下一次航程

陈辉

让我们回到1977年。如果当时你还没有出生，那么告诉你当时有几件在一些地方很瞩目的事：歌星猫王埃尔维斯死了，好莱坞科幻大片《星球大战》开始发行，喇叭裤流行开来。

两件低调而且看似无关的事情，在那一年也发生了：一艘深海探测器潜到了加拉帕戈斯群岛附近海域的海底；两枚火箭从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。它们的重要性如今在外太阳系深处汇聚。

这两次发射标志着在人类认识方面的一场革命：在2017年寿终正寝的“卡西尼号”探测器，在这场革命中起了显著作用。仅仅在大约40年前，科学家从未想到过：地球生命起源之谜和外星生命是否存在的答案，竟然可能藏在外太阳系的那些含冰卫星上。这方面的启蒙者正是“卡西尼号”及其先驱。它们的惊人发现将确定未来几十年的太空探索方向，并且可能导致人类认识的再度剧变。

1977年，美国发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器。它们并非是发射到外太阳系的第一代探测器，第一代的称号归属于美国分别在1972年和1973年发射的“先锋10号”和“先锋11号”探测器。这两个“旅行者”的特别之处，在于它们搭载了多部探测仪器，能够构建遥远行星和卫星的全景图。

第一次，探测器让我们不仅得以近观木星和土星，而且得以细看它们的卫星。科学家发现，木卫依娥是太阳系中地质最活跃的世界，它有好多座火山，表面到处可见熔岩。“旅行者1号”证实了科学家的一种猜测：最大的土卫——泰坦拥有富含碳氢化合物的稠密大气层。还有一系列其他惊喜，包括木卫欧罗巴和太阳系最大卫星——木卫加尼美得的寒冰容颜。

远程太空探索带来了诸多回报。这些小小世界激起的科学兴趣甚至超过了它们的母行星，这是因为这些小小世界存在生命起源所需的必备条件——有机分子和水。科学家开始相信，对这些卫星的研究在破解生命起源之谜方面起着重要作用。

20世纪80年代，美国天文学家卡尔·萨根率先提出：木卫泰坦是一个时间囊，它可能告诉我们地球生命起源。1952年，还是美国芝加哥大学学生的他被激发起对生命起源化学的兴趣。当时，美国科学家米尔和尤里开展了引起瞩目的实验。他们把水、甲烷、氨和氢（这些化合物被认为是早期地球大气层的成分）密封进长颈瓶，让火花通过长颈瓶以模拟闪电，结果得到了包含氨基酸在内的焦油状残留物。氨基酸是蛋白质的构建单元，而蛋白质是生命的构建单元。

萨根在超过十年里无数次改进和重复了上述实验，调查在一系列条件下会形成哪些氨基酸。1979年，他和一位同事把上述焦油状物质命名为索林。一年后，“旅行者号”揭示了泰坦大气层的成分。萨根指出，泰坦大气层的成分与索林的几乎一样。他提出，泰坦就是早期地球的样子。

“卡西尼号”的设计任务有一部分就是要调查这种联系。2004年，“卡西尼号”把“惠更斯”探测器释放至泰坦表面。“惠更斯”发回的数据以及“卡西尼号”许多次飞近泰坦所获数据，强化了许多天文学家的猜测：泰坦具有重要的天体生物学意义。科学家说，泰坦拥有太阳系中最复杂的大气化学成分。

在“牺牲”于土星大气层中的前几年，“卡西尼号”多次飞进泰坦大气的上层。在距离泰坦表面950～1300千米的地方，“卡西尼号”运用自己搭载的等离子体光谱仪（简称CAPS）“嗅探”泰坦大气层中的分子。2017年7月，科学家通过分析“卡西尼号”的探测数据，报告说泰坦大气层中存在碳链阴离子，还有长链有机分子。越接近泰坦表面长链有机分子越多，而碳链阴离子越少。科学家认为，这两者之间绝对相关。碳链阴离子一起构建长链有机分子。这就是萨根所说的索林形成过程。

