谷神星發(fā)現(xiàn)生命痕跡了？對(duì)話中山大學(xué)李薦揚(yáng)：還早，但可能存在地下液態(tài)海洋和內(nèi)部物質(zhì)交換

搜狐科技《思想大爆炸——對(duì)話科學(xué)家》欄目第135期，對(duì)話中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院行星環(huán)境與宜居性研究實(shí)驗(yàn)室教授李薦揚(yáng)。

嘉賓簡介：

李薦揚(yáng)，中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院行星環(huán)境與宜居性研究實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)樘栂敌√祗w，曾作為核心團(tuán)隊(duì)成員參與包括深度撞擊、黎明號(hào)在內(nèi)的NASA小天體探測(cè)項(xiàng)目，在多數(shù)項(xiàng)目中獲團(tuán)隊(duì)成就獎(jiǎng)。國際天文學(xué)會(huì)2008年將21496號(hào)小行星命名為“李薦揚(yáng)星”。

• 谷神星是距離我們最近的冰海洋星球，很可能存在大量地下液態(tài)水，并含有大量生命必須的元素，如碳、氫、氮、氧等。

• 谷神星內(nèi)部溫度很低，之所以有液態(tài)水，可能是因?yàn)樗鼉?nèi)部含有很多鹽分，像銨鹽會(huì)降低水的熔點(diǎn)，保持它的液態(tài)。

• 谷神星探測(cè)有很多優(yōu)勢(shì)，離我們近，燃料消耗少；重力小，做著陸比冰衛(wèi)星容易得多；而且環(huán)境簡單。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

在太陽系火星和木星軌道之間的小行星帶中，谷神星是最小的，也是唯一位于小行星帶的矮行星，由意大利天文學(xué)家皮亞齊于1801年1月1日發(fā)現(xiàn)。

谷神星（Ceres）名字的由來也很有趣，它來自羅馬神話中掌管農(nóng)業(yè)和豐收的女神克瑞斯，克瑞斯是羅馬的大地母神，掌管著谷物生長、四季更替以及土地豐饒。而谷神星被發(fā)現(xiàn)時(shí)位于金牛座，被確認(rèn)時(shí)位于室女座，這兩個(gè)星座都象征著農(nóng)業(yè)和土地。

不過，雖然谷神星象征著生長和希望，但一直以來人們認(rèn)為谷神星只是冰冷的巖石，毫無生機(jī)。但近期，基于NASA“黎明號(hào)”任務(wù)數(shù)據(jù)的新研究表明，谷神星可能蘊(yùn)藏著維持生命的合適成分與環(huán)境。

針對(duì)這一令人興奮的研究成果，搜狐科技對(duì)話了李薦揚(yáng)教授，他曾擔(dān)任黎明號(hào)谷神星拓展探測(cè)階段的共同責(zé)任人。

“原來小行星帶里可以有這么多水”

李薦揚(yáng)跟谷神星打交道已經(jīng)很多年了，早在美國馬里蘭大學(xué)讀博的時(shí)候就開始接觸谷神星的數(shù)據(jù)，那時(shí)他會(huì)用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的數(shù)據(jù)分析表面的反照率、亮度變化、顏色等等，等2007年“黎明號(hào)”發(fā)射了，又出現(xiàn)了很多有趣的新結(jié)果。

“這次的發(fā)現(xiàn)把我們認(rèn)對(duì)于谷神星的認(rèn)知全部改變了，也讓我們意識(shí)到太陽系里面的宜居環(huán)境可能比過去認(rèn)知到的更為廣泛。”李薦揚(yáng)如是說。

一般來說，主小行星帶離太陽相對(duì)來說比較近，表面溫度足夠高，而且表面沒有大氣，所以它的表面不能有水冰存在，會(huì)很快揮發(fā)掉。而且小行星本身很小，內(nèi)部含水量也不會(huì)太多。

所以以前人們認(rèn)為谷神星以及主小行星帶里的小行星含水量是極少的。2003年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)谷神星表面有一些礦物，而這些礦物是需要液態(tài)水的存在才能形成，這是“黎明號(hào)”之前大家對(duì)谷神星的認(rèn)識(shí)。

“等到了04、05年，科學(xué)家分析了哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，提出谷神星內(nèi)部可能含有大量的水，甚至占到總質(zhì)量的四分之一。”

李薦揚(yáng)說，谷神星在主小行星帶里是最大的一個(gè)小行星，質(zhì)量占所有小行星總質(zhì)量的三分之一，這樣一來，大家意識(shí)到，“原來小行星帶里可以有這么多水。”

“黎明號(hào)”最初的主要任務(wù)并不是研究谷神星上有多少水，而是研究它的普遍特性，后來根據(jù)它的發(fā)現(xiàn)，大家推測(cè)谷神星內(nèi)部可能含有液態(tài)水。因?yàn)橐簯B(tài)水是生命存在的一個(gè)必要條件，能夠提供穩(wěn)定的溫度環(huán)境，也有利于化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)交換等等，這樣看來，谷神星也可能具備宜居環(huán)境。

