外星海洋里的生命会是啥模样

史春树

探寻外星海洋中的生命迹象

近年来的发现使天体生物学家认为，卫星是太阳系中最有希望存在外星生命的地方。他们正计划在未来十年内进行几次重大太空任务，以寻找那里的生命迹象。

与地球附近的行星不同，木星和土星的部分卫星有大量的液态水。例如，人们认为木星的卫星木卫二“欧罗巴”上的液态水比地球上所有海洋的总和还要多。厚厚几千米的深层冰层保护了这些水以及其中的所有生命，使其免受太空辐射和小行星撞击。

从土星的卫星土卫二“恩克拉多斯”和木卫二“欧罗巴”上发现的喷泉表明，它们可能拥有温暖的内部环境，可以支撑液态海洋的存在。它们的热源不是太阳，而是内部的“发电机”，这一“发电机”的动力可能来源于其核心的放射性衰变，也可能是它们绕行行星带来的引力产生的潮汐。

现在有证据表明多个卫星上有海洋，包括木卫二、土卫二、木卫四“卡利斯托”和木卫三“盖尼米得”等。2019年6月发表的一项研究估计，土卫二的海洋大约有10亿年的历史。其他研究者则认为，这一海洋可能有数十亿年的历史，其中的生命有足够的时间进化。这些海洋被认为是咸的，像地球的海洋一样含有氯化钠，这是对类似地球生命前景的又一提振。

此外，在液态水和海洋下面的岩石地幔之间可能存在界面，科学家们认为，这是导致地球上出现生命的有趣化学反应的关键部分。例如，美国宇航局的卡西尼号太空船探测到土卫二的羽状水汽喷流中含有分子，这暗示着土卫二洋底存在热液喷口。在地球的深海中也存在着类似的喷口，在这里，岩浆与盐水相遇，并提供热量、化学物质和有助于复杂化学反应的基质。一些科学家认为，生命首先要在我们的星球上进化，这是必需的。在地球海洋的深处，几乎没有阳光，就像木星和土星的卫星那样，但这并不意味着没有生命。确实，在地球上，这样的喷口充满了生命。

卫星海洋生命能否进化

大约20年前，英国广播公司（BBC）的一部纪录片《外星人的自然历史》指出，整个生态系统可能以木卫二的深海热液喷口为基础。一组科学家认为，细菌将构成食物链的基础，利用化学合成从喷口中提取能量，并建造高高的管道状沉积物，这些沉积物上升到海平面以上数英里处。其他生物，比如像鱼一样的食草动物，会刺穿这些管道，吸入大量的细菌作为食物。它们会有自己的领地，保护自己的牧场不受竞争对手的侵犯。反过来，它们也会被像鲨鱼一样的动物捕食，它们的身体呈流线型以提高速度，利用回声定位来发现猎物。这比大多数科学家期望在那里发现的生命形式要先进得多。

哈佛大学地球与行星科学教授安德鲁·克诺尔说，即使在地球上，在我们这个星球大约90%的历史中，唯一存在的生命也只有微生物。因此，克诺尔说，如果太空中有生命，那么很有可能就是微生物，而在像木卫二或土卫二这样的地方，它将不得不完全依靠化学合成来获得能量，所以可能只能维持一小部分生物量。

但是，天文学教授兼哈佛大学生命起源计划的负责人迪米塔尔·萨塞洛夫说，这样的生态系统仍然可能实现。该中心支持多学科研究，旨在发现宇宙中是否存在丰富的生命。仅仅因为木卫二的海洋寒冷且缺乏能量，并不能排除在那里进化出较小规模的复杂生态系统的可能。萨塞洛夫说：“我的直觉是，那里可能有很多进化的创新空间，在那里可以拥有一些很小但具有掠夺性的东西，它们是一种多细胞生物，而不是单细胞生物。”

甲烷海洋会有怎样的生命

我们计划访问的另一颗卫星提出了一个完全不同的难题。土星的卫星——土卫六名叫“泰坦”，是地球之外已知的唯一在表面有稳定液态水的星球。2005年，卡西尼号探测器发射的惠更斯号子探测器在那里着陆，传回了类似地球的地貌照片：河床和海洋。

但是“泰坦”的云、雨和海洋不是由水，而是由液态甲烷和乙烷（地球上天然气的组成部分）组成。那里存在的任何水都会凝固成岩石和山脉，因为其表面温度约为-180℃。这意味着，虽然它的地貌可能看起来很熟悉，但实际情况却是完全陌生的。如果有生命，它将依赖于甲烷，而不是水，而且将是外来的——我们不知道的生命——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，但它有一个完全不同的、独立的生物化学属性。”萨塞洛夫说。他的长期目标是弄清楚是否存在替代的生物化学，以及如何在实验室中创造它。

