原标题：《重大发现，这个星球可能存在生命》
2022年10月，中国科学技术大学郝继华团队通过计算模型模拟了土卫二地下海洋的化学成分，首次揭示土卫二海水可能富含磷。
2023 年 5 月 17 日等。 利用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）对土卫二进行了观测，研究结果表明，土卫二喷出的羽流长达土卫二直径的20倍（如图2）。
土卫二有机分子和冰粒进入羽流的过程
（图片来源：NASA/JPL）▼
羽流的主要成分是水蒸气，喷射到太空的物质大约有30%进入土星E环，70%则分散在土星系统的其他地方。
2023年6月14日，《自然》杂志发表了关根保仁团队的研究成果。 研究分析了卡西尼号探测器收集到的土星E环内颗粒的化学成分，发现E环内的冰颗粒富含磷酸钠，并估计土卫二地下海洋中的磷浓度约为1-20 mmol/ kg，至少是地球海洋中磷浓度的 100 倍。
卡西尼号的宇宙尘埃粒子分析仪分析了九个单独的冰粒子并获得了它们的光谱。 图右下为叠加谱图，在钠盐和磷酸盐对应位置有明显的峰，表明E环富含磷。
（图：）▼
随着土卫二上磷的发现，行星科学家和公众开始重新关注这颗冰冷的卫星。 为什么土卫二在如此冰冷的环境下仍拥有液态水海洋？ 土卫二上磷酸盐的发现意味着什么？
另外，我们目前对土卫二的理解从何而来？ 科学家们对可能存在外星生命的行星的关注会导致进一步的探索计划吗？
土卫二，长这个样子（图片：wiki）▼
卡西尼号探测器和土卫二
目前，人类对土星系统的了解主要来自于卡西尼-惠更斯（-）。 该太空探测器的任务是美国宇航局、欧洲航天局（ESA）和意大利航天局（ASI）之间的合作。
卡西尼-惠更斯号于1997年10月15日发射升空，2004年7月抵达土星周围轨道。同年12月25日，卡西尼号与惠更斯号分离。
次年1月14日，惠更斯号成功登陆土卫六并发回数据。 卡西尼号已在轨运行13年，传回了大量数据，是人类了解土星系统的主要信息来源。
卡西尼-惠更斯号发射（图：wiki）▼
卡西尼号在轨运行13年期间发回了大量数据，而行星科学家尚未完成对其发回数据的分析。 我们简单回顾一下人类不断认识土卫二的过程：
1、1980年11月，航海者一号发现土卫二位于土星E环密度最高处；
2、1981年8月，航海者二号发现土卫二表面既有古老的撞击坑，也有年轻的地貌结构；
土卫二上受损的撞击坑（图：wiki）▼
3、2005年2月，卡西尼号宇宙尘埃分析仪记录了数千次微小尘埃或冰粒的撞击，证实E环是由冰粒组成的宽环；
土卫二和土星的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。 图像显示其表面活跃的地质活动，并显示出巨大的加热裂缝，也称为“虎纹”。
在 12-16 微米波段观察到的卡西尼号热图像
土卫二南极出现四处裂缝，温度显着升高
（图片来源：NASA/JPL/GSFC/SSI）▼
5、2006年，卡西尼号观测了土星E环，证明土卫二上间歇泉喷出的物质是E环的主要物质来源。 同年，卡西尼号的高分辨率图像结合其他数据推测土卫二南极下方存在液态水海洋。
6、2007年10月，卡西尼号携带的符合红外光谱仪获得的数据表明，几乎所有间歇泉都来自温度较高的土卫二南极四裂缝附近。
土卫二南极地区间歇泉的形成
（示意图，图片：NASA）▼
7. 2008年3月，卡西尼号上的离子和中性粒子质谱仪（Ion and Mass，INMS）分析了土卫二的羽流，检测到水蒸气、二氧化碳、一氧化碳和有机分子
（主要是低于 50 原子质量单位的简单有机化合物）。
8. 2008 年 8 月，卡西尼号精确定位了土卫二表面羽流喷发的位置。 图像显示，土卫二表面裂缝深约300 m，内壁呈V形。 裂缝外有大量的细小物质沉积物和数十米大小的冰块。 同年12月，土卫二上发现了更多的地质活动，例如冰壳的定向扩散。