而這次，李薦揚(yáng)在美國的同事格林斯普恩在采訪時(shí)也提到，最引人矚目的發(fā)現(xiàn)是在一個(gè)隕石坑中檢測(cè)到了鹽沉積物，這是最直接、最關(guān)鍵的證據(jù)。

李薦揚(yáng)分析，這是通過光譜觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的，撞擊坑的中心發(fā)現(xiàn)了碳酸鹽、氯化鉀和氯化鈉等等，而這里發(fā)現(xiàn)的鹽沉積物，應(yīng)該是我們平時(shí)吃的食鹽和水分子結(jié)合起來形成的晶體。

而且，由于谷神星表面有太陽的直接照射再加上真空環(huán)境，這些含有水分的晶體會(huì)很快揮發(fā)掉，失水的時(shí)間尺度大概在一兩百年左右。換句話說，它是在近百年左右形成的。要知道在天文地質(zhì)里，百年只是一瞬間，可以理解成是剛剛產(chǎn)生的。

在李薦揚(yáng)看來，水的鹽分應(yīng)該是地下液態(tài)水涌出表面后干涸形成的。地下水中含有很多鹽分，等水干了，鹽分就析出。近期發(fā)生也意味著或許谷神星內(nèi)部還有液態(tài)水的活動(dòng)，可能存在地下液態(tài)海洋和表面的物質(zhì)交換，這種環(huán)境對(duì)生命宜居性有很重要的意義。

這樣一來，鹽沉積物也為研究谷神星內(nèi)部液體環(huán)境提供了一個(gè)新的線索，“本來只能看到谷神星表面，看不到內(nèi)部，但現(xiàn)在內(nèi)部的東西翻上來了，就可以更好地研究內(nèi)部物質(zhì)了。”李薦揚(yáng)如是說。

谷神星可能有生命存在的三要素

談及生命所需成分時(shí)，李薦揚(yáng)表示：“我們?cè)趯ふ蚁低馍蛘咭司迎h(huán)境時(shí)，常說的生命存在三要素包括能量來源、生命物質(zhì)以及液態(tài)水。”

谷神星很大可能是有液態(tài)水的，但也不能說找到了，因?yàn)槟壳斑€沒有直接證據(jù)。至于生命元素，像碳、氫、氧、氮元素谷神星上面是有的，硫元素可能存在，但到目前為止也沒發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的化合物，可能是含量少，可能是沒有，也可能是還探測(cè)不到。

至于能量來源，因?yàn)楣壬裥请x太陽比地球遠(yuǎn)得多，所以陽光在谷神星上的強(qiáng)度只有地球的十分之一，而且谷神星和那些冰衛(wèi)星也不同，像木星和土星本身有很強(qiáng)大的磁場(chǎng)，而且質(zhì)量也很大，其他衛(wèi)星在它周圍運(yùn)行的時(shí)候會(huì)受到潮汐力的影響和空間環(huán)境的影響，給它內(nèi)部輸送能量。

但對(duì)于谷神星來說，它內(nèi)部是沒有這樣的能量來源的，只有太陽的能量，但太陽能量又比較低，所以它的能量來源相對(duì)是比較少的。

談到這，我們不免發(fā)問，谷神星和這些冰衛(wèi)星到底有什么異同呢？

對(duì)此，李薦揚(yáng)解釋道：“它們內(nèi)部可能都有液態(tài)水或者相似的礦物成分，但對(duì)于冰衛(wèi)星來說也只是推測(cè)，還沒有直接證據(jù)。區(qū)別則在于冰衛(wèi)星的地下海洋可能是全球性的，它的表面是冰殼，但里面有全球性的液態(tài)層，再里面是固態(tài)的內(nèi)核。”

“谷神星內(nèi)部溫度較低，又沒有能量輸入，可能很多地方的液態(tài)水都凍起來了，只有一塊塊的區(qū)域性海洋，所以液態(tài)水的活動(dòng)性較弱；另一方面，它們的物理特性也有很大差別，相比于比月球還大的伽利略衛(wèi)星，谷神星的直徑只有1000公里，表面重力較弱，環(huán)境也較簡單。”李薦揚(yáng)如是說。

其實(shí)科學(xué)家們利用計(jì)算機(jī)模型發(fā)現(xiàn)，在25億至40億年前，巖石核心的放射性衰變可能產(chǎn)生了足夠的熱量來支持熱液活動(dòng)，那為什么谷神星的能量慢慢消失了呢？

