新研究發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二正在噴發(fā)有機(jī)分子

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原創(chuàng)：Jeff Hecht

翻譯：李思綺

審核：牧夫天文校對組

美編：趙書晨

后臺：李子琦

原文鏈接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/new-study-identifies-organic-molecules-spewing-from-saturns-icy-moon-enceladus/

土衛(wèi)二噴發(fā)出的有機(jī)分子為土星冰封海洋的宜居性帶來了新的希望。

在 2017年任務(wù)結(jié)束之前，卡西尼號曾多次飛越土衛(wèi)二噴發(fā)的冰柱。它們來自土衛(wèi)二表面以下的海洋。

卡西尼探測器在土衛(wèi)二的冰封表層下發(fā)現(xiàn)海洋二十年以后，一項(xiàng)對歷史數(shù)據(jù)的新研究暗示該衛(wèi)星可能具備更高的宜居性。這一發(fā)現(xiàn)來源于一份記錄冰粒從噴發(fā)到撞擊卡西尼探測器過程的數(shù)據(jù)，其中揭示了此前從未在土衛(wèi)二上觀測到的有機(jī)化合物。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)并不是外星生命存在或土衛(wèi)二可能宜居的明確證明，行星科學(xué)家諾扎伊爾·卡瓦加（柏林自由大學(xué)）指出，但是它具有很強(qiáng)的暗示性。歐洲空間局在這一發(fā)現(xiàn)的鼓舞下啟動了名為L4的宏偉任務(wù)——在土衛(wèi)二上尋找生命的跡象。按計劃，L4探測器將在2040到2042年間發(fā)射，于大概2050年到達(dá)土衛(wèi)二，其任務(wù)包含環(huán)繞土衛(wèi)二、登陸并采樣土衛(wèi)二的地下海，以及順訪土星的其他衛(wèi)星。

卡西尼號花了13年探索土星及其衛(wèi)星，其間多次飛越土衛(wèi)二和土星的E環(huán)（該環(huán)帶有收集來自土衛(wèi)二冰羽流的噴發(fā)物）。卡瓦加自從2012年開始攻讀博士學(xué)位起，便開始對卡西尼號的宇宙塵埃分析儀（CDA）質(zhì)譜儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以探索土衛(wèi)二海洋的物質(zhì)構(gòu)成。

卡瓦加最初使用的是CDA質(zhì)譜儀新鮮出爐的數(shù)據(jù)。當(dāng)時，大部分采集的塵埃來自于E環(huán)，其撞擊傳感器的速度不超過12千米/秒。當(dāng)卡西尼號接近從海洋里直接噴發(fā)出來的粒子時，傳感器所感受到的撞擊速度更高，上限為18千米/秒。

通過對比不同區(qū)域的撞擊速度，卡瓦加發(fā)現(xiàn)來自E環(huán)的塵埃含有水分子的特征，而這些特征模糊了卡瓦加希望看見的有機(jī)化合物的信號。但是，剛從冰羽流里噴發(fā)出來的粒子并沒有此類干擾。

他還發(fā)現(xiàn)撞擊速度與撞擊粒子在太空中停留的時間有關(guān)：速度較慢的粒子來源于地下海的噴射，之后被E環(huán)捕獲，在太空中嚴(yán)酷的環(huán)境下待了數(shù)年；而速度更快的粒子于從土衛(wèi)二表面噴發(fā)后幾分鐘內(nèi)就撞上了卡西尼號。由此可見，這些高速粒子在被探測到時仍保留著在土衛(wèi)二形成的分子結(jié)構(gòu)。

在卡西尼探測器于2017年9月15日結(jié)束任務(wù)之后，新的觀測已經(jīng)無法繼續(xù)進(jìn)行，但仍有大量的未被分析的數(shù)據(jù)。卡瓦加的團(tuán)隊(duì)通過篩選這些數(shù)據(jù)來尋找探測器最接近羽流噴發(fā)源的測量記錄——這些地方最有可能看到更多的有機(jī)分子。

在研究2008年某次冰羽流噴發(fā)后幾分鐘內(nèi)采集的數(shù)據(jù)時，“我們發(fā)現(xiàn)了前所未見的有機(jī)化合物的記錄，”卡瓦加（10月1日《Nature Astronomy》中一篇論文的第一作者）說。

他的團(tuán)隊(duì)辨認(rèn)出了多種分子，包括碳原子鏈與含氧碳環(huán)體系。這些分子是構(gòu)成更復(fù)雜有機(jī)分子的前提，例如嘧啶類物質(zhì)，一種近期也在小行星101955的上被發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)。卡瓦加推測，這些分子形成的環(huán)境可能與地球海洋深處熱液噴口附近類似。

未參與該研究的安德魯·科茨（倫敦大學(xué)學(xué)院）表示，這些研究成果"進(jìn)一步佐證"了土衛(wèi)二地下海洋的巖質(zhì)或砂質(zhì)基底可能正在發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)。他補(bǔ)充說道：“現(xiàn)在我覺得土衛(wèi)二和木衛(wèi)三的宜居可能性很高。”

目前正有兩個探測器正奔往木星和同樣擁有地下海洋的木衛(wèi)二：歐空局于2023年四月發(fā)射的JUICE探測器與NASA一年后發(fā)射的Europa Clipper任務(wù)（后者預(yù)計于2030年開始收集數(shù)據(jù)），兩項(xiàng)任務(wù)均搭載了新一代的探測器和質(zhì)譜儀。而計劃于2050年抵達(dá)目的地而L4探測器將使用更加先進(jìn)的技術(shù)以及卡瓦加正在構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室模型探測土衛(wèi)二。

責(zé)任編輯：周學(xué)云

牧夫新媒體編輯部

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圖源：NASA

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