韋伯發現迷你版地球，生命以你意想不到的方式存在！【文昭思緒飛揚260期】

放飛頭腦 思緒飛揚 朋友們好 火星很長時間以來被認為是 最有可能發現外星生命的星球 但是現在劇情突然間有了變化 一顆小星球作為一匹黑馬殺出 有可能是最先發現 外星生命的地方了 那我們今天就來講一講 這個最新的進展 在今天的故事開始之前 提醒大家一聲 本週的會員節目 《世紀懸案：琥珀屋》已經上傳了 這是二戰當中最大的一樁懸案 俄國沙皇留下的琥珀屋一夜消失 戰後又有知情人被謀殺 價值連城的琥珀屋到底去了哪呢 請大家記得收看喔 2023年5月17日 美國馬里蘭州巴爾的摩市 霍普金斯大學的太空望遠鏡研究所裡 聚滿了全球的天文學家 他們正在舉行一次科學會議 大家聚精會神的聽著一位NASA的 行星天文學家法吉的報告 內容是2021年才上天的 韋伯太空望遠鏡（JWST） 剛剛觀察土衛二 得到的驚人發現 這個發現並不是韋伯所開啟的 但是韋伯的新發現卻是有可能 把我們尋訪外星生命的進程 大大往前撥快一步 在2023年 最新一輪的韋伯觀測項目當中 分配給了法吉團隊 觀測土衛二半個小時的時間 你一聽 半個小時 好像不太長 但要知道韋伯是大熱門哪 全世界的宇宙研究者們 為了使用這台望遠鏡 全都在排隊呢 那個等候清單 隨時都是長長的一串 你能擠進這個清單就很難得了 更何況被分配到了半小時的時長呢 土衛二 也叫恩克拉多斯 它的個頭不大 直徑平均大約是500公里 只有月球直徑的七分之一 在土星的100多個衛星當中 還算是個頭大的 排行老六 它是恆星天文學之父 威廉·赫歇爾在18世紀末發現的 土衛二自從被發現以來 一直默默無聞 只是藏在太陽系 衛星列表當中的某一個角落 這麼個小不點的衛星 確實引不起天文學家們的注意 在長達一兩個世紀的時間裡 天文學家們的眼裡 只有木星、金星、火星這種大塊頭 那這麼一個小不點衛星 怎麼現在就進了韋伯的熱搜榜了呢 這個事兒得從上個世紀90年代說起 90年代 美國宇航局NASA 和歐洲航天局、義大利航天局 三家合作了一項任務 叫做卡西尼-惠更斯任務 發射了一架 名叫卡西尼的探測器去土星 探測土星及其衛星的狀況 這是人類第一次探索外太陽系 外太陽系是指木星、土星 天王星、海王星 它們運行的區域 卡西尼號在1997年發射升空 7年之後終於抵達土星 卡西尼號就圍繞著土星 和它眾多的衛星觀察 這一觀察就觀察了10多年 NASA的科學家們猛然發現 卡西尼號圍繞土星的飛行軌道 很多時候都離土衛二很近 所以就突發奇想 既然都到門口了 那就去看看這個小個頭的 土星衛星的情況吧 這不看不打緊 一看 立刻就把NASA的科學家們給驚呆了 2005年7月14日 這是歷史性的一天 卡西尼號傳回來了第一張 土衛二的照片 在冰雪覆蓋的凍土之上 居然籠罩著一層冷冰冰的水蒸氣雲 要知道 土衛二的表面平均溫度 是零下198攝氏度 水在這種低溫下早就凍得硬邦邦了 怎麼還會變成蒸氣漂浮到空氣中呢 另外 土衛二的引力場也很弱 它只有地球表面引力的1.13% 所以它是沒有地球這種大氣層的 那麼請問 水蒸氣是從哪來的呢 這麼個匪夷所思的發現 讓天文學家們暗暗稱奇 就對這個小個子衛星重視了起來 就讓卡西尼號常常在百忙之中 回過身來瞅一瞅它 不久卡西尼號就找到了水氣的來源 是在土衛二的南極 這裡有一種間歇性噴發的噴泉 就像美國黃石國家公園裡的 老忠實間歇泉一樣 不斷的噴出濃濃的水霧 這讓專家們很震驚 也很興奮 立刻讓卡西尼號 放馬衝進水霧當中去 