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木卫二可能拥有与地球相似的海洋化学平衡

2016-05-19 10:23:47 来源:搜狐科技

  研究表明,即使木卫二缺乏火山热液活动,仍然有可能保有生命所需的化学平衡。

  

  伽利略探测器拍摄的增强色木卫二表面。NASA / JPL-加州理工学院 / SETI学会

  强有力的证据表明,木卫二的冰壳下隐藏着一个盐水深海。但这个木星的卫星是否存在生物所需的、比例合适的原始物质和化学能量,仍是科学家十分感兴趣的课题。答案可能关系到在木卫二的环境中,其化学成份的比例,是否能够为生物过程提供能量。原因就在于,地球上的生命有赖于此。

  在一项新的研究中,NASA喷气推进实验室的科学家们将木卫二上,与火山活动无关的氢、氧产生情况与地球进行了比较。这两种元素的平衡是生命所需能量产生的关键。研究发现,它们在尺度上是相符的;两个天体上氧的产生率都比氢的产生率高大约10倍。

  人们由此注意到,木卫二石质内核的复杂性可能比通常认为的大,也更像地球。JPL的科学家,研究的主导者Steve Vance说,“我们通过模型来研究这个外星海洋中能量与养份的运作方式。氧和氢的循环是这个海洋化学特性,甚至生命的主要驱动力,就像地球上一样。”

  与此同时,学者们也希望能够对这个海洋中生命所需的其它主要元素:碳、氮、磷和硫的循环情况进行了解。

  学者们计算了木卫二海洋中海水与岩石发生反应后产出的氢总量。在一种名为“蛇纹石化”的过程中,液态水会渗透到矿物颗粒间,与岩石发生反应后形成新的矿物质,并在此过程中释放出氢。自形成几十亿年以来,木卫二的石质内核在持续冷却,因此会在海床上产生许多裂缝。新产生的裂缝会将新的岩石暴露在海水中,从而导致更多的产氢反应。

  

  大西洋中部海底热液喷口区附近,一台潜水器正停靠在一片活跃的蛇纹石化区域。前景中的碳酸盐,就是由这种地质化学过程产生的,在此过程中的副产品是氢。Kevin Peter Hand

  在地球的海底,这样的裂缝深度可达五六千米。而在今天的木卫二上,学者们期望其液态水能够深入木卫二石质内部25千米,进而在更深的海床裂缝中驱动关键性的化学反应。

  木卫二生命化学能方程的另一半,是氧化物——氧和其它化合物会和氢发生反应——它们会从木卫二冰面进入海洋中。木卫二沐浴在木星的强大辐射中,辐射会将水冰分子分解,并产生这些物质。科学家推断,木卫二的表面会和其内部不断地循环,从而把氧化物带入海洋。

  “来自冰层的氧化物,就像是电池的正极,而海床上的化合物——还原剂,就像是负极。了解生命和生物过程是否能够完成这个循环,是我们对木卫二进行探测的推动力,”JPL的行星科学家Kevin Hand说。

  木卫二的邻居——木卫一,是太阳系火山最活跃的天体。其热量的来源,是在它环绕木星运行过程中,木星引力所带来的拉伸和挤压效应。科学家一直怀疑,木卫二可能也有火山和热液喷口,这样富含矿物质的热水就能从海床上涌出。

  学者们原本猜测,火山可能是在木卫二海洋中产生宜居环境的重要因素。如果这类活动不能在岩石内发生,那么来自冰面的大量氧化物就会让海洋偏酸,使之对生命产生毒性。“但其实岩石如果是冰冷的,更容易产生裂缝。进而允许巨量的氢,通过蛇纹石化过程产生出来,与氧化物达到平衡,”Vance说。

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