【博科园-科学科普】 在寻找外星生命的过程中，科学家们倾向于采取所谓的“低垂的果实方法”。这包括寻找与我们在地球上所经历的相似的环境，包括氧气、有机分子和大量液态水。有趣的是这些成分存在的一些地方，包括像欧罗巴、Ganymede、Enceladus和Titan等冰冻卫星的内部。
木卫二和土卫二的“海洋卫星”，由伽利略号和卡西尼号宇宙飞船拍摄。图片版权：NASA/ESA/JPL-Caltech/SETI Institute
然而在我们太阳系中只有一个能够支持生命的地球行星，有许多类似于这些卫星的“海洋世界”。哈佛史密森天体物理中心(CfA)的一组研究人员进行了一项研究，研究表明：与宇宙中岩态行星相比，内陆海洋的潜在宜居冰卫星更有可能存在。
这项名为“地下生活”的研究是由哈佛大学史密森天体物理中心(CfA)的Manasvi Lingam和Abraham Loeb以及哈佛大学的理论与计算研究所(ITC)共同完成的。为了他们的研究，作者考虑了所有这些定义了一个环绕恒星的宜居带(又称“宜居带”)。“Goldilocks Zone”(Goldilocks Zone)，以及与内陆海洋的卫星之间存在生命的可能性。
剖面图展示土卫二的内部。图片版权：ESA
首先，Lingam和Loeb解决了将宜居区与可居住性混淆的趋势，或者将这两个概念视为可互换的。例如位于HZ内的行星不一定能够支持生命——在这方面，火星和金星是完美的例子。火星太冷，大气层太稀薄，无法维持生命，金星受到失控的温室效应，导致它成为一个炎热、地狱般的地方。
行星适居性的传统观念是宜居带(HZ)，即“行星”必须位于与恒星的正确距离上，这样它的表面就有液态水的能力。然而这个定义假设生命是：(a)基于表面的，(b)在环绕恒星运行的行星上，(c)基于液态水(如溶剂)和碳化合物。相反我们的工作放松了假设(a)和(b)，尽管我们仍然保留(c)。
因此，Lingam和Loeb拓宽了他们对可居住性的考虑，包括可能有地下生物圈的世界。这样的环境超越了像木卫二和土卫二这样冰冷的卫星，并可能包括许多其他类型的深层地下环境。除此之外，人们还推测，泰坦的甲烷湖(即甲烷生物)中可能存在生命。然而，Lingam和Loeb选择将注意力集中在结冰的卫星上。
这是伽利略号宇宙飞船看到的木星卫星木卫二表面的“真彩色”图像。影像图片版权：NASA/JPL-Caltech/SETI Institute
即使我们考虑在冰/岩态行星下的地下海洋中生活，生命也可能存在于水下的含水岩石中(也就是水)，后者有时被称为地下生活，Lingam说；并没有深入研究第二种可能性，因为许多结论(但并非所有结论)都适用于这些世界。同样如上所述，我们不认为生命形式是基于奇异的化学反应和溶剂，因为它并不容易预测它们的性质。
最终，Lingam和Loeb选择将注意力集中在环绕恒星的行星上，并可能包含人类将能够识别的地下生命。然后开始评估这些天体适宜居住的可能性，以及在这些环境中，生命必须面对的优势和挑战，以及在太阳系之外存在的这些行星的可能性(与潜在的宜居类地行星相比)。
首先“海洋世界”在支持生命方面有几个优势。在木星和它的卫星上，辐射是一个主要的问题，这是带电粒子被困在气态巨磁磁场中的结果。在这两者之间，月球的稀薄大气中，生命在表面上很难生存，但生活在冰层下的生活将会好得多。
冰天雪地的一个主要优势是表层海洋大部分被封闭在海面上，因此，紫外线辐射和宇宙射线(高能粒子)，通常是对表面生活的高剂量有害的，不太可能影响这些地下海洋的假定生命。
艺术家绘制的土卫二地壳内部横截面图，显示了水热活动是如何引起月球表面的水柱的。图片版权：NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute
没有阳光作为充足的能量来源，可能会导致一个生物圈，比地球上的生物(单位体积)少得多。此外这些生物圈中的大多数生物都可能是微生物，而复杂生命进化的可能性与地球相比可能是低的。另一个问题是，生命所需的养分(例如磷)的潜在可用性；我们认为这些营养物质的浓度可能比地球上的地球低。
最后，Lingam和Loeb认为，在整个宇宙的范围内，可能存在广泛的中等厚度的冰壳。根据这类世界的统计数据，得出的结论是：“海洋世界”，如木卫二，土卫二，以及其他类似的行星，比在恒星内部存在的岩态行星多1000倍。
这些发现对寻找外星生命和额外的生活有一些重大的影响。它也对如何在宇宙中分布生命有着重要的影响。这些世界的生命无疑将面临值得注意的挑战。然而，没有确定的因素阻止生命(特别是微生物生命)在这些行星和卫星上进化。在生源论方面，考虑了一种可能性，即一颗含有亚表面外生命的自由漂浮行星可能会被恒星暂时“俘获”，而且它可能会在其他行星(围绕恒星运行的轨道上)产生生命。因为有很多变量，并不是所有的变量都能被精确地量化。
一种名为“寻找外太空基因组”的新仪器正在被开发来在其他世界找到生命的证据。图片版权：NASA/Jenny Mottor
用望远镜来探测地下生命是非常困难的(从很远的距离)。”人们可以寻找多余的热量，但这可能来自于自然资源——如火山，地热等。找到地下生命最可靠的方法是降落在这样的行星或卫星上，并钻过地表冰盖。这是未来NASA在太阳系的欧罗巴任务的设想。
此外，Lingam和Loeb探索了对生源的影响，还考虑了如果像地球这样的行星从太阳系中被逐出，可能会发生什么。正如他们在研究中所指出的，之前的研究已经表明，在星际空间中漂浮的行星上，有着厚厚的大气层或地下海洋的行星仍然可以支持生命。
一个有趣的问题是，如果地球被从太阳系喷射到寒冷的空间，而不被太阳加热会发生什么？我们已经发现，海洋将会结冰到4.4公里的深度，但液态水会在地球最深处的海洋中生存，比如马里亚纳海沟，而生命也能在这些残留的地下湖泊中生存。这意味着，行星系统之间可能会传输次表面生命。
德雷克方程式，一个寻找宇宙中生命或先进文明的概率的数学公式。图片版权：University of Rochester
这项研究也提醒人们，随着人类探索更多的太阳系(很大程度上是为了寻找外星生命)，所发现的也会对宇宙其他地方的生命产生影响。我们不知道的是被告知的，但所做的以及发现的东西有助于我们知道可能会发现什么。
当然，这是一个非常广阔的宇宙，可能发现的可能远远超过人类目前能够识别的东西！
知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：arXiv
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
