大約五年前，2017年9月15日，“卡西尼號(hào)”結(jié)束了它為期20年的太空之旅，并以一段華麗的最終樂章收尾。它縱身躍入土星大氣之中，直到生命的最后時(shí)刻仍盡力向地球發(fā)送著寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)，最終像一顆流星一般劃過土星天際，消失在虛無之中。

卡西尼號(hào)進(jìn)入土星最內(nèi)側(cè)環(huán)的藝術(shù)家暢想圖。（圖／NASA, JPL-Caltech）

卡西尼號(hào)創(chuàng)造了歷史上許多的第一次。它于1997年發(fā)射升空，并在2004年抵達(dá)土星系統(tǒng)，踏入無人涉足之境，成為第一個(gè)進(jìn)入土星軌道的太空探測(cè)器。

它的觀測(cè)目標(biāo)是神秘的土星、壯觀的土星環(huán)以及土星的大量衛(wèi)星，并獲得了許多重要發(fā)現(xiàn)，直到今天，我們?nèi)匀粫?huì)為它所收集到的科學(xué)數(shù)據(jù)所震驚。

近日，一組國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，在土星的衛(wèi)星“土衛(wèi)二”（Enceladus）的地下海洋中，發(fā)現(xiàn)了能證明存在一種生命的關(guān)鍵基本構(gòu)件的新證據(jù)。新的建模表明，土衛(wèi)二的海洋中應(yīng)該含有相對(duì)豐富的溶解磷。至此，可以這么說，生命的六種基本元素，在土衛(wèi)二上都能找到。論文已于近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

  地外生命搜索的明星  

在過去25年間，行星科學(xué)領(lǐng)域最深刻的發(fā)現(xiàn)之一便是，在我們的太陽系內(nèi)，表面冰層之下存在海洋的世界其實(shí)很常見。

像地球這樣表面就有海洋存在的世界，其所處位置必須與它的恒星保持“恰到好處”的距離，這樣才能讓星球表面的溫度維持在能支持液態(tài)水存在的范圍之內(nèi)。這樣的位置范圍相對(duì)狹窄。

然而，內(nèi)部的海洋世界則可以在更大的距離范圍內(nèi)出現(xiàn)，這也極大地?cái)U(kuò)展了可能存在的宜居世界的數(shù)量。

在太陽系內(nèi)，可能存在地下海洋的世界甚至包括了那些非常遙遠(yuǎn)的行星，比如冥王星，還有巨行星周圍的冰質(zhì)衛(wèi)星，比如木衛(wèi)二（Europa）、土衛(wèi)六（Titan），以及最具代表性的土衛(wèi)二。

 “土衛(wèi)二”是土星的第六大衛(wèi)星。這個(gè)冰封世界的表面被冰所覆蓋?？ㄎ髂崽?hào)在探測(cè)過程中注意到，一些冰粒和水蒸氣會(huì)從凍結(jié)的表面裂縫中噴射而出，就像壯觀的巨大噴泉一般。

卡西尼號(hào)拍攝的土衛(wèi)二在太陽照射下的圖像，顯示了衛(wèi)星南極地區(qū)的細(xì)小物質(zhì)噴霧的類似噴泉的來源。（圖／NASA）

卡西尼號(hào)對(duì)這些噴發(fā)的樣品進(jìn)行了分析并發(fā)現(xiàn)，在土衛(wèi)二的表面冰層之下可能存在著一個(gè)液態(tài)水的海洋。更令人興奮的是，這種羽狀噴發(fā)物中還包含一些有機(jī)物。此后，土衛(wèi)二也成了人類在太陽系內(nèi)尋找地外生命的主要目標(biāo)之一。

然而，先前的研究還差了最后一環(huán)。

  關(guān)鍵的磷  

對(duì)我們已知的地球生命形式而言，六種關(guān)鍵的元素必不可少，包括碳、氫、氮、氧、磷和硫。研究人員在尋找地外生命的可能性時(shí)，同樣在尋找這類生命的基本構(gòu)件，包括有機(jī)分子、氨、含硫化合物以及支持生命所需的化學(xué)能量。

對(duì)土衛(wèi)二的探索而言，磷是一個(gè)格外有趣的例子。以磷酸鹽形式存在的磷，對(duì)地球上所有生命都至關(guān)重要。它對(duì)于創(chuàng)造DNA和RNA、載能分子、細(xì)胞膜、人和動(dòng)物的骨骼和牙齒，甚至海洋中浮游生物的微生物群都是必不可少的材料。

可惜的是，先前的研究表明，土衛(wèi)二的海洋幾乎包含了我們所知生命的所有基本要求，除了磷。這樣的結(jié)果似乎一下讓生命存在的前景變得黯淡無光。

但在新研究中，團(tuán)隊(duì)對(duì)土衛(wèi)二進(jìn)行了熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬，根據(jù)卡西尼號(hào)對(duì)土衛(wèi)二的海洋-海底系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，重新分析并模擬了磷的星球化學(xué)。

他們建立了迄今為止最詳細(xì)的星球化學(xué)模型，說明海底礦物如何溶解進(jìn)入土衛(wèi)二的海洋中，并預(yù)測(cè)磷酸鹽礦物在那里會(huì)有怎樣不同尋常的溶解度。

新研究發(fā)現(xiàn)，以正磷酸鹽形式存在的磷很有可能在土衛(wèi)二的地下海洋中非常豐富。純堿或堿性海洋（含碳酸氫鈉和/或碳酸鈉）與巖質(zhì)核在星球化學(xué)層面相互作用。模擬顯示，這可能促進(jìn)磷酸鹽礦物溶解，讓正磷酸鹽進(jìn)入海洋，并讓地下海洋變得宜居。（圖／SwRI）

基礎(chǔ)的星球化學(xué)具有一種優(yōu)雅的簡(jiǎn)單性，這表明，溶解磷必然存在，而且豐度非常高，其水平達(dá)到了接近甚至高于現(xiàn)代地球海水的水平。

也就是說，雖然元素磷還沒有在土衛(wèi)二上被直接發(fā)現(xiàn)，但研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了它在衛(wèi)星冰殼之下的海洋中存在的證據(jù)。

文章來源：原理

IEEE Spectrum

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