这也表明索林的产生很容易，从而解释了为什么科学家发现整个太阳系中大量存在这样的长链有机分子。2015年经过冥王星的“新地平线号”探测器证实，这些长链有机分子赋予了冥王星及其卫星卡戎的红色调，而且这些长链有机分子也存在于太阳系中已知最大的小行星——谷神星上。总之，看来太阳系中甚至整个宇宙中到处都有复杂的有机大分子。

但从有机分子到真正的生命，还有很远的距离。“惠更斯”并未在泰坦上发现生命证据。有关泰坦上存在可能的生命（应该不是我们所知的生命，是基于液态甲烷而不是水的生命）迹象的说法，其实也虚空。“卡西尼号”探测数据表明，太阳系中几乎所有行星和卫星都存在生命的基本成分，但从化学到生物学的演变可能依然是最大的科学奥秘。

或许，更好的解释是退后一步。美国宇航局喷气动力实验室科学家鲁塞尔指出，生命不是起源于化学，我们必须寻找生命的生理学根基。生命并不是有机分子的结合，除了构建单元的问题，还有能量来源的问题。这把我们再一次带回到1977年，那就是在加拉帕戈斯群岛附近海域的深潜。

1977年2月，美国俄勒冈州立大学海洋学家克里斯和美国斯坦福大学科学家安德尔乘坐“阿尔文号”深潜器（它以探索“泰坦尼克号”船难遗骸而闻名）来到海底。他们寻找的是海底热液喷口，来自海底下面的温暖射流从热液喷口喷射到冰冷的深海里。他们不仅找到了这样的“黑烟囱”（它们之所以被这样命名，是因为从这些温水中沉降的矿物质颜色），而且发现在热液喷口周围存在丰富多樣的生命形式。

克里斯等一部分科学家认为，类似“黑烟囱”这样的地方有可能是生命起源的背景地。但也有一些科学家推测，大气层中的有机化学过程最终造就了生命。当时作为一名致力于研究海洋矿物质沉积物的深海喷泉地质学家，鲁塞尔很快就加入了这场辩论。他认为，“黑烟囱”的能量太猛，脆弱的有机分子在这类地方能够很容易创生，但同样也很容易被摧毁。因此，他认为生命始于相对平静、温暖的热泉喷口，起源于他正在研究的那些海底矿物质沉积物。

但麻烦是怎样测试他的这一猜想。要想模拟海底，就需要10倍于海平面的水压，水的酸性要与早期地球上更高的二氧化碳浓度相当，并且整个实验室的消毒条件要比任何手术室更严格，才能确保常见的地球微生物不会进入实验室内，也才能确保在实验室中创生的生命不会跑出实验室污染地球。

在1995年底抵达木星的“伽利略号”探测器，表明鲁塞尔所想象的生命创生实验可能已在地球之外进行。尤其是“伽利略号”拍摄的欧罗巴图像显示，天寒地冻的欧罗巴表面有裂缝，有些地方的冰块似乎被地下海洋的洋流搬走。“伽利略号”搭载的磁强计读数表明，一个翻卷的盐水系统——地下海洋遍布欧罗巴全球。这个海洋的含水量可能超过地球海洋，因此前者必定被欧罗巴核心的一种热源驱动。这就为地热喷泉生命起源论带来了一种希望，也为测试鲁塞尔的理论提供了一个绝佳去处。鲁塞尔兴奋地说，他为一场测试生命起源理论的外星实验正拉开序幕而感到非常幸运。

美国宇航局和欧洲空间局都在策划重返木卫的任务。其中，美国宇航局策划的是“欧罗巴剪刀号”探测器，它预计会在21世纪20年代发射。由于欧罗巴周围的强烈辐射（即被木星强大磁场捕捉的高能电子），“欧罗巴剪刀号”将不会环绕欧罗巴，而是将环绕木星，并且对欧罗巴进行高度为2.7～25千米的45次飞近探测。“欧罗巴剪刀号”搭载的相机和光谱仪将测量欧罗巴表面冰的组成，雷达将测定冰层厚度，磁强计将测定地下海洋的深度和盐度。这些数据将能够证明欧罗巴是否具备生命起源所需的条件。

