加州大學聖克魯斯分校的研究人員提出，木星衛星等海洋世界可能存在與地球上類似的低溫熱液噴口，有可能孕育生命。他們的研究使用電腦模型模擬了這些地外海底的條件，考慮了重力和熱量等因素。這些發現凸顯了了解地球自身熱液系統對於探索外太空可能性的重要意義，科學家迫切希望從歐羅巴號快艇等即將執行的任務中收集更多數據。

一項新的研究表明，海洋世界的低溫熱液噴口可能孕育著生命，類似於地球上的深海生態系統。研究人員使用電腦模型模擬了這些環境，旨在擴大我們對地外生命可能性的了解。圖片來源：NASA/JPL-Caltech 編輯

我們都曾在自然紀錄片中看到過這樣的超現實鏡頭：在寒冷的海底，熱液噴口噴出黑乎乎的超高溫水柱，而生命體則依附在這些水柱上。現在，加州大學聖克魯茲分校研究人員的一項新研究表明，地球海底常見的低溫噴口可能有助於在太陽系中的”海洋世界”創造維持生命的條件。

海洋世界是指擁有或曾經擁有液態海洋的行星和衛星，通常位於冰殼之下或岩石內部。在地球的太陽系中，木星和土星的幾顆衛星都是海洋世界，它們的存在激發了從同行評審的學術研究、搭載衛星的太空船任務，到2013 年科幻驚悚片《歐羅巴報告》等熱門電影的各種研究。

土衛二海底熱液噴口的藝術效果圖。資料來源：NASA/JPL-Caltech

許多研究表明，一些海洋世界內部釋放的熱量足以驅動海底熱液循環。這種熱量是由放射性衰變產生的，就像在地球深處發生的那樣，另外的熱量可能是由潮汐產生的。

1970 年代，科學家在地球海底發現了岩石-熱-流體系統，當時他們觀察到了攜帶熱量、顆粒和化學物質的流體排放，許多噴口周圍都有新穎的生態系統。

這項新研究發表在今天的《地球物理研究雜誌》（Journal of Geophysical Research）上：研究人員使用了一個複雜的電腦模型，該模型以地球上發生的熱液循環為基礎。在改變了重力、熱、岩石性質和流體循環深度等變數後，他們發現熱液噴口可以在各種條件下持續存在。如果在木星的衛星木衛二這樣的海洋世界中出現這種流動，就有可能提高那裡存在生命的幾率。

“這項研究表明，在地球以外的海洋世界中，低溫（對生命來說並不是太熱）熱液系統的維持時間與生命在地球上立足所需的時間相當，”該研究的第一作者、加州大學聖克魯斯分校地球與行星科學（EPS）傑出教授安德魯-費雪（Andrew Fisher）說。

研究小組的電腦模型所依據的海水循環系統是在太平洋西北部、胡安德富卡海脊以東的一個350 萬年前的海底發現的。在那裡，涼爽的海底水通過一座死火山（海山）流入，在地下流淌約30 英里，然後通過另一座海山流回大海。 “論文第二作者、地球與行星科學博士候選人克里斯汀-迪克森解釋說：”水在流動過程中聚集熱量，流出時比流入時溫度更高，化學性質也大不相同。 “

從一個海山流向另一個海山是由浮力驅動的，因為水在升溫時密度變小，而在冷卻時密度變大。密度的不同造成了岩石中流體壓力的不同，只要有足夠的熱量供應，岩石的特性允許足夠的流體循環，系統就能靠水流本身維持運行，我們稱之為熱液虹吸管。

高溫噴口系統主要由海底下火山活動驅動，而費雪解釋說，在較低溫度下，有大量流體進出地球海底，主要由地球的”背景”冷卻驅動。他說：『就排出的水量而言，經由低溫噴口排出的水流相當於地球上所有的河流和溪流，約佔地球熱量損失的四分之一。整個海洋的水量大約每50 萬年就從海底抽進抽出一次。

先前對木衛二和土衛二的熱液循環進行的許多研究都考慮了溫度較高的流體。低溫流至少同樣有可能發生，如果不是更有可能的話。

新論文中的一項電腦模擬結果令研究小組特別興奮，該結果表明，在極低的重力條件下，如在土衛二海底發現的重力條件，低溫到中等溫度的循環可以持續數百萬年或數十億年。這有助於解釋為什麼小型海洋世界在加熱有限的情況下，也能在海底擁有長壽命的流體循環系統：熱量提取的低效率可能會導致相當長的壽命–實際上是整個太陽系的壽命。

行星科學家希望透過衛星任務的觀測結果來幫助確定海洋世界存在或可能存在哪些類型的條件。新論文的作者計劃與合作開展”探索海洋世界“計畫的同事一起，參加今年秋天晚些時候在佛羅裡達州卡納維拉爾角發射的”歐羅巴號快船”航天器。

研究人員承認，何時能直接觀測到海洋世界的海底是否有活躍的熱液系統還不確定。它們與地球的距離和物理特性為太空船任務帶來了重大的技術挑戰。他們在論文中總結道：”因此，必須充分利用現有的數據（其中大部分是遠端收集的），並充分利用幾十年來對模擬地球系統的詳細研究的理解。”

編譯自/ ScitechDaily