卡西尼號也很爭氣 衝進水霧之後 照相機各種分析儀器 十八般武藝一起上 活幹完了也沒有遇險 還安全回到了軌道上 把數據傳回給了NASA的控制中心 NASA專家們立刻行動起來 把數據歸類處理 最後得出結論 所有的間歇泉 都集中在土衛二的一個區域 這個區域的地貌很奇特 地表有很多長短不同的裂紋 其中最突出的四條裂紋 平均深度在300米左右 長度有幾百公里 專家們給這個區域取了一個名字 叫虎紋（Tiger Stripes） 大概看起來 很像老虎皮毛上的條紋 這個虎紋地區的溫度 居然比別的地方高出了25攝氏度 那就很可能說明 它是有地熱活動的 噴出的所謂大量水氣 其實是水蒸氣的冰晶 從虎紋區高速射入太空 速度在每秒200多米到1250米之間 因為土衛二的引力很弱 噴射物的速度只要達到每秒240米 就可以擺脫它的引力 進入太空了 一部份冰晶會像雪花一樣 飄回到土衛二表面 再有一部份會被土星的引力所捕獲 成為土星環的組成部份 這個水蒸氣的去向好解決 但最關鍵的問題是 它們最初是從哪來的呢 在那些裂縫的下面又有什麼呢 NASA團隊又經過了9年的觀察 得出了結論 在裂紋底部的薄冰之下 是一個巨大的海洋 水蒸氣正是來自於海洋 土衛二南極這個位置 就像地球上的環太平洋火山帶 地質活動很活躍 NASA團隊認為 土衛二的南極虎紋地區 正是板塊構造活動的結果 而推動板塊活動的 和間歇泉這種現象的根本動力 就是土星潮汐力的摩擦加熱作用 這個潮汐力的摩擦加熱作用 用科學術語解釋很麻煩 但是打一個比方就好理解了 就像你拿一個實心的軟橡皮球 一端粘在牆上 然後你用手去拉球的另一端 你用力大小的不同 就會有不同的結果 當你用力拉 它就會變成一個長長的橢圓球 用勁小一點呢 它就是一個不那麼長的橢圓球 你周期的用力拉 和不那麼用力拉交替著 那麼這個球內部材料的顆粒之間 就會彼此摩擦 就產生熱量了 專家認為土星對土衛二的 潮汐力摩擦 就是這樣 當土衛二運行到遠點的時候 潮汐力就小 那就相當於不那麼用力的拉 當衛星運行到近點的時候 潮汐力就大 就相當於是用力的狀況 那麼土衛二的星體物質 就周期的處於這種 一拉一放 一鬆一緊的狀態 那麼內部就會摩擦生熱 但是又經過了一段時間的觀察 NASA的科學家們又覺得 這種假說不太對勁 因為土衛二的橢圓形軌道 其實是接近正圓的 它離土星的遠點和近點之間的引力 差距可能沒有那麼大 不至於產生上面所說的 那種摩擦熱量 果真 認真計算的結果和猜想一樣 土星的潮汐力所產生的能量 可能真的不夠讓土衛二內部生熱 所以還需要別的能源 於是科學家們又做出了另一種假設 就是冰層下海水裡的鹽分 與星球的岩石內核 特別是橄欖岩 它們之間發生了化學反應 一起化學反應 那就有熱量產生 於是就彌補了 潮汐摩擦力不足的那部份 所以現在的假說是 在潮汐力和化學能的共同作用下 土衛二就長期維持著 高溫的岩石內核 液態的地幔 和冰封的地殼這三層結構 那這就和地球的構造很類似了 只不過地球的地幔 是岩漿和固體融化物 而土衛二的地幔 就是液態的水了 就是海洋 而且土衛二還保持著活躍的地質活動 把積蓄的熱量 通過間歇泉的方式釋放出來 這種持續的地熱活動 和地球也相當一致 土衛二上的噴泉有一個特殊的名字 叫做低溫火山 或者叫冰火山 這種火山不像地球上的火山那樣 噴發熔岩和火山灰 而是噴水 還有其他物質結晶 講到這兒您可能明白了 哦 原來卡西尼號幫助NASA團隊 重新認識了土衛二 但是它和我們今天的主題 發現外星生命 