隨著天文物理學技術和研究的不斷進步，一個問題仍然存在：宇宙其他地方是否存在生命？ 光是銀河係就有數千億個天體，但科學家在不斷的探索中經常尋找三種關鍵元素：水、能量和有機物質。 有證據表明，土星冰冷的衛星土衛二是一個包含這三者的“海洋世界”，使其成為尋找生命的主要目標。

在其 20 年的任務中，美國太空總署的卡西尼號太空船發現冰羽從土衛二表面噴出，速度約為每小時 800 英里（400 m/s）。這些羽流為收集樣本和研究土衛二海洋的成分和潛在的可居住性提供了絕佳的機會。然而，到目前為止，尚不清楚羽流的速度是否會碎裂冰粒中包含的任何有機化合物，使樣品降解。

這張藝術渲染圖顯示冰羽以高達 800 英里/小時的速度從土衛二噴出。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

現在，來自加州大學聖地牙哥分校的研究人員已經展示了明確的實驗室證據，表明這些冰羽中運輸的氨基酸可以在高達4.2 公里/秒的撞擊速度下倖存下來，這支持了航天器採樣期間對它們的檢測。他們的研究結果發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

從 2012 年開始，加州大學聖地牙哥分校化學和生物化學傑出教授 Robert Continetti 和他的同事定制了一台獨特的氣溶膠撞擊光譜儀，旨在研究單一氣溶膠和顆粒的高速碰撞動力學。雖然它不是專門為研究冰粒影響而建造的，但事實證明它正是這樣做的合適機器。

「該設備是世界上同類設備中唯一能夠選擇單一粒子並將其加速或減速到選定的最終速度的設備，」Continetti說。 “從幾微米直徑到數百奈米，在各種材料中，我們能夠檢查顆粒行為，例如它們如何分散或它們的結構在撞擊時如何變化。”

加州大學聖地牙哥分校化學教授羅伯特康蒂內蒂實驗室客製的氣溶膠衝擊光譜儀。冰粒以超高速撞擊微通道板探測器（最右側），然後可以進行原位表徵。圖片來源：羅伯特康蒂內蒂實驗室/加州大學聖地牙哥分校

2024 年，美國太空總署將發射歐羅巴快船前往木星。木衛二是木星最大的衛星之一，是另一個海洋世界，具有與土衛二相似的冰成分。 NASA希望快艇或任何未來的土星探測器將能夠識別冰粒中的一系列特定分子，這些分子可能表明這些衛星的地下海洋中是否存在生命，但這些分子需要在它們的快速噴射中倖存下來。

美國太空總署歐羅巴快艇太空船的藝術家渲染圖。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

儘管人們已經對冰粒中某些分子的結構進行了研究，但康蒂內蒂的團隊是第一個測量單個冰粒撞擊表面時會發生什麼的團隊。

為了進行實驗，冰粒是使用電噴霧電離產生的，其中水被推過保持在高壓下的針，感應電荷將水分解成越來越小的水滴。然後將液滴注入真空中並在那裡凍結。研究小組測量了它們的質量和電荷，然後使用影像電荷探測器來觀察顆粒飛過光譜儀時的情況。該實驗的關鍵要素是安裝微通道板離子探測器，以將撞擊時刻精確地計時到奈秒。

結果表明，氨基酸（通常被稱為生命的組成部分）可以在 4.2 公里/秒的撞擊速度下以有限的碎片進行檢測。

「為了了解太陽系中可能存在什麼樣的生命，你想知道冰粒樣本中沒有大量的分子碎片，這樣你就可以獲得形成任何生命的指紋。 它是一種獨立的生命形式，」Continetti說。 “我們的工作表明，土衛二的冰羽是可能實現這一點的。”

本研究也對化學本身提出了有趣的問題，包括鹽如何影響某些胺基酸的可檢測性。據信土衛二擁有廣闊的鹹海——比地球上的鹹海還要多。由於鹽會改變水作為溶劑的特性以及不同分子的溶解度，這可能意味著某些分子聚集在冰粒表面，使它們更有可能被檢測到。

Continetti說：「這對於在不前往這些海洋世界衛星表面的情況下探測太陽係其他地方的生命的意義非常令人興奮，但我們的工作不僅僅是冰粒中的生物特徵。它對基礎化學也有影響。 我們很高興能夠追隨加州大學聖地亞哥分校創始教授哈羅德·尤里和斯坦利·米勒的腳步，研究冰粒撞擊激活的化學反應如何形成生命的基石。”

編譯來源：ScitechDaily