28亿年前的地球大气是什么样的？这颗卫星就是活生生的例子

显示全部楼层 · 2021-2-27 09:57:33

太阳系最宜居星球

科学家曾经根据天体与地球的相似度以及宜居指数对可能存在生命的星球进行排名，在这个排名中，位列榜首的太阳系天体不是即将建立人类基地的月球，也不是几十年内将有人类定居的火星，而是一颗卫星——土卫六。14亿公里外的这颗卫星，曾经一度被认为是太阳系最大的卫星，但最终以2575公里的半径略逊于木卫三的2631公里，屈居太阳系第二。不过，这丝毫不影响土卫六的重要地位，它甚至远比木卫三更受重视。在太阳系内所有的卫星中，土卫六是唯一拥有完整大气层的，而且它的大气中主要成分也是氮气，这和地球非常相似。不仅如此，土卫六表面还流动着液态的有机海洋，这对于生命来说也是至关重要的。

（图片说明：土卫六北极湖泊的艺术图）正是因为这些因素，让土卫六成为了科学家们重点关注的对象。随着科学家们对它的了解越来越多，一个惊人的想法逐渐浮出水面。28亿年前的地球今天土卫六的大气中，有98.4%都是氮气，比地球的78%还要高。不过科学家认为，如果我们向前追溯28亿年，那时候的地球大气，可能非常类似于今天的土卫六。那个时候，地球上还只有大量的初级生命，比如蓝藻。正是在这些蓝藻的光合作用下，地球大气层中的二氧化碳被大量吸收，同时释放出氧气，达成了氧气和氮气的相对平衡。

（图片说明：远古地球环境假想图）因此，对于科学家来说，对土卫六的研究意义不仅仅在于寻找可能的地外生命，更是追溯到最古老的地球历史，了解地球环境的变化，是如何从一片死寂逐渐走到生机勃勃的。然而，我们对于土卫六大气的了解仍然非常有限。更重要的是，土卫六表面的大气压是地球的1.5倍，而它的质量又比地球小得多，这意味着它的大气层要比地球更加浓厚。不仅如此，土卫六的大气中还弥漫着大量的光化学雾气，它们可以散射光线，对我们的观测造成干扰。研究表明，这种雾是由碳、氧、氮等元素组成的复杂有机分子所形成的纳米颗粒，其来源就是宇宙辐射击中甲烷和氮气等分子而造成的化学反应，科学家们将这些产物称为索林斯。正是这些索林斯的存在，让科学家们对土卫六的了解非常有限，甚至索林斯本身也充满了未知。

为了了解这种物质，一支国际科学家团队在实验室中对这种神秘的物质进行了观察和分析。为此，他们几乎“重建”了土卫六大气层。地球上的土卫六大气Fabian Schulz和Julien Maillard是本次实验的领导者，他们介绍说：“我们在一个不锈钢的容器中通入了氮气和甲烷，并且利用放电引发化学反应，借此来模拟土卫六的大气条件。接下来，我们在位于苏黎世的实验室中对超过100种土卫六的索林斯成分进行分子层面的分析，并且通过我们开发的低温原子力显微镜获得了其中十几种分子的原子图像。”

（图片说明：本次实验中所用到的设备）正是这种直击本质的研究方法，让他们更好地了解这些分子的发展阶段。戈达德太空飞行中心的研究员Conor A. Nixon对此评论说：“这是我们首次直接看到了类似于构成了土卫六大气中橙色浓雾的物质的分子结构，令人兴奋的是，这样的方法为天体生物化学物质分析提供了一个全新的手段，也可以应用于对陨石和从其他行星带回来的样品的分析。”不仅如此，他们的研究还有可能向我们揭示了土卫六上独特的以甲烷为基础的“水”循环过程。在我们地球上，这样的循环确实是以水为基础，河流的水会流进湖泊或海洋，后者的水可以蒸发到大气中，然后再通过降雨回到河水中。对于土卫六来说，同样的过程也在进行着，只不过主角不是水，而是甲烷。

由于表面温度只有大约-179，因此甲烷（熔点-182.5，沸点-161.5）得以进行三种形态的转变。大气中的甲烷以降雨的形式落在表面，形成碳氢化合物湖泊，同时这些湖泊也能蒸发出甲烷气体回到大气中。在这个过程中，索林斯也扮演着重要的角色，这也是研究团队想要搞清楚的问题之一。更重要的是，这对于揭示地球的生命演化之谜，也有着巨大的意义。这一次的研究表明，索林斯中的一些分子结构非常有利于吸收紫外线。在几十亿年前，它们或许也充斥在地球大气中，吸收了来自太阳的辐射，保护了那个时候还比较脆弱的DNA分子，给早期生物提供了良好的生存环境。有限的研究，无限的未来

（图片说明：卡西尼号探测器从黑夜侧拍摄的土卫六）目前来说，我们对于土卫六的了解，很大程度上是依赖于2004年-2017年期间卡西尼号探测器对土星的近距离观测和研究。即便如此，由于浓厚的大气层和索林斯产生的浓雾，科学家们能够获取的信息仍然非常有限。当然了，这也不是科学家想要看到的结果。实际上，和卡西尼号一起探测土星的，还有惠更斯号探测器，这是一个着陆于土卫六表面的探测器，我们可以称之为“土卫六车”。然而，由于设计上的原因，惠更斯号只传回了一半的土卫六照片，这使得科学家们想要获得的信息远比预想中要少，在很大程度上限制了对土卫六的研究，让我们与土卫六世界失之交臂。

（图片说明：蜻蜓号无人机在土卫六探索的艺术图）但是，土卫六实在太重要了，科学家是不会放弃它的。根据计划，NASA将会发射一款名为“蜻蜓号”的无人机探测器，并且在2034年抵达土卫六，对这颗最有希望孕育生命的卫星之一进行探索。随着我们对土卫六的了解越来越深入，或许真的可以看到远古地球曾经的模样，并且见证地球可能经历的生命演化过程。而且，土卫六虽然不一定支持我们这样的生命存在，但有机物海洋或许能够允许其他形式的生命在此生存。希望在蜻蜓号抵达土卫六的时候，会给我们带来令人喜悦的消息。