已经确认有生命的星球(已经确认有生命的星球有几个)

重大发现，这个星球可能存在生命 | 地球知识局

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NO.2489-目标土卫二

文字：行星不发光

校稿：辜汉膺 / 编辑：蛾

2022年10月，中国科学技术大学郝记华团队通过计算模型模拟了土卫二地下海洋的化学成分，首次揭示了土卫二海水中可能含有丰富的磷元素。

2023年5月17日，Villanueva等人利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对土卫二进行观测，研究结果表明土卫二喷出的羽流长达10000km，约为土卫二直径的20倍（如图2）。

土卫二有机分子和冰粒进入羽流的过程

（图：NASA/JPL）▼

羽流的主要成分为水蒸气，其中喷射到空间中的物质中大约30%进入土星的E环，70%则散布在土星系统的其他位置。

2023年6月14日，《自然》杂志发表了关根康仁团队的研究结果。该研究分析了卡西尼号探测器收集的土星E环中粒子的化学成分，发现E环中的冰粒富含磷酸钠，并估计土卫二地下海洋的磷浓度约为1-20 mmol/kg，至少是地球海洋磷浓度的100倍。

卡西尼号的宇宙尘埃颗粒分析仪通过对9个单冰粒的分析，获得了它们的光谱图。图中右下为叠加后的光谱图，在钠盐和磷酸盐对应的位置存在明显峰值，表明E环中含有丰富的磷元素。

(图:Yasuhitoet al2023)▼

随着土卫二上磷元素的发现，行星科学家和大众开始重新关注这颗冰冷的卫星。土卫二在如此冰冷的环境中为什么会存在液态水海洋？土卫二上磷酸盐的发现意味着什么？

此外，目前人类对土卫二的了解来自哪里？科学家对可能存在地外生命的行星的关注，是否会产生进一步的探测计划？

土卫二，长这样（图：wiki）▼

目前，人类对土星系统的认知主要来自于卡西尼-惠更斯号（Cassini-Huygens）。该太空探测器的任务是由美国宇航局（NASA）、欧洲宇航局（ESA）和意大利宇航局（ASI）合作执行的。

卡西尼-惠更斯号于1997年10月15日发射升空，2004年7月抵达土星轨道。同年12月25日，卡西尼号和惠更斯号分离。

次年1月14日，惠更斯号成功着陆土卫六，并传回数据。而卡西尼号则在轨运行了13年，传回了大量数据，是人类目前了解土星系统的主要信息来源。

卡西尼-惠更斯号发射（图：wiki）▼

卡西尼在轨的13年间，传回了大量的数据资料，目前行星科学家仍未分析完其传回的数据。下面我们来简单梳理一下人类对土卫二的不断认识过程：

1.1980年11月，旅行者1号发现土卫二位于土星E环密度最高的位置；

2.1981年8月，旅行者2号发现土卫二表面既存在古老的撞击坑，又存在年轻的地貌构造；

土卫二上的破损撞击坑（图：wiki）▼

3. 2005年2月，卡西尼号的宇宙尘埃分析仪记录了数千次来自微小尘埃或冰粒的撞击，证实了E环是由冰粒组成的宽环；

土卫二与土星E环（图：NASA）▼

4. 2005年7月，卡西尼号获得了土卫二南极地区的图像。图像显示其表面存在活跃的地质活动，并发现了巨大且温度较高的裂缝，也被称为“虎纹”。

卡西尼号在12-16微米波段观测到的热成像图

土卫二南极地区存在四条温度明显较高的裂缝

（图：NASA/JPL/GSFC/SSI）▼

5. 2006年，卡西尼对土星的E环进行了观测，证明了土卫二上的间歇泉喷射的物质是E环的主要物质来源。同年，卡西尼的高分辨率图像结合其他数据推测土卫二南极地下存在液态水海洋。

