對來自土衛二和木衛二等衛星的冰粒的研究表明，這些冰粒具有探測生命跡象的潛力，為即將進行的配備先進探測儀器的太空任務鋪平了道路。環繞土星和木星運行的一些衛星的冰殼海洋是尋找地外生命的主要候選者。由西雅圖的華盛頓大學和柏林自由大學領導的一項新的實驗室研究表明，從這些行星體中噴射出的單個冰粒可能含有足夠的物質，可供秋天前往那裡的儀器探測生命跡象（如果存在生命的話）。

土星衛星土衛二的藝術家渲染圖描繪了海底的熱液活動和衛星冰殼上的裂縫，這些裂縫允許來自水內部的物質噴射到太空中。新的研究表明，為下一次任務準備的儀器可以在羽流中包含的單個冰粒中發現單細胞的痕跡。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

第一作者、華盛頓大學地球與太空科學博士後研究員法比安-克倫納（Fabian Klenner）說：「我們首次證明，即使是極小部分的細胞物質，也能透過太空船上的質譜儀辨識出來。我們的結果讓我們更有信心，利用即將到來的儀器，我們將能夠探測到與地球上類似的生命形式，我們越來越相信這些生命形式可能存在於含有海洋的衛星上。”

這張圖顯示木衛二表面的紅色條紋，木衛二是木星四顆大衛星中最小的一顆。即將執行的”歐羅巴號快艇”（Europa Clipper）任務將派出儀器對這顆衛星進行調查。新的研究表明，下一次任務中的一個儀器可以在行星體內部噴射的單一冰粒中發現單細胞的痕跡。資料來源：NASA/JPL/伽利略號

這項開放存取的研究成果於3月22日發表在《科學進展》（Science Advances）期刊。該國際團隊的其他作者來自英國開放大學、美國國家航空暨太空總署噴射推進實驗室、科羅拉多大學博爾德分校和萊比錫大學。

科學進步與太空任務

2017年結束的卡西尼號任務在土星衛星土衛二南極附近發現了平行裂縫。從這些裂縫中噴出的是含有氣體和冰粒的羽流。美國國家航空暨太空總署（NASA）的”歐羅巴號快艇”（Europa Clipper）任務計劃於10月發射，將攜帶更多儀器，對木星的一顆冰衛星–歐羅巴進行更詳細的探索。

為了準備這次任務，研究人員正在研究新一代儀器可能會發現什麼。直接模擬冰粒以每秒4 至6 公里的速度在太空中飛行並撞擊觀測儀器，在技術上是不可行的，因為實際的碰撞速度將是如此。相反，作者使用了一種實驗裝置，將一束細細的液態水送入真空，在真空中分解成水滴。然後，他們使用雷射光束激發液滴，並透過質譜分析來模擬太空探測器上的儀器所能探測到的情況。

新發表的結果表明，計劃在未來任務中使用的儀器，如歐羅巴號”快船”上的表面塵埃分析儀，可以從成千上萬個冰粒中檢測到一個冰粒中的細胞物質。

左邊的圖畫描繪了土衛二及其被冰覆蓋的海洋，南極附近的裂縫據信可以穿透冰殼。中圖顯示了作者認為生命可以繁衍生息的地方：在水的頂部，像地球海洋一樣的薄層（顯示為黃色）。右圖顯示，隨著氣泡的上升和爆裂，細菌細胞可能會隨著水滴飛入太空，然後變成卡西尼號偵測到的冰粒。圖片來源：歐洲太空總署

發現生命的潛力

這項研究的重點是阿拉斯加海域常見的一種細菌–阿拉斯加鞘氨醇桿菌。雖然許多研究都使用大腸桿菌作為模式生物，但這種單細胞生物要小得多，生活在寒冷的環境中，並且可以在營養物質很少的情況下生存。所有這些都使它成為土星或木星冰衛星上潛在生命的更好候選者。

克倫納說：”它們非常小，因此從理論上講，它們能夠裝入從像土衛二或歐羅巴這樣的海洋世界中發射出來的冰粒中。”

結果表明，這些儀器可以檢測到單一冰粒中的這種細菌或部分細菌。不同的分子最終會進入不同的冰粒。新研究表明，對生物物質可能集中的單一冰粒進行分析，比對包含數十億單一冰粒的更大樣本進行平均分析更為成功。

左圖顯示的是據信包裹土衛二的數公里厚的冰殼。填補裂縫的是鹹水，其表面有一層薄薄的水層（橘色顯示）。右圖顯示，隨著氣泡的上升和爆裂，它們與有機物質結合並被拋入噴霧中。圖片來源：Postberg et al.

由這些研究人員領導的一項最新研究顯示，土衛二上有磷酸鹽的證據。現在看來，這個行星體含有能量、水、磷酸鹽、其他鹽類和碳基有機物，使其越來越有可能支持類似於地球上發現的生命形式。

作者假設，如果細菌細胞像地球上的細菌細胞一樣被脂膜包裹，那麼它們也會在海洋表面形成一層皮膚。在地球上，海洋浮渣是形成海洋氣味的海霧的重要組成部分。在冰冷的月球上，海洋與地表相連（例如，透過冰殼上的裂縫），外太空的真空會導致地表下的海洋沸騰。氣泡穿過海洋上升，在地表爆裂，細胞物質融入羽流中的冰粒。

克倫納說：「我們在這裡描述了一種看似可行的方案，即細菌細胞如何在理論上融入冰物質中，這種冰物質是由土衛二或木衛二上的液態水形成的，然後被釋放到太空中。”

歐羅巴號上的表面塵埃分析儀將比以往任務中的儀器功率更大。這台儀器和未來的儀器也將首次能夠探測帶負電荷的離子，使其更適合探測脂肪酸和脂質。

克倫納說：”對我來說，尋找脂質或脂肪酸比尋找DNA的構建模組更令人興奮，原因是脂肪酸似乎更穩定。”

資深作者、柏林自由大學行星科學教授弗蘭克-波斯特伯格（Frank Postberg）說：”有了合適的儀器，比如美國宇航局歐羅巴號’快艇’太空探測器上的表面塵埃分析儀，在冰衛星上發現生命或生命痕跡可能比我們想像的要容易得多。當然，如果那裡有生命存在，並且在乎被包裹在源自地下水庫等環境的冰粒中的話。”

編譯自: ScitechDaily