但欧罗巴并非是引起科学家强烈兴趣的唯一天体。欧空局计划在2022年發射“欧罗巴含冰卫星探索者号”探测器。它将在靠近欧罗巴的地方采集与“欧罗巴剪刀号”相似的数据，但前者还将进入环绕加尼美得的轨道。“伽利略号”的观测表明，加尼美得也可能拥有地下海洋，这个海洋的深度在100千米以下，活跃度也不如欧罗巴海洋。然而，加尼美得地下海洋的水量可能超过欧罗巴和地球的海洋，毕竟加尼美得是太阳系中最大的卫星，因此这颗木卫必定有着自己的特别之处。一些科学家认为，如果“欧罗巴含冰卫星探索者号”发回的数据表明加尼美得比欧罗巴更有趣，他们也不会感到惊讶。

但鲁塞尔并不这么看。对他来说，欧罗巴仍然是焦点，因为让飞行器运作难度大增的辐射可能正是激发生命所需的条件。他说，生命就像是电动马达（请参见相关链接：《生命是干什么的？》），需要电池提供电子流。在地球上，海底热液喷口就是“电池”，它是由从喷口进入海水中的碱性水创制的。由于海水中溶解的大气层二氧化碳，这些海水的酸性很强。参与创制这只“电池”的，还有喷口附近的化学反应。

鲁塞尔认为，木星辐射带中的电子可能正进行着类似的工作。他说，欧罗巴拥有生产电池所需的许多条件。高能电子一直在轰击欧罗巴，令后者的表面氧化。如果这些电子进入欧罗巴地下海洋，由此导致的环境失衡就可能创制生命。

发现地外生命的重要性不言而喻。如果能在太阳系中别的地方发现生命，就意味着在整个银河系中生命并非罕见。我们需要为此研究生命的化学组成：生命是基于DNA，还是基于能够携带遗传信息的另一种分子？还有一种理念可能会被强化：太阳系中的行星和卫星，都可能是寻找地外生命的去处。

要想得到上述问题的答案，可能还得等一段时间。2017年初，鲁塞尔等美国宇航局22位专家联合发表了一份报告，讨论在欧罗巴表面寻找生命证据的一次可能任务。他们在报告中下结论说，寻找生命证据就需要寻找细胞。欧罗巴上的细胞可能已经死亡，但找到完整的死亡细胞也行，因为它们当然是确凿的生命证据。这些细胞可能会由水柱喷出，在探测器飞近过程中被捕捉到。运用探测器搭载的显微镜，也可能拍摄到散布在欧罗巴表面的细胞。遗憾的是，美国宇航局2018年的预算取消了对欧罗巴登陆器的支持，这样一来，“欧罗巴剪刀号”和“欧罗巴含冰卫星探索者号”就只能检测分子组成。2017年4月，美欧双方的行星学家联合呼吁美国宇航局和欧空局携手登陆欧罗巴，正如这两家机构在“卡西尼号”任务中的成功合作。

另一些科学家则更愿意把投资花在登陆泰坦，并探索那里的有机化学组成方面。“卡西尼号”的探测表明，泰坦有甲烷湖，还有基于液态甲烷的水文学循环。但由于大型深空任务从开始策划到最终实施需要至少20年时间，就算有了所需的投资，决定探索哪一个目的地仍然是一场豪赌。

但有一点是确定的，那就是：不管有关生命起源的理论（生命是大气化学产物？是有机物向下飘移的结果？是海底热液喷口的作品？）中哪一种正确，外太阳系的那些冰冻卫星现在都在等待我们去探索。欧罗巴有海洋，还可能拥有与地球类似的热液喷口。泰坦的环境与现在的地球截然不同，却很像早期地球。这样的卫星世界，无疑具有强大诱惑力。

告别“卡西尼号”之后，我们的深空发现之旅远未画上句号。鲁塞尔说，在他（短短）的生命中所发生的天文学变革已经十分惊人——就在大约40年前，科学家都未曾想象过这些卫星竟然可以被近观。

“先锋10号”

发射时间：1972年3月3日

“先锋10号”是第一艘穿越小行星带的探测器，穿越时间是1972年7月～1973年2月。在1973年12月抵达木星后，它从距离木星云顶大约13.2万千米处飞过，拍摄了木星的4颗伽利略卫星（均由著名天文学家伽利略发现，分别为木卫三加尼美得、木卫二欧罗巴、木卫四卡里斯托和木卫一依娥）的分辨率不高的图像。如今已经与地球失去联系的“先锋10号”是真正意义上的先锋，它最后一次被联系上时正飞往金牛座和红色恒星毕宿五。它将在大约200万年后抵达毕宿五。