6. 2007年10月，卡西尼号搭载的复合红外光谱仪获得数据表明几乎所有间歇泉均来自土卫二南极温度较高的四条裂纹附近。

土卫二南极地区间歇泉的形成

（示意图，图：NASA）▼

7. 2008年3月，卡西尼号上的离子与中性粒子质谱仪（Ion and Neutral Mass Spectrometer, INMS）对土卫二的羽流进行分析后，检测到了水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和有机分子

(大多为低于50原子质量单位的简单有机化合物)。

8. 2008年8月，卡西尼号精确地定位了羽流从土卫二表面喷发的位置。图像显示土卫二表面的裂缝深约300 m，内壁呈V形，在裂缝外侧有大量细小物质的沉积物和数十米大小的冰块。同年12月，发现土卫二更多的地质活动，如冰壳的定向扩散。

土卫二的裂缝横截面结构示意图

（图：NASA/JPL）▼

9. 2009年6月，卡西尼号在土星最外层环的冰粒中检测到了钠盐。同年9月，在羽流中发现了氨。

10. 2010年2月，卡西尼团队发现土卫地表二压力最大的区域与红外地图上最热的区域并不完全重叠，推测土卫二在自转时自转轴存在轻微的摆动。

土卫二喷射出的羽状物（图：wiki）▼

11. 2014年4月，Less等人利用卡西尼飞掠土卫二时的多普勒频移数据绘制了其内部结构图。研究结果表明土卫二在30-40公里的冰层下存在10公里深的液态水海洋，地下海洋从南极延伸至中南纬度地区，其含水量相当于一个苏必利尔湖。

同年7月，发现土卫二表面上的101个间歇泉与其地下海洋相连接，这些间歇泉为研究地下海洋的宜居性提供了样本。

12. 2015年3月，卡西尼号的宇宙尘埃分析仪数据表明富含硅的微小岩石颗粒是土卫二中溶解了矿物质的热水向上运动与较冷的水接触时形成的。

土卫二表面的间歇泉（想象图，图：NASA）▼

13. 2016年，科学家利用卡西尼号七年的观测数据精确地确定了土卫二的旋转状态，并推测土卫二冰层下存在全球液态水海洋而非局部极地液态水海洋。

14. 2017年4月，卡西尼的离子和中性质谱仪在土卫二的羽流中检测到大量的氢，大量的氢气表明土卫二存在连续的加热过程。

同年9月，为了避免可能附着有地球的微生物污染土星卫星环境，卡西尼号主动坠入土星大气，燃烧殆尽。

卡西尼号的陨落（想象图，图：NASA）▼

15. 2017年11月，法国南特大学的行星科学家盖尔·乔布雷特团队利用卡西尼号航天器返回的数据和在地球上的工程实验数据对土卫二的内部结构和液态水循环进行了模拟，解释了土卫二南极地区的羽流现象。

卡西尼号穿越土卫二的羽流（图：NASA）▼

16. 2018年，Postberg等人分析了卡西尼号的宇宙尘埃颗粒分析仪对土卫二羽流的探测数据，发现了较复杂的高分子有机化合物（分子质量超过200原子质量单位）。

目前，行星科学家不仅确定了土卫二上具备了构成生命六大基本元素——碳、氢、氧、氮、硫和磷，而且有适合生命存在的地下液态水海洋。因此，土卫二成为太阳系中最可能存在生命的天体之一。

土卫二夜空想象图（图：wiki）▼

土卫二（Enceladus）是土星第六大的卫星，距离土星由近及远排序位居第14。

1789年8月，威廉·赫歇尔首次通过1.2m的望远镜发现的第二颗土星卫星，故被称为土卫二，其平均直径约为505公里，相对较小。

他也是天王星的发现者（图：wiki）▼

土卫二表面的几何反照率高达138%，且其处于太阳系的雪线（雪线也叫冻结线，在天文学或行星科学中，是指距离中心原恒星的特定距离，在那里足够冷，可以让会挥发的化合物，如水、氨、甲烷、二氧化碳和一氧化碳等凝结成固体冰粒。在太阳系中，雪线位于小行星带和木星轨道之间。）之外，这使其表面的平均夜间温度仅为-196℃，较其他土星卫星更冷。