李薦揚(yáng)稱這是個(gè)普遍的結(jié)果，對(duì)所有行星來說，尤其是比較大的天體內(nèi)部早期形成的時(shí)候都會(huì)有這種放射性的元素，這些元素在太陽系形成的時(shí)候廣泛分布在任何地方，行星在形成后會(huì)收集大量元素，它們的放射性衰變會(huì)產(chǎn)生熱量，所以行星內(nèi)部都會(huì)被加熱，如果溫度足夠高，就會(huì)熔融，像地球、火星內(nèi)部早就熔融了。

對(duì)于谷神星來說，內(nèi)部也有這種放熱，但因?yàn)榭傎|(zhì)量小，所以放射性元素總量少，二是散熱比較快，內(nèi)部溫度升溫不會(huì)太高。而且現(xiàn)在這些放射性元素都衰變完了，谷神星保溫性能又不夠好，所以內(nèi)部溫度已經(jīng)冷卻下來了，熱液活動(dòng)也減弱了。

“谷神星的內(nèi)部溫度很低，低于在地球上存在液態(tài)水的溫度條件，而之所以有液態(tài)水，可能是因?yàn)樗鼉?nèi)部含有很多鹽分，特別是像氯化銨，銨鹽會(huì)極大降低水的熔點(diǎn)，所以能保持它的液態(tài)。”李薦揚(yáng)解釋道。

離發(fā)現(xiàn)生命痕跡還早

李薦揚(yáng)坦言，我們現(xiàn)在離發(fā)現(xiàn)生命痕跡還很早，“黎明號(hào)”帶來了很多好的線索，這些線索告訴我們谷神星很可能有宜居環(huán)境，但科學(xué)研究需要十分嚴(yán)謹(jǐn)，沒有直接看到的東西都是推測(cè)。

從探測(cè)的角度來說，要進(jìn)一步去探測(cè)谷神星內(nèi)部是否存在液態(tài)水，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何，生命物質(zhì)的化學(xué)成分、酸堿環(huán)境、氧化還原環(huán)境等，只有把這些搞清楚才能確定是否有宜居性。如果有的話，以什么方式去尋找、生命痕跡最有可能以哪些形式存在都是大問題。

如果谷神星的宜居環(huán)境真的可以確定的話，意義是很重大的，相比于冰衛(wèi)星，谷神星的探測(cè)有很多優(yōu)勢(shì)。

“最大的優(yōu)勢(shì)就是離我們近，木星距離太陽5.2個(gè)天文單位，谷神星只有一半，燃料消耗少；谷神星重力小，周圍也沒有木星土星這樣的大質(zhì)量天體，做著陸和采樣返回會(huì)比冰衛(wèi)星容易得多；而且木星磁場(chǎng)里有很多高能粒子，環(huán)境惡劣，對(duì)電子器件傷害大，但谷神星環(huán)境簡單，沒有這些問題。”

談及研究初衷，李薦揚(yáng)稱是興趣使然。“我從小就對(duì)天文感興趣，但那時(shí)我國有天文系的學(xué)校比較少，所以我想著本科先學(xué)物理，因?yàn)槲锢硎腔A(chǔ)，計(jì)算機(jī)也是因?yàn)楦信d趣，所以就學(xué)了雙學(xué)位。”

從中科大畢業(yè)后，李薦揚(yáng)在美國馬里蘭大學(xué)獲得了天文學(xué)博士學(xué)位，并繼續(xù)從事博士后研究，之后又在馬里蘭大學(xué)和美國行星科學(xué)研究所陸續(xù)做到資深研究員，去年2月，他回國加入了中山大學(xué)。

“國內(nèi)行星科學(xué)發(fā)展得非常迅猛，也很有潛力，大家的思維也很活躍，地面觀測(cè)設(shè)施也在慢慢發(fā)展。雖然西方國家開始得比較早，但在深空探測(cè)技術(shù)方面，中國已經(jīng)不比國外差多少了。”李薦揚(yáng)如是說。

李薦揚(yáng)稱自己特別幸運(yùn)，博士一畢業(yè)就跟導(dǎo)師一起參與深度撞擊任務(wù)，這個(gè)任務(wù)把他帶入到了深空探測(cè)領(lǐng)域，也讓他結(jié)識(shí)了很多優(yōu)秀的科學(xué)家。后來他又參與了黎明號(hào)、OSIRIS-REx、DART在內(nèi)的所有2005年之后的NASA小天體探測(cè)項(xiàng)目，還得到了21496號(hào)小行星的命名。

“我在美國JPL的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)有一塊大屏播放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，很多任務(wù)一開始完全不知道小天體長什么樣，等航天器靠近目標(biāo)的時(shí)候，我們一群人圍上去著看，像看電影似的，看一個(gè)小點(diǎn)慢慢變大，然后發(fā)現(xiàn)它的表面長的很出乎意料，大家又開始激烈地討論，非常讓人激動(dòng)。”回憶起當(dāng)時(shí)的情景，李薦揚(yáng)依然難掩興奮。

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