022年，歐洲航天局的“果汁”任務將訪問木衛三及另外兩顆衛星木衛四和木衛二，研究它們的宜居性，并尋找生命的跡象。

美國航空航天局計劃，在2023年讓“歐羅巴快船”繞木星軌道飛行，并多次飛越木衛二，以調查木衛二是否有適合生命生存的條件；在2025年，向木衛二發射著陸器。而且，有一項由美國航空航天局支持的私人計劃——前往土衛二尋找生命，若能在2019年內獲得批準，將于2025年啟動。

但是要真正弄清楚這些外星海洋中可能存在的生命，我們還需要派遣潛水器，這將是棘手的，因為這一交通工具將不得不鉆過幾公里的冰才能到達海洋。美國航空航天局正在資助一些相關的概念研究。在華盛頓特區舉行的2018年美國地球物理聯盟會議上，伊利諾斯大學芝加哥分校的科學家和美國航空航天局提出了一個概念，那就是用核動力“隧道機器人”在木衛二上尋找生命。他們的機器人會在下降到冰和水中時取樣，然后通過光纖電纜將信息傳回地面。

但是，如果那里的生命形式是真正的外星人，我們可能很難發現它們，也有可能那里根本就沒有生命存在。

然而，在遙遠的未來，大約50億年以后，我們的太陽會耗盡氫燃料，并開始膨脹成一個“紅巨星”。在它最終消亡之前，它將融化這些衛星上的冰，把它們變成更像地球的地方，它們的地表上應該有液態水，氣候應該更溫和，或許這為那里的生命進化提供了可能——或者至少為逃離焦土的難民提供了避難所。

在遙遠的未來，如果我們要生存下去，我們都必須成為移民，并希望這些新的宜居世界歡迎我們，因為我們自己的世界已變得太熱，不適合生存。