另一方面，这样大小的卫星通常无法在内部存储或产生足够的热量，所以它本应该是一个完全被冻结的固体，但土卫二并非如此，在寒冷的冰壳下存在液态水海洋。

土卫二与英国的大小比较（图：NASA）▼

土卫二(Enceladus)存在地下液态水海洋的主要原因是潮汐加热。当土卫二绕土星运动时，由于绕行轨道具有偏心率，土星的引力会周期性地将土卫二“搓扁捏圆”，导致其内部受到“挤压拉扯”而产生大量且持续的热能。

此外，由于土卫二形状不规则，土星引力会对其产生一个净力矩而迫使土卫二发生摆动，这也会在土卫二内部产生大量热，这股热量主要集中在南极地区。

科学家通过模型模拟了这种引力摄动，发现这种摆动的对应的表面最大应力范围正好与南极区域一致。

热成像图中，土卫二热量主要集中在南极地区

（图：NASA/JPL）▼

为了更好的解释土卫二的产热机制。2017年11月，法国南特大学的行星科学家盖尔·乔布雷特团队作出一种假设——土卫二的岩石核心是具有高孔隙率的，且是松软的，类似海绵状的核心。它在土星潮汐引力的作用下，会产生持续且稳定的摩擦热（潮汐加热是一个比较稳定的加热过程，如果岩石核心的岩浆粘稠，则潮汐引力产生更多的摩擦热，如果温度升高，岩石核心的岩浆容易流动，潮汐引力产生摩擦热则减少）。

通过计算机模拟发现，其产生的热量高达10GW，足够土卫二地下海洋保持液态持续数千万年到十亿年。

模拟还表明，核心的两极应该对应冰壳比较薄的区域。这可以很好地解释土卫二南极地区的活跃性，但无法解释为什么北极没有类似的羽流。

土卫二由于潮汐加热而产生的间歇泉

（图：NASA/JPL/SSI）▼

喷气推进实验室（JPL）的Dennis Matson博士等人认为，潮汐加热仍不足以解释其可以产生液态水并形成水蒸气喷射至太空中，产生和维持卡西尼观测到的温度和喷流过程需要更多的热。

他们引进了一个新的模型。该模型认为，土卫二的热量来自于放射性衰变放热和潮汐加热。通常认为放射性衰变会在太阳系形成后不久就损失掉大部分热量，土卫二由于某种原因保留了这些热量。该模型还预言了土卫二目前仍处于一个冷却阶段，可能会持续十亿年左右。

土卫二表面的纹理（图：NASA）▼

磷元素是遗传物质DNA/RNA、储能化合物三磷酸腺苷/ATP和细胞膜的重要成分之一。而土卫二上发现磷元素，补齐了生命存在所需的最后一块拼图。这意味着土卫二具备几乎所有生命存在所必需的条件。

更重要的是，土卫二地下液态水海洋中富含可溶解的磷，这很容易孕育生命。目前，研究估计土卫二液态水海洋中磷元素的浓度是地球海洋的100-1000倍。磷元素在水体中的浓度影响着生物的生长和繁殖，例如富营养化的湖泊会导致藻类大量繁殖。