土卫二破裂剖面示意图
（图片来源：NASA/JPL）▼
9. 2009年6月，卡西尼号在土星最外环的冰粒中检测到钠盐。 同年9月，在羽流中发现了氨。
10、2010年2月，卡西尼号团队发现土卫二压力最高的区域与红外图上最热的区域并不完全重叠，推测土卫二自转时自转轴存在轻微摆动。
从土卫二喷出的羽流（图：wiki）▼
11. 2014 年 4 月，Less 等人。 利用卡西尼号飞越土卫二的多普勒频移数据绘制了其内部结构。 研究结果表明，土卫二在30-40公里的冰层下有一个10公里深的液态水海洋。 地下海洋从南极一直延伸到中南纬地区，其含水量相当于苏必利尔湖的含水量。
同年7月，人们发现土卫二表面有101个间歇泉与其地下海洋相连，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，卡西尼号宇宙尘埃分析仪数据显示，当土卫二溶解有矿物质的热水向上移动并与较冷的水接触时，形成了微小的富含硅的岩石颗粒。
土卫二表面的间歇泉（想象，图片：NASA）▼
13、2016年，科学家利用卡西尼号七年观测数据准确确定了土卫二的自转状态，并推测土卫二冰层下存在全球性液态水海洋，而不是局部极地液态水海洋。
14. 2017年4月，卡西尼号离子和中性质谱仪在土卫二羽流中检测到大量氢。 大量的氢气表明土卫二有一个持续的加热过程。
同年9月，为了避免可能附着在地球上的微生物污染土星卫星环境，卡西尼号主动落入土星大气层并燃烧殆尽。
卡西尼号的坠落（想象图，图片：NASA）▼
15、2017年11月，法国南特大学行星科学家盖尔乔布雷特团队利用卡西尼号飞船返回的数据和地球上工程实验的数据模拟了土卫二的内部结构和液态水循环，解释了土卫二的内部结构和液态水循环。土卫二南极地区的羽流现象。
卡西尼号穿越土卫二羽流（图片来源：NASA）▼
16. 2018 年，等。 分析了卡西尼号宇宙尘埃粒子分析仪对土卫二羽流的探测数据，发现了相对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土卫二拥有生命六种基本元素——碳、氢、氧、氮、硫、磷，而且还拥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有可能孕育生命的天体之一。
土卫二夜空想象图（图片：wiki）▼
土卫二 () 是土星第六大卫星，也是土星第 14 大卫星。
1789年8月，威廉赫歇尔首次通过1.2m望远镜发现了土星的第二颗卫星，因此被称为土卫二。 它的平均直径约为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%，位于太阳系的雪线上（雪线也称冰冻线，在天文学或行星科学中，是指距太阳系一定距离）中央原恒星，那里的温度足够低，可以让挥发性化合物，如水、氨、甲烷、二氧化碳和一氧化碳凝结成固体冰粒。在太阳系中，雪线位于小行星带和轨道之间木星），这使得其表面的夜间平均温度仅为 196C，比其他土星卫星要凉爽。
另一方面，这种大小的卫星内部通常无法储存或产生足够的热量，因此它应该是完全冻结的固体，但土卫二并非如此，冰冷的冰壳下有液态水海洋。
土卫二和英国的大小对比（图：NASA）▼
土卫二液态水海洋的起源
土卫二 () 拥有主要由潮汐形成的地下液态水海洋
加热。 当土卫二绕土星运行时，由于其轨道的偏心率，土星的引力会周期性地“压扁和挤压”土卫二，导致其内部被“挤压和拉扯”，产生大量持续的热能。
另外，由于土卫二的形状不规则，土星的引力会对土卫二产生净扭矩，迫使土卫二摇摆，这也会在土卫二内部产生大量的热量，这些热量主要集中在南极地区。
科学家通过模型模拟了这种重力摄动，发现这次摆动对应的最大表面应力范围与南极地区完全一致。
热成像图中，土卫二的热量主要集中在南极地区
（图片来源：NASA/JPL）▼