又有啥關係呢 關係這就來了 在地球上科學家們已經發現了 一種不需要陽光的生物群體 它們是生活在深淵之下的 海底噴泉口附近 依靠噴泉噴出的熱能和化學能生活 土衛二的情況呢 就正是地球上這種深淵系統 非常完美的外星拷貝 讓我們再回到卡西尼號的發現 卡西尼號不僅在土衛二上找到了水 也從噴射物當中找到了氫氣、甲烷 二氧化碳和胺類物質 甲烷在尋訪外星生命這件事情上 有著非常重要的意義 中美的火星探測項目 重要目標之一 也是要在火星上尋找甲烷的痕跡 因為它是一個重要的生命指標 微生物、動物的新陳代謝 都會產生甲烷 你要是找到了甲烷 那也就說明這個地方 是有生命活動的 所以科學家們通過觀測 星體大氣當中甲烷濃度的變化 就能夠推測那裡是否有 類似於地球生命的存在 除了水和甲烷 卡西尼號在土衛二 發現的胺類物質 也是構成生命很關鍵的物質 因為它是構成氨基酸的基本部件 這些發現讓科學家們 對土衛二這個小不點星球 開始刮目相看 就開始在想 有沒有可能在它上面 發現類似於地球的生命形式呢 還遠不止這些 越是分析卡西尼號 傳回來的海量數據 就越讓科學家們驚嘆哪 2017年 德國海德堡大學的 弗蘭克·波斯伯格教授領導一個小組 繼續研究土衛二的噴發物構成 發現了大型的複雜的有機分子碎片 這個發現也非常重要 然後團隊再接再厲 又在2018年6月27號 在《自然》雜誌上發表了一篇文章 提出土衛二噴發物當中 存在著一種複雜的有機分子 這種分子的重量 是甲烷分子的10多倍 估計是從海洋的溫水 和星體岩石內核的反應中 產生出來的 那這兩個發現 甲烷分子和大型有機分子 出現在土衛二上 讓全球的天文學界都炸開了鍋 這個土衛二 似乎又是一個生命搖籃哪 似乎這些發現還不夠勁爆 2019年這個研究小組 又發表了一篇文章 說在土衛二的噴發物裡面 發現了複雜的 含氧、氮、氫、芳香環的化合物 那這個東西就和氨基酸非常接近了 波斯伯格教授團隊的一位作者說 土衛二它提供了 構成生命的全部基本要素 這也是除地球之外 目前唯一一個已知的天體 具備了孕育生命這麼周全的條件 連火星都沒有這麼周全的條件 你甚至可以說土衛二 就是一個迷你地球 可是它與地球的差別主要是在於 它沒有地球這樣稠密的大氣層 表面溫度又極低 所以它是不太可能存在地球這樣 繁榮的地表生態圈 但是它又有和地球 非常類似的內部構造 又有活躍的地熱活動 所以它的地層深處 存在著生命活動的可能性 仍然是非常高的 那作為孕育生命的搖籃這個意義上講 說它是一個迷你地球 其實並不為過 但是要讓這個結論變得更加實錘 還需要更多的觀測證據 所以韋伯在2021年底一被發射升空 土衛二就被列在了它的觀察名單上 那說到這兒 大家應該都明白了 為什麼在霍普金斯大學的天文學會議上 法吉的報告會這麼引人注意 它就是講關於土衛二的發現的嘛 有的朋友可能會疑惑 卡西尼號對土衛二 那是近距離觀察 直接從水霧當中穿過 最近的時候 離它表面只有20幾公里 可是韋伯太空望遠鏡呢 距離就遠多了 它和土衛二的距離超過了12億公里 那為啥大家更期待韋伯的結果呢 那是因為韋伯望遠鏡 具有更加廣闊的視角和敏感的儀器 它可以捕捉到土衛二周圍 微弱的氣體信號 而這些信號即使卡西尼號 近距離工作了10年之久 也是檢測不到的 法吉說在2022年11月9號 韋伯短暫的瞧了瞧土衛二 只看了它4.5分鐘 就拍下了巨大 而且非常寒冷的水蒸氣羽流 羽流是啥呢 它本來是流體力學當中的專業用詞 是指一種流體在另一種流體當中移動 但是這個詞也被常常用來描述 