土衛二被厚厚的冰殼包裹著，周圍是廣闊的海洋，是可能存在地外生命的有力競爭者。研究人員認為，甚至不需要在這個小世界上著陸，未來的探測任務就有可能提供答案。亞利桑那大學的研究人員發現，圍繞著土星83顆衛星之一的土衛二上可能存在的地外微生物生命之謎，可能會被一個軌道上的太空探測器所解決。

藝術家對卡西尼號航天器飛過土衛二南極噴發的煙羽的印象。這些羽流很像間歇泉，噴出的是水蒸氣、冰粒、鹽、甲烷和其他有機分子的組合。資料來源：NASA/JPL-Caltech研究人員在《行星科學》雜誌上發表的一篇論文中概述了一個計劃，解釋了一個假想的太空任務如何能夠提供結論性的答案。

最初，當美國宇航局的旅行者1號航天器在1980年勘測土衛二時，它似乎只是天空中一個很小的、不引人注目的”雪球”。然而，在2005年至2017年期間，美國宇航局的卡西尼號探測器對土衛二系統進行了前所未有的詳細探索。當卡西尼號發現土衛二冰雪覆蓋的外表下隱藏著一個溫暖的鹹水海洋，正在釋放甲烷氣體時，科學家們感到非常驚訝。在地球上，甲烷通常是由微生物生命產生的，這使得土衛二成為天文學家認為值得進一步調查的原因。

當卡西尼號飛過土衛二表面噴發的巨大水柱時檢測到了甲烷，以及其他構建生命基礎的有機分子。當這顆小衛星繞著這個環狀氣體巨行星運行時，它被土星巨大的引力場擠壓和拉扯，由於摩擦而使其內部升溫。因此，壯觀的水柱從土衛二冰面上的裂縫和縫隙中噴向太空。

這張圖描述了科學家們認為水是如何與土衛二海洋底部的岩石相互作用，形成熱液噴口系統。這些同樣的煙囪式噴口在地球海洋的構造板塊邊界發現，大約在地表以下7000英尺。資料來源：NASA/JPL-Caltech/西南研究所

去年，亞利桑那大學和巴黎科學與文化大學的一個科學家團隊計算出，如果生命可能在土衛二出現，那麼它的存在很有可能解釋為什麼這個月球在”打嗝“”時冒出甲烷。

新論文的高級作者、亞利桑那大學生態學和進化生物學系副教授Régis Ferrière說：”為了知道是否如此，我們必須回到土衛二去看看。”

在他們的最新論文中，Ferrière和他的合作者報告說，雖然假設土衛二海洋中的活體微生物總量很小，但要確定土衛二外殼下的海洋中是否有類似地球的微生物，只需要一個軌道航天器的訪問就可以了。顯然，派一個機器人爬過冰裂縫並深潛到海底並不容易，但他們已經設計了更現實的任務，將使用升級的儀器對羽流進行採樣，就像卡西尼號那樣，甚至在月球表面登陸。

他說：”通過模擬一個準備更充分、更先進的軌道航天器僅從羽流中收集的數據，我們的團隊現在已經表明，這種方法將足以自信地確定土衛二的海洋中是否有生命，而實際上不必探測月球的深處。這是一個令人激動的觀點。”

土衛二距離地球約8億英里，每33小時完成一次繞土星的軌道。雖然這個月球甚至沒有美國亞利桑那州那麼寬，但由於它獨特的表面在視覺上非常突出；就像一個冰凍的池塘在陽光下閃閃發光，月球反射的光線是太陽系中其他天體所沒有的。沿著土衛二的南極，至少有100個巨大的水柱從冰雪景觀的裂縫中噴發出來，就像來自猛烈火山的熔岩。

科學家們認為，由這些間歇泉式的特徵噴出的水蒸氣和冰粒子促成了土星的一個標誌性的環。卡西尼號航天器對這種噴出的混合物進行了採樣，它將土衛二海洋深處的氣體和其他顆粒帶了出來。

卡西尼號在羽流中檢測到的過量甲烷讓人聯想到在地球海洋的無光深處發現的非凡生態系統：熱液噴口。在這裡，在兩個相鄰的構造板塊的邊緣，海底下的熱岩漿加熱了多孔基岩中的海水，形成了”白煙囪”，噴出炙熱、礦物飽和的海水。由於無法獲得陽光，生物體依靠儲存在白煙囪釋放的化學物質中的能量來謀生。

Ferrière說：”在我們的星球上，儘管有黑暗和瘋狂的壓力，熱液噴口仍然充滿了大大小小的生命。”那裡也許存在的最簡單的生物是稱為甲烷菌的微生物，即使在沒有陽光的情況下也能為自己提供動力。

甲烷菌轉換二氫和二氧化碳以獲得能量，釋放出甲烷作為副產品。費里埃的研究小組根據以下假設建立了計算模型：土衛二有甲烷菌，它們居住在類似於地球上發現的海洋熱液噴口。通過這種方式，研究人員計算了土衛二上的甲烷菌的總質量是多少，以及它們的細胞和其他有機分子可能通過羽流噴出的可能性。

論文的第一作者Antonin Affholder說：”土衛二的生物圈可能是非常稀少的。然而，我們的模型表明，它的生產力足以為羽流提供足夠的有機分子或細胞，以便被未來的航天器上的儀器所採集。”

土衛二最近獲得了關注，被認為是一個有朝一日被重新審視和更徹底調查的地點。由約翰-霍普金斯應用物理實驗室設計的”土衛二軌道器”是一項提案，它設想了一項任務，即從2050年代開始，通過在這個天體上著陸和運行，收集有關土衛二的大量數據。

Affholder說：”我們的研究表明，如果土衛二的海洋中存在一個生物圈，那麼它存在的跡象可以在羽流材料中被發現，而不需要登陸或鑽探，但這樣的任務將需要一個軌道器多次飛過羽流以收集大量的海洋材料。”

該論文包括關於必須從羽流中收集的最低數量的材料的建議，以便有把握地搜索微生物細胞和某些有機分子。可觀察到的細胞將顯示生命的直接證據。發現實際細胞的可能性可能很小，因為它們必須在通過羽流從深海到太空真空的排氣過程中存活下來–對一個微小的細胞來說這是一個相當長的旅程。

相反，作者建議，檢測到的有機分子，如特定的氨基酸，將作為證明或反對一個充滿生命的環境的間接證據。

“考慮到根據計算，土衛二上存在的任何生命的可能都將是極其稀少的，但我們仍然有很大的機會在羽流中永遠找不到足夠的有機分子來明確地斷定它在那裡，”Ferrière說。”因此，我們沒有關注有多少足以證明生命存在的問題，而是問：’在沒有生命的情況下，可能存在的最多數量的有機物質是什麼？”如果所有的測量結果都高於某個閾值，這可能預示著存在生命是一種較大可能性。

Affholder說：”在一個外星世界上捕捉到的活細胞的確切證據可能在幾代人的時間裡仍然難以捉摸。在那之前，我們不能排除土衛二上存在生命的事實可能是我們能做的最好的事情。”