人民日報(bào)歐洲網(wǎng)編譯報(bào)道，科學(xué)界的普遍共識是，在地球之外尋找外星生命證據(jù)的最佳地點(diǎn)是火星。但是，它絕不是唯一的地方。除了被指定為“潛在宜居”的太陽系外行星之外，太陽系中還有許多候選星球。它們包括許多冰冷的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星同樣被認(rèn)為其內(nèi)部海洋也可能孕育生命，其中之一就是土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六泰坦（Titan）。

一段時(shí)間以來，科學(xué)家一直懷疑，它的大氣層與地表之間正在發(fā)生各種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。對土衛(wèi)六大氣層的研究可能會為地球生命演化的早期階段提供重要線索。得益于技術(shù)巨頭IBM領(lǐng)導(dǎo)的新研究，研究人員正在設(shè)法在地球?qū)嶒?yàn)室里重現(xiàn)Titan上的大氣條件。

這一研究成果在題為“以原子尺度成像泰坦的有機(jī)大氣層”的論文中進(jìn)行了闡述，該論文發(fā)表在了2月12日的《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。該研究團(tuán)隊(duì)由Fabian Schulz博士和Julien Maillard博士領(lǐng)導(dǎo)，其中包括IBM研究中心、蘇黎世大學(xué)、巴黎薩克萊大學(xué)、魯昂大學(xué)圣艾涅南大學(xué)和弗里茨·哈伯馬克斯大學(xué)的許多研究員。

我們今天對泰坦的了解大部分歸功于卡西尼號飛船，該飛船于2004年至2017年在土星軌道上運(yùn)行，并通過墜入土星的大氣層而完成了其使命。在這段時(shí)間里，卡西尼號對泰坦的大氣層進(jìn)行了許多直接測量，揭示了令人驚訝的類似于地球的環(huán)境。從根本上講，土衛(wèi)六是太陽系中除地球外唯一具有稠密氮?dú)夂桶l(fā)生有機(jī)過程的星體。

特別有趣的是，科學(xué)家們相信，大約在28億年前，地球的大氣層可能與目前的泰坦大氣層十分相似。這與Mesoarchean時(shí)代相吻合，在那個(gè)時(shí)期，光合作用的藍(lán)細(xì)菌創(chuàng)造了第一個(gè)珊瑚礁系統(tǒng)，并緩慢地將地球上的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣（最終導(dǎo)致了目前氮和氧的平衡）。

人們認(rèn)為，泰坦的表面有線索，可以幫我們了解太陽系中生命如何出現(xiàn)的，但要清楚地弄清其大氣成分仍是一個(gè)問題。這與土衛(wèi)六的大氣組成有關(guān)，大氣中彌漫著濃密的光化學(xué)霧，使光散射。正如Leo Gross和Nathalie Carrasco（該研究的合著者）在最近發(fā)表在IBM Research Blog上的文章中所解釋到：“Titan的大氣層由納米顆粒組成，這些納米顆粒含有各種各樣的由碳、氫和氮組成的大而復(fù)雜的有機(jī)分子。當(dāng)（紫外線和宇宙）輻射撞擊甲烷、氮和其他氣體的混合物時(shí)，這些分子以一系列化學(xué)反應(yīng)的形式形成泰坦目前的大氣。”

科學(xué)家對土衛(wèi)六大氣的形成過程仍然知之甚少，其中包括構(gòu)成這種煙霧類大分子的確切化學(xué)結(jié)構(gòu)。幾十年來，天體化學(xué)家一直在用稱為索林（Tholins）的有機(jī)分子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，該詞源于希臘語“ muddy”（或“ hazy”）

索林是指暴露于太陽紫外線或宇宙射線時(shí)形成的多種有機(jī)含碳化合物。這些分子在太陽系外圍很常見，通常會在冰體中發(fā)現(xiàn)，該冰體的表層含有暴露于輻射的甲烷冰。它們的存在可以通過表面呈紅潤的表面或類似棕褐色的污漬來確認(rèn)。

為了進(jìn)一步研究，由舒爾茨（Schulz）和美拉德（Maillard）領(lǐng)導(dǎo)的小組進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬出了大氣層各個(gè)階段的索林。正如Gross和Carrasco解釋的那樣：“我們將甲烷和氮?dú)獾幕旌衔镒⑷氩讳P鋼容器中，然后通過放電觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)，從而模擬了泰坦的大氣條件。然后，我們在蘇黎世的實(shí)驗(yàn)室分析了100多個(gè)組成泰坦索林的分子，然后借助我們自制的低溫原子力顯微鏡，可以獲得大約十幾個(gè)原子分辨率的圖像。”

通過解析不同大小的分子，研究小組獲得了這些霾分子生長的不同階段以及其化學(xué)組成。從本質(zhì)上講，他們觀察到了泰坦大氣形成和積累的主要成分，從而產(chǎn)生了泰坦著名的朦朧效果。

“這是我們第一次看到合成化合物的分子結(jié)構(gòu)，類似于那些被認(rèn)為導(dǎo)致泰坦大氣層呈橙色霧狀的化合物。該應(yīng)用程序現(xiàn)在提供了一種令人興奮的新工具，可用于對天體生物材料進(jìn)行樣品分析，包括隕石和行星采樣的樣品本身。”

更重要的是，他們的研究結(jié)果也可能揭示了土衛(wèi)六神秘的基于甲烷的水文循環(huán)。在地球上，此循環(huán)由水在氣態(tài)（水蒸氣）和液態(tài)（雨水和地表水）之間轉(zhuǎn)換組成。在土衛(wèi)六上，甲烷與甲烷發(fā)生了相同的循環(huán)，液態(tài)甲烷從大氣中的甲烷氣體轉(zhuǎn)變而來，并隨著甲烷雨而落下，形成了土衛(wèi)六著名的碳?xì)浠衔镆簯B(tài)湖。

在這種情況下，研究小組的結(jié)果可以揭示化學(xué)煙霧在土衛(wèi)六甲烷循環(huán)中的作用，包括這些納米粒子是否可以漂浮在甲烷湖上。此外，這些發(fā)現(xiàn)也可以揭示數(shù)十億年前類似的大氣氣溶膠是否有助于地球上生命的出現(xiàn)。

格羅斯和卡拉斯科說：“我們現(xiàn)在已知的分子結(jié)構(gòu)是紫外線的良好吸收劑，反過來，這意味著霧霾可能起到了屏蔽作用，可以保護(hù)地球早期表面上的DNA分子免受有害輻射的侵害。”

如果這個(gè)理論是正確的，研究小組的發(fā)現(xiàn)不僅可以幫助科學(xué)家了解地球上出現(xiàn)生命的條件，還可以指出泰坦上可能存在生命。這顆神秘衛(wèi)星的這一本質(zhì)是科學(xué)家在1980年代初期首次意識到的，當(dāng)時(shí)旅行者1號和2號太空探測器都飛過了土星系統(tǒng)。

美國宇航局計(jì)劃到2030年代向泰坦派遣一種名為“蜻蜓”的機(jī)器人旋翼機(jī)，以探索其表面和大氣層并尋找可能的生命跡象。