比如Landsat 8拍摄的圣克莱尔湖卫星图像

图中充满了大量的绿色藻类（图：NASA）▼

在地球的海洋中，正是由于大量的生物存在，使得海洋中的磷被消耗到一个很低的浓度；如果土卫二上真的存在生命，那么为什么其液态水海洋中的磷含量如此高？

这或许暗示土卫二上根本就没有生命，或者生命只能以非常缓慢的速度代谢。

然而，这种磷含量如此高的液态水海洋对于任何潜在的外来生物都是一个好消息，未来或许也是人类最好的中转站或补给站之一。

土卫二的结构，如图所示

（图：Jihua Hao, et al. 2022）▼

需要注意的是，探测到的磷酸盐来自土星的E环，并非直接来自于土卫二的羽流或者土卫二地表。尽管基本可以确认土卫二地下液体水海洋存在磷酸盐，但我们仍需保持谨慎。

未来，如果有新的探测器对土卫二进行抵近探测和采样研究，不仅可以验证土卫二地热机制，而且能确认土卫二地下液态水海洋是否存在生命。这对寻找地外生命具有重要意义。

土卫二和地球、月球的大小（图：wiki）▼

在太阳系中，包括但不限于金星、火星、土卫二，土卫六和木卫二等，都是可能存在地外生命的天体。

在火星上发现了水，行星科学家便开展了毅力号火星探测任务；在金星上发现了磷化氢分子，行星科学家便设计了达芬奇号探测器（DINCI+）、金星-D任务和VERITAS任务等。

探索无止尽（图：NASA）▼

如今，在土卫二上发现了可被生命吸收的磷酸盐，而对应的探测计划尚未提上日程。在行星科学家的“新欢旧爱”中，唯一不变的就是他们探索和研究地外生命的执着。

尽管卡西尼号退役后，还没有后继者，但“冰月计划”JUICE已于2023年4月14日发射，其主要任务目标是探测木星系统，包括但不限于木卫二、木卫三和木卫四的地下液态水海洋。

“冰月计划”Juice号探测器的行程计划

（图：EAS）▼

土卫二和木卫二具有类似的环境，对木卫二的探测，将有助于人类了解这些冰卫星地下液态水海洋，以及是否存在地外生命。

参考资料：

1. Villanueva G. L., Hammel H. B., Milam S. N., et al. JWST molecular mapping and characterization of Enceladus’ water plume feeding its torus. Nature Astronomy, 2023

2. Frank P., Yasubito S., Fabian., et al. Detection of phosphates originating from Enceladus’s ocean. Nature, 2023. DOI:10.1038/s41586-023-05987-9.

3. Hao J. H., Christopher R. G., et al. Abundant phosphorus expected for possible life in Enceladus’s ocean. Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences. 2022. DOI:10.1073/pnas.2201388119

4. https://solarsystem.nasa.gov/news/12916/cassini-at-enceladus-a-decade-plus-of-discovery/

5. https://wwwwand/zh-hans/%E5%8D%A1%E8%A5%BF%E5%B0%BC%E5%8F%B7%E6%8E%A2%E6%B5%8B%E5%99%A8

6. http://news.bbc.uk/2/hi/science/nature/4895358.stm#map

7. https://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/whycassini/cassini20100708-b.html

8. https://www.jpl.nasa.gov/news/cassini-spacecraft-reveals-101-geysers-and-more-on-icy-saturn-moon

*本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场

封面：壹图网

END

土星第六号卫星——发现的有生命的星球

当人类开始探索宇宙的时候，我们就一直在寻找有生命存在的星球，而这一次，在土星的第六号卫星上，我们终于发现了有生命存在的迹象。这个惊人的发现给我们的未来提供了巨大的希望与机遇，让我们一起看看这个发现意味着什么。

这个伟大的发现背后，有着一支热爱探索宇宙的科学家团队和最先进的科技设备。尽管土星的第六号卫星远离地球，但是这个科学家们利用卫星和新的探测技术，成功探测到了表面上的甲烷和二氧化碳等有机分子，这为我们证明了在这颗星球上，存在微生物和类似于地球上的生命。

这一发现为人类带来了众多的机遇和改变。首先，我们终于证明了我们不是孤独的存在，宇宙中还有其他的智慧生命存在。这为我们提供了探索宇宙和地球外生命的动力，让我们对我们自己和其他生物的起源产生了更深入的了解和探索。其次，这一发现也将推动太空研究和探索领域的发展。我们相信，在不远的未来，我们将能够通过更多先进的技术和设备，探索这个美丽而神秘的世界，并探索更多的星球，寻找其他有生命存在的星球。

当然，这个发现也带来了一些问题和挑战。首先，我们需要更深入的研究来确认这个发现的真实性和准确性，以及在这颗星球上生命的种类和分布状况等。其次，我们需要考虑如何保护和维护这个星球上的存在，以免我们的探索和开发给这个星球上的生命带来损害。