为了更好地解释土卫二的产热机制。 2017年11月，法国南特大学行星科学家盖尔乔布雷特团队提出假设——土卫二的岩石核心高度多孔且柔软，就像海绵一样的核心。 在土星潮汐重力的作用下，会产生持续稳定的摩擦热（潮汐加热是一个相对稳定的加热过程。如果岩心中的岩浆是粘性的，潮汐重力会产生更多的摩擦热。如果温度升高，则潮汐重力会产生更多的摩擦热。岩心内的岩浆易于流动，潮汐重力产生的摩擦热减少）。
通过计算机模拟发现，它产生的热量高达10GW，足以让土卫二的地下海洋保持液态数千万至数十亿年。
模拟还表明，核心的两极应该对应于冰壳较薄的区域。 这可以很好地解释土卫二南极地区的活动，但不能解释为什么北极没有类似的羽流。
由于潮汐加热而在土卫二上出现间歇泉
（图片来源：NASA/JPL/SSI）▼
喷气推进实验室（JPL）等的医生认为，潮汐加热仍然不足以解释它可以产生液态水并形成水蒸气喷射到太空，还需要更多的时间来产生和维持观测到的温度和射流过程。卡西尼号热。
他们推出了一种新模式。 该模型表明土卫二的热量来自放射性衰变放热和潮汐加热。 人们普遍认为，在太阳系形成后不久，放射性衰变就失去了大部分热量，而土卫二由于某种原因保留了这些热量。 该模型还预测土卫二仍处于冷却阶段，该阶段可能持续十亿年左右。
土卫二表面纹理（图：NASA）▼
土卫二上发现磷酸盐，这意味着什么？
磷是遗传物质DNA/RNA、能量储存化合物三磷酸腺苷/ATP以及细胞膜的重要组成部分。 土卫二上磷的发现完成了生命存在所需的最后一块拼图。 这意味着土卫二几乎具备生命存在所需的所有条件。
更重要的是，土卫二的地下液态水海洋富含可溶性磷，很容易孕育生命。 目前，研究估计土卫二液态水海洋中磷的浓度是地球海洋的100-1000倍。 水体中磷的浓度影响生物的生长和繁殖，例如富营养化的湖泊会导致藻类大量繁殖。
例如，拍摄的圣克莱尔湖卫星图像
画面中长满了很多绿藻（图片来源：NASA）▼
在地球的海洋中，由于大量生物的存在，海洋中的磷被消耗到很低的浓度； 如果土卫二上有生命，为什么其液态海洋中的磷含量如此之高？ ？
这可能表明土卫二上根本不存在生命，或者生命只能以非常缓慢的速度新陈代谢。
然而，这片磷含量如此之高的液态水海洋对于任何潜在的外来生物来说都是个好消息，也可能是未来人类最好的中转站或补给站之一。
土卫二的结构，如图
（图：郝继华等2022）▼
需要注意的是，检测到的磷酸盐来自土星的E环，而不是直接来自土卫二的羽流或土卫二的表面。 尽管几乎可以肯定土卫二地下液态水海洋中存在磷酸盐，但我们仍然需要谨慎。
未来，如果有新的探测器对土卫二进行近距离探测和采样研究，不仅能够验证土卫二的地热机制，还能确认土卫二地下液态水海洋中是否存在生命。 这对于寻找外星生命具有重要意义。
土卫二、地球、月球的大小（图：wiki）▼
太阳系中，包括但不限于金星、火星、土卫二、泰坦、欧罗巴等，都是可能存在外星生命的天体。
火星上水的发现促使行星科学家开发了毅力号火星探索任务； 金星上磷化氢分子的发现促使行星科学家设计了达芬奇探测器(+)、金星-D任务和任务等。
无尽的探索（图片来源：NASA）▼
土卫二上已经发现了可以被生命吸收的磷酸盐，但相应的探测计划尚未提上日程。 行星科学家的“新旧爱”中，唯一不变的就是他们对探索和研究外星生命的执着。
虽然卡西尼号退役后后继无人，但“冰月计划”JUICE于2023年4月14日启动，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”果汁漫游车行程计划
（图片来源：EAS）▼
土卫二和木卫二有着相似的环境，对木卫二的探测将有助于人类了解这些冰冷卫星的地下液态水海洋以及是否存在外星生命。
参考：
广告声明：文章中包含的外部跳转链接（包括但不限于超链接、二维码、密码等）用于传达更多信息，节省选择时间。 结果仅供参考。 IT之家的所有文章均包含此声明。