目前状况

地球与“先锋10号”最后一次联系上是在2003年1月23日。现在估计，它已经远离地球160亿千米。

“先锋11号”

发射时间：1973年4月6日

“先锋11号”晚于“先锋10号”一年造访木星。此后，“先锋11号”继续飞向土星，测试在土星环中航行的风险，为此它在1979年9月1日飞到了距离土星表面2.1万千米以内。它差点与一颗小土卫相撞。它拍摄了土星的最大卫星泰坦。两艘“先锋”都出现了异常的减速情况，这让科学家推测牛顿引力定律可能不适用于太空。不过，这一“先锋异常”现在被认为是由于这两艘探测器的热电发生器的热损失所致，牛顿引力定律并非不适用于太空。

目前状况

地球与“先锋11号”失去联系是在1995年9月30日。现在估计，“先锋11号”远离地球140亿千米。它正飞向盾牌座。

“旅行者2号”

发射时间：1977年8月20日

20世纪60年代，太空科学家意识到，外太阳系行星相对运动中的一次巧合排列，可以让一艘探测器造访4颗外太阳系行星。“旅行者2号”是迄今为止唯一一艘造访过两颗太阳系外围行星的探测器：它在1986年1月造访了天王星，在1989年8月造访了海王星。它的主要无线电接收器在1978年失灵，但40年来它在跨越太阳系边缘（即日鞘）、进入恒星际空间的航程中，一直在向地球发回数据。

目前状况

“旅行者2号”已远离地球170亿千米。它正航向望远镜星座。

“旅行者1号”

发射时间：1977年9月5日

“旅行者1号”的发射晚于“旅行者2号”，但前者采取了更快的路径，先于后者抵达木星和土星。“旅行者1号”的路径被优化，目的是让它飞到距离泰坦6500千米以内，从而证实“先锋11号”的一个观测结果：泰坦拥有稠密大气层。1990年2月14日，“旅行者1号”的相机调转方向，拍摄了第一张地球及太阳系其他行星的全家福。仍在从星际空间传回数据的“旅行者1号”，是迄今为止飞得最远的地球飞行器。两艘“旅行者”都携带着“金唱片”，它们为潜在的“外星拦截者”提供了地球上的声音和图像。

目前状况

“旅行者1号”已经远离地球210亿千米。它正飞向蛇夫星座。

“新地平线号”

发射时间：2006年1月19日

“新地平线号”是迄今为止发射的速度最快的探测器，但在它于2015年抵达冥王星之时，它的目的地却改变了：2006年8月，冥王星被国际天文学联合会颇具争议地从“行星”降格为“矮行星”。“新地平线号”拍摄了冥王星的模糊大气层及其惊人多变的崎岖表面的图像，还拍摄了冥王星的卫星图像。现在，“新地平线号”正在向柯伊伯带天体MU69飞去。预计它将在2018年底～2019年1月抵达MU69。

目前状况

“新地平线号”目前位于柯伊伯带，距离地球57亿千米。

“伽利略号”

发射时间：1989年10月18日

“伽利略号”执行的是第一个多年环绕一个行星系统（行星及其卫星）、而非只是在前往其他地方途中经过该系统的任务。在它飞往木星的6年行程中，它把自己搭载的仪器对准地球，采集到了诸如叶绿素对红光的吸收等生命信号。它在1995年12月7日插入木星轨道。它的任务包括发射一艘探测器进入木星大气层。它采集的数据支持了一种理论：木卫欧罗巴拥有地下海洋。

目前状况

“伽利略号”的任务期终止后，它在2003年9月21日坠进木星大气层焚毁。

“尤利西斯号”

发射时间：1990年10月6日

“尤利西斯号”的主要目的是调查太阳。它借助了木星引力，从而进入位于太阳系顶部的轨道，这样一来，它就能观测太阳的两极。

目前状况

“尤利西斯号”的任务期已在2009年6月30日结束。

“卡西尼-惠更斯号”