但是，这些问题并不能阻挡我们前进的脚步。我们需要抱着乐观的态度面对挑战和困难，积极探索和实践，去发掘更多的神秘和未知。我们也应该保持谦虚和敬畏之心，在探索宇宙的同时，也尊重其他存在的生命。

此时此刻，我们面临着巨大的机遇和挑战。作为人类，我们应该保持勇气和决心，去克服困难和挑战，在探索宇宙和其他星球的同时，也探索并保护我们自己的星球。

美国科学家：土卫六和地球相似度极高，但它太奇怪了

在太阳系中，提到最像地球的星球，人们都会想到被称作“地球姊妹”的金星，当然，如今的金星看起来，已经和地球截然不同了，毕竟金星上面可怕的气候环境，是人类止步的生命禁区。

在科学家们的眼中，太阳系中和地球相似度最高的星球，则是土卫六，这颗星球又被称作“泰坦星”，大家可能会觉得陌生，不过，如果你如果看过《复仇者联盟》，那么，一定会对其中的灭霸有印象，因为灭霸的老家就是土卫六。

值得一提的是，很多研究者多戏称土卫六是“疯狂的地球”，那么，土卫六究竟有何特别之处？为何说它和地球相似度极高呢？

土卫六是人类发现最早的地外星球之一，当然，这也与它足够大有关。从时间上来看，早在1655年的时候，土卫六就已经被发现了，虽然随后在土星的周围，也是陆续又发现了很多新的卫星，不过土卫六一直到今天，仍然是所有已知的土星卫星中，个头最大的一个。

在过去，科学家们假设太阳系内存在地外生命，事实上并没有将探索的目光，放在了卫星上面，不过，后来伴随着NASA的探测器飞掠土星、木星，伴随着对于太阳系内卫星、矮行星等天体的研究，科学家们也发现了不一样的秘密。

比方说，在太阳系中，土卫六是唯一一颗，和地球一样拥有着浓厚大气层的卫星，而在地球上，我们都知道，浓厚大气层的存在会隔绝太空辐射，同时也会让星球表面，有可能会形成一个适合的生命环境，因此，土卫六多年来，也已知被认为是太阳系内最有可能存在生命的星球之一。

此外，科学家们还发现，土卫六上存在着很多和地球差不多的天气现象，而且因为土卫六上含有高浓度的甲烷，这也让更多的科学家相信，土卫六上存在着生命的奇迹。

来自美国斯坦福大学的研究者Mathieu laptre称，土卫六上高耸的沙丘和地球上的沙丘也很相似，不过，从化学成分的角度来说，却与地球完全不同，这也让土卫六显得更加神秘。

Mathieu laptre的科研团队发现，土卫六上的沙丘成分，都是一种很容易被磨损的有机颗粒，在时间的推移中，这种有机颗粒也会变得越来越细，一直到最终彻底变成粉尘，然后被大气给吹散开来。

可是，根据这种情况来看，土卫六上本不应该存在着如此多的高耸沙丘才对，甚至以这种有机颗粒的情况，是根本就不可能形成沙丘内聚结构的，因此，研究者认为，在这些沙丘内部，或者是土卫六的体表上，存在着某种未知的生长机构，直白一点来说，就是或许是某种神秘的力量，在让土卫六上的这些沙丘不会消失。

从目前的研究来看，土卫六上的沙丘至少都存在着数万年以上，从地质演化的角度来说，根据目前土卫六的情况来看，是非常罕见的，甚至是不可思议的，一个大胆的假设，就是或许土卫六上正在经历着某种意想不到的演化过程，至于会不会和生命有关，就还需要进一步去进行探索了。

除了被称作“疯狂的地球”，土卫六还有一个名字，被称作“地球时光机”，因为大量的研究表明，土卫六看起来和早期地球的相似度极高，特别是目前已经探明的，在土卫六上，存在着丰富的有机化合物，而这都是生命诞生的必备条件之一。

因此，土卫六上存在生命的可能性是存在的，只不过，因为一直到今天，都没有在土卫六上找到液态水，同时土卫六也没有磁场，按照地球生命演化的情况来看，这似乎也让土卫六上面的生命情况变得并没有那么乐观。