地球上的生命依赖于由磷脂构成的细胞膜：由磷氧头和碳链尾组成的分子链，这些分子链相互结合，在水中形成柔性膜。以甲烷为基础的生命需要另一种方式来形成细胞。由化学工程师波莱特·克兰西领导的康奈尔大学团队在2015年证明，由氮、碳和氢组成的小分子可以制造出适合在“泰坦”所给予的条件下生存的细胞。

从那以后，美国宇航局的研究人员证实了在土卫六“泰坦”的大气层中存在乙烯基氰——一种有机化合物，能够提供这种细胞膜。因此，至少在理论上，在“泰坦”广阔的甲烷海洋中可能会有截然不同的生命细胞存在。

“在某些方面，我们在地球上看到的是一个偶然事件，”美国亚利桑那州立大学的天体生物学家特蕾莎·费舍尔说，“我们可以在其他世界的生命中看到大量潜在的多样性。”“可能會出现新的、多样化的生物，它们占据了一系列新的生态位，”加州大学戴维斯分校人类学教授莎拉·布莱弗·赫迪补充说，“假设生物中的任何一种随着社会的发展而发展，像鲸类或象类动物一样聪明、善于交流，像黑猩猩或猩猩一样具有操纵能力、既灵巧又机灵，我看不出他们为什么最终不能发展出更先进的技术和文化能力。”

宾夕法尼亚大学的古生物学家劳伦·萨伦认为，外星生命将以微生物的形式存在，并且其存在途径很多，就多细胞外星人而言，事情可能会变得更加复杂。“我们会意识到他们在从事相同的工作，因为一切都集中在吸收能源或消耗能源以获取更多能源上，”她说，“但是他们采取的方式将是不可预测的。”

哈佛大学天文学教授戴维·夏博诺说：“我们真的不知道生命的极限是什么。”他补充说，这就是为什么我们需要派出更多的探测器来探访这些卫星的原因。所以，这是一个好消息，人们正计划这样做。

探访卫星计划大量启动

美国航空航天局2019年夏天宣布，“蜻蜓”号将于2026年发射，并于2034年抵达土卫六。它将放下一架类似无人机的飞行器，探索数十个有希望的地点并寻找生命的迹象。

美国航空航天局也在探索派遣一艘自主潜艇来研究土卫六最大的北部海域“海怪”的可能性。“海怪”直径约1000公里，深度约300米，大小与北美五大湖相似。这将是在另一个星球探索海洋的初次机会，也将为未来探索木卫二和其他卫星地下水域的潜艇设计提供参考。这项任务仍处于概念阶段，大约20年后，科学家和工程师将开始研究如何制造这种潜艇。

有趣的是，土卫六也被认为在其冰冷的外层深处有液态水，这意味着除了基于液态甲烷的奇异表面生命外，其地下还可能存在更多类似地球生物的生命。

不同类型生命存在的另一种可能性来自于木星的卫星木卫三。一些科学家认为，木卫三有几层不同的海洋，被不同深度和压力下形成的不同类型的冰隔开。如果是这样的话，理论上，每一层海洋都可以容纳适合该深度的局部条件的不同生命形式。

2022年，欧洲航天局的“果汁”任务将访问木卫三及另外两颗卫星木卫四和木卫二，研究它们的宜居性，并寻找生命的迹象。

美国航空航天局计划，在2023年让“欧罗巴快船”绕木星轨道飞行，并多次飞越木卫二，以调查木卫二是否有适合生命生存的条件；在2025年，向木卫二发射着陆器。而且，有一项由美国航空航天局支持的私人计划——前往土卫二寻找生命，若能在2019年内获得批准，将于2025年启动。

但是要真正弄清楚这些外星海洋中可能存在的生命，我们还需要派遣潜水器，这将是棘手的，因为这一交通工具将不得不钻过几公里的冰才能到达海洋。美国航空航天局正在资助一些相关的概念研究。在华盛顿特区举行的2018年美国地球物理联盟会议上，伊利诺斯大学芝加哥分校的科学家和美国航空航天局提出了一个概念，那就是用核动力“隧道机器人”在木卫二上寻找生命。他们的机器人会在下降到冰和水中时取样，然后通过光纤电缆将信息传回地面。

但是，如果那里的生命形式是真正的外星人，我们可能很难发现它们，也有可能那里根本就没有生命存在。

然而，在遥远的未来，大约50亿年以后，我们的太阳会耗尽氢燃料，并开始膨胀成一个“红巨星”。在它最终消亡之前，它将融化这些卫星上的冰，把它们变成更像地球的地方，它们的地表上应该有液态水，气候应该更温和，或许这为那里的生命进化提供了可能——或者至少为逃离焦土的难民提供了避难所。

在遥远的未来，如果我们要生存下去，我们都必须成为移民，并希望这些新的宜居世界欢迎我们，因为我们自己的世界已变得太热，不适合生存。