噴泉噴出的那個水柱 所以水蒸氣羽流在這裡指的 就是土衛二噴出的那個水蒸氣柱子 韋伯觀察到的土衛二羽流密度並不高 更像是一片迅速擴散的冷雲 而不是像潮濕的水霧 韋伯也分析了土衛二的反射光光譜 得到的材料更加是鼓舞人心 因為韋伯從光譜當中找到了很多 有機化學物質存在的證據 這些物質顯示 在土衛二的海洋當中 很可能是有活躍的生物活動 法吉最後說 我們還有更多的驚喜 但是在這次天文學會議上發表呢 時機還不成熟 讓大家等她的正式論文發表 那這樣看起來 韋伯對於土衛二 還有更多驚人的發現 2023年5月10日 韋伯望遠鏡的管理團隊 發表了望遠鏡的第二輪觀測清單 他們從1600個項目申請當中 只選中了249個 其中一個就是研究土衛二的項目 這次韋伯管理團隊 分給了土衛二研究者 更多的觀察時間 大約半個鐘頭 他們可以利用這段時間 觀察星體周圍的化學物質 捕捉到更多有關地表 和海洋的生物訊息 韋伯的新發現 讓土衛二在外星生命探索領域 人氣飆升 炙手可熱 氣勢大有超過火星的勢頭 而且NASA也在準備 下一個軌道飛行任務 準備再弄一個 類似卡西尼的軌道探測器 去土星環遊 而且這回還要稍帶上一台 新型的探月蛇型機器人 其實就是一台機器蛇 他們準備讓這個機器人登海 不是登陸 是登海啊 直接投放到土衛二的海洋 讓它潛入進去 一窺那裡神秘的海洋生物 想想就很讓人興奮哪 再下一步 當然就是讓宇航員登陸土衛二了 只不過這個計劃離實施還比較遙遠 肯定會排在登陸火星之後 因為NASA為登陸火星 已經做了太多的準備 不可能半途而廢 但是NASA登陸土衛二的想像圖 早就出來了 在土衛二的不同位置上登陸 會有啥效果 如果宇航員登上的是土衛二的南極 那他抬頭看到的天空 將會是一片漆黑 和阿波羅登月宇航員看到的是一樣的 因為土衛二也是沒有大氣層 宇航員所看到的太陽 是弱弱的懸在地平線之上 太陽圓盤的尺寸 只有地球上看到的九分之一 他們也會看到土星 但是土星就會是一個懸浮在 地平線上的龐大星體了 那麼如果宇航員的登陸地點 是在土衛二的赤道附近 他又會看到什麼呢 土衛二和地球的衛星月亮一樣 處於潮汐鎖定狀態 它永遠只有一面對著土星 宇航員如果是降落在 朝土星的那一面呢 那麼他在土衛二的赤道上 將會看到土星永遠懸在頭頂 土星將是天空中最壯觀的天體 它有多大呢 它的直徑大概是地球上 看到的滿月的120倍 那絕對是地球上見不到的奇觀 這個場景相當玄幻 幾乎就是科幻雜誌的封面了 原本科學家們假定 適宜人類居住的宜居帶行星 地球、金星和火星 只有地球上有豐富的水資源 適合人類居住 水星和金星都是煉獄一樣的環境 火星呢似乎是存在過 遠古的海洋和生物 但是現在也是一片荒漠了 只有在火星北極 存在著少量的冰凍淡水 而且除了地球 其他三顆星球都沒有磁場 地質活動也不活躍 更像是走向死亡 或者是已死的行星 絲毫沒有生命存在的痕跡 然而在土衛二 這顆冰凍衛星的表面之下 居然隱藏著流動的海洋 這徹底改變了科學界 對外星生命存在型態的舊觀念 地球二號未必又是一顆藍色的行星啊 它有可能是一個白色的冰球 雖然外殼酷寒 也沒有大氣層 但是它有一個活的內核 有地熱 就能夠在酷寒的地殼裡面 維持一個溫暖流動的海洋 而生命就在那裡繁衍生息 那麼好 今天的故事就分享到這 謝謝大家 如果您覺得這期節目 或者咱們這個頻道有意思的話 就請訂個閱 關個注 下回更新不迷路 散會 最後剪輯師小謝拍了個案 你的意思是說 迷你地球很傲嬌嗎 表面很冰山 內在很溫柔？