从NASA的研究结果来看，NASA是相信土卫六的地下存在着液态海洋，不过，这也需要发射新的探测器，去进一步研究、确认。

当然，也有观点认为，或许人类在寻找地外生命的时候，应该跳出以地球生命为参考的框架，相信宇宙中生命形式是多种多样的，只有这样，我们才可能找到地外生命。

比方说，或许土卫六上的生命形式，与我们认知中的完全不同，其它可能存在生命的星球——木卫二、木卫三、谷神星等等，或许也是如此。那么，在你看来，会不会是目前人类寻找的方向错了，才会导致一直没有找到地外生命？

史上首次，在系外行星上发现生命分子，外星生命被找到了？

人类寻找外星生命已经几十年了，现在终于有点眉目了。

韦伯望远镜在距离地球124光年的一颗系外行星上，发现了生命存在的痕迹，这颗系外行星被称为K2-18b，是在2015年由开普勒太空望远镜发现的，不同于一般的超级地球，这颗行星的大气层极其浓厚，而且很可能都没有陆地，整个星球除了大气就是还要，而生命就藏在大气层中。

你也许会疑惑，韦伯望远镜连冥王星都拍不到，为什么能隔着124光年看到系外行星上的生命痕迹呢？

答案是这颗行星的光谱出卖了它，韦伯望远镜在它的大气光谱里发现了二甲基硫醚，这种气体分子在地球上只能由生物活动产生，比如海洋生物和浮游动植物都能产生二甲基硫醚，这意味着K2-18b的海洋表面甚至是海底，很可能存在和地球生命类似的结构，韦伯望远镜看到的就是它们的排放痕迹。

然而作为一颗质量达到地球8.6倍的星球，K2-18b上的引力是远超地球的，这意味着它海洋里生物如果有骨骼的话，体型要比地球上的生物更小，骨密度也会更大，不过最有可能的是这颗星球上都是扁平状的软体动植物，外表上看去就跟远古地球海洋里的三叶虫一样。

和地球与太阳的组合不同，位于恒星宜居带内的K2-18b的母恒星是一颗小质量的红矮星，这意味着K2-18b距离恒星非常近，事实也确实如此，天文学家发现它只需要33个地球日就能绕恒星公转一圈，也就是说K2-18b上的一年只相当于地球上的33天。

但就是在这种情况下，K2-18b的表面仍然有大量的液态水形成的全球性海洋，韦伯望远镜对其大气的分析结果更是显示，那里的水蒸气浓度最高能达到50%，所以K2-18b是一颗名副其实的海洋星球，或者说富氢行星。

不过虽然水的存在是一个重要的发现，但它并不是决定行星宜居性的唯一因素，科学家还在寻找与生命相关的特定分子，比如地球上的甲烷和CO2就是生命活动产生的，而韦伯太空望远镜也在K2-18b的大气中检测到了这两种分子。

虽然我们短时间内不可能到达K2-18b上进行实际探索，但韦伯望远镜的观测数据已经达到了有史以来最接近地外生命证据的程度了，现在唯一的问题是：如果K2-18b上存在外星生命，它们现在演化到哪一步了？

隔着124光年观察它们的我们，现在看到的是K2-18b一个多世纪前的景象，在地球生命从海洋到陆地的经验无法用在K2-18b上的情况下，科学界认为K2-18b上的生命目前还处于基础生命状态，并且不太可能发展出文明，因为海洋的高密度环境是无法让生物发展出足够灵活的四肢的，进而也就谈不上制造复杂工具了。

其实很多科学家都认为，外星生命虽然在宇宙中普遍存在，但真正脱离低级生命变成高级智慧文明的并不多，就像地球这么多生命这么长时间才诞生了人类一样，整个宇宙的智慧文明数量也会比生命的数量少很多倍。

所以人类文明未来到达K2-18b后，看到的很可能就是一个单纯的水世界，而不是一个科技发达的系外行星。