发射时间：1997年10月15日

“卡西尼-惠更斯号”简称“卡西尼号”，它花了13年时间巡航土星的多颗卫星，并且完成了向泰坦发射探测器（即“惠更斯”）的目标。

目前状况

2017年9月15日，“卡西尼号”坠入土星大气层焚毁。

“朱诺号”

发射时间：2011年8月5日

与之前飞向外太阳系的探测器不同，“朱诺号”没有核反应堆：它完全由太阳能电池板驱动。2016年6月5日，“朱诺号”进入一条环绕木星的极地轨道，目的是测量太阳系最大行星——木星的引力和磁场，以及测试有关木星形成机制的多种理论。它的首批探测结果就让科学家颇感惊讶：木星上发生着巨型磁风暴和大气风暴。它还揭示了很重要的一点：木星并不像科学家一直以来推测的那样均衡、一致。

目前状况

“朱诺号”仍在环绕木星。它目前距离地球9.5亿千米。

生命是干什么的？

美国宇航局喷气动力实验室科学家鲁塞尔说，不要问“生命是什么东西”，而要问“生命是干什么的”。

一般教科书上说，生命通過复制过程传递遗传信息。但鲁塞尔说，这个定义有局限性，因为它是从我们自己的生物学观点出发来看待事物，而不是从根本的生理学过程来看待事物。他说，生命就是对二氧化碳进行氢化。这需要从水中得到氢，让它与原本从火山喷出的二氧化碳结合。这能解决其他理论都不能解释的化学失衡，在此过程中产生有机分子。

要做到这一点，需要一种免费能量来推动化学反应，还需要一种小型发电机来实现化学反应。以这种观点来看，生命就是由被我们所在环境中的自由电子运动所驱动的小电机。复制仅仅是让生命持续演化所需的条件。正如一位匈牙利诺贝尔奖得主所说：“生命什么都不是，它只是一只寻找休息地的电子而已。”鲁塞尔说，把电子放进一个系统，它们会尝试逃逸。正是电子的这些流动，推动这些小电机产生有机分子。

相关链接

如何减少生活中的塑料垃圾

我们无法做到完全不使用塑料制品，但只要做出小小的改变，就可以大幅减少塑料（主要是一次性塑料制品）的使用，从而减少塑料污染。

自带购物袋：塑料袋是最常见的塑料垃圾之一，而一个可重复利用的购物袋就可以让你少使用很多塑料袋。

少吃口香糖：口香糖的胶基中通常含有合成橡胶，这也是一种塑料制品。一块口香糖也许并不起眼，但每年全球消耗的口香糖总量高达10万吨，由此带来的污染不可小视。

拒绝塑料吸管：在大多数情况下，我们并不需要用吸管喝饮料，如果你对吸管难以舍弃，可以试试可重复使用的金属或玻璃吸管。

少用保鲜膜：用保鲜盒和密封罐等容器（玻璃制品最佳）储存食物，不仅能减少保鲜膜和保鲜袋的使用，摆放起来也更整洁美观。

拒绝“磨砂”：一些个人清洁用品（如沐浴露、牙膏、洗面乳等）中含有塑料磨砂颗粒，这些微小的颗粒随着污水进入下水系统，并能轻松穿越污水处理系统的过滤网，直接进入河流和海洋。

少吃外卖：尽量不要使用一次性餐盒、餐盒，如果需要打包食物，最好使用自备的饭盒。

从数字看塑料污染

全世界每年塑料产量约3亿吨，其中仅9%左右的塑料能被回收。

截至2015年，人类生产的塑料总量（从20世纪50年代起）超过83亿吨。其中约63吨已成为垃圾。

据估计，到2050年，人类有史以来生产的塑料总量将超过340亿吨。

每年约有流入海洋的塑料总重量约1300万吨，相当于8.5万只蓝鲸的体重。这个数量在未来10年内还会增加1倍。

每年被丢弃的塑料袋达1万亿个。

2016年，全世界共售出4800亿瓶塑料瓶包装的饮料，全球平均每人消耗60瓶。

只有6.6%的饮料瓶由回收塑料制成。

在陆地上，一个塑料饮料瓶需要450年才能被完全降解；而在海洋中，它几乎不可能完全消失。

目前已发现180种海洋动物会误食塑料。