太空生物标志物的发现实验室模拟土星卫星土卫二的条件

2018年，在土星卫星土卫二的冰粒中发现了非常大的有机分子。目前尚不清楚它们是否表明生命的存在或以其他方式创造。最近的一项研究可能有助于回答这个问题。地外海洋中支持或维持生命的条件可能会在冰粒中留下分子痕迹。

对此的研究是在柏林FU进行的，首席科学家NozairKhawaja博士最近搬到了斯图加特大学。该工作发表在《皇家学会哲学汇刊A：数学、物理和工程科学》杂志上。

地球上生命的摇篮可能位于海底的热水喷口。“在研究中，我们也谈到热液场，”斯图加特大学空间系统研究所(IRS)的NozairKhawaja博士解释道。“有令人信服的证据表明，这些领域普遍存在对简单生命形式的出现或维持很重要的条件。”

这样的喷口也可能存在于按照宇宙标准距离我们的家乡行星不远的一个天体上：土星的卫星土卫二。这颗卫星的直径约为500公里，其表面覆盖着30公里厚的冰壳。

2005年，科学家在南极上空发现了巨大的冰粒云。三年后，美国宇航局的卡西尼号太空探测器飞过这片云层。探测器的测量仪器揭示了一些令人惊讶的事情：颗粒的成分强烈表明土卫二冰壳下方存在液态水海洋。

土卫二的海洋含有有机分子

Khawaja与柏林自由大学(FU)的行星学家FrankPostberg教授合作，详细分析了卡西尼号任务的数据。他们解释说，“在2018年和2019年，我们遇到了各种有机分子，包括一些通常是生物化合物的组成部分。”

这些数据是用卡西尼号的低分辨率测量仪器记录的。尽管如此，这可能表明土星卫星土卫二上的海洋充满了有机分子。“这意味着那里可能正在发生化学反应，最终可能产生生命。”

研究人员还怀疑土卫二海洋底部存在热液田。此前尚不清楚所发现的有机分子是否是在这些领域形成的。Khawaja与他的同事LuciaHortal和ThomasSullivan一直在寻找回答这个问题的方法。

显示的是土卫二上热液改变的生物特征的检测。图片来源：NASA西南研究所、喷气推进实验室

“为此，我们在柏林FU的实验室模拟了土卫二上可能存在的热液场的参数，”最近从柏林FU转到斯图加特大学的Khawaja说道。“然后我们研究了这些条件对简单氨基酸链的影响。”氨基酸是蛋白质的基本组成部分，也是我们所知的所有生命的基础。

测试装置中的温度为80至150摄氏度，压力为80至100巴，比地球表面高约一百倍。在这些极端条件下，氨基酸链随着时间的推移以特有的方式发生变化。

但是否有可能用空间探测器上的测量仪器来检测这些变化呢?换句话说，它们是否留下了我们应该能够在卡西尼号(或未来太空任务)的数据中找到的明确标记?

热液场在测量数据中留下明显的痕迹

卡西尼号太空探测器上的测量仪器“宇宙尘埃分析仪”可以分析太空中以每秒20公里的速度行进的尘埃和土卫二冰粒。这些粒子之间的高速碰撞导致材料蒸发，其中的分子破碎。碎片失去电子，然后带正电。它们可以被吸引向带负电的电极，并且它们越轻，它们到达电极的速度就越快。

通过测量所有碎片的传输时间可以获得所谓的“质谱”。然后可以用它来得出关于原始分子的结论。

然而，这种测量方法很难在实验室中应用。Khawaja解释说：“相反，我们首次采用了一种名为LILBID的替代测量方法来测量含有热液改变材料的冰粒。”

“这提供了与卡西尼号仪器非常相似的质谱。我们用它来测量实验前后的氨基酸链。在此过程中，我们遇到了由模拟热液场中的反应引起的特征信号。”研究人员现在将在土卫二海洋的扩展地球物理条件下用其他有机分子重复这一实验。

他们的发现使得在卡西尼号数据(或未来任务的数据)中搜索此类标记成为可能。如果被发现，这将进一步证明土卫二上存在热液场。这也增加了生命在土卫二上发展和生存的可能性。

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