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·⻙伯太空望远镜(JWST)对⼟卫⼆进⾏观测,研究结果表明⼟卫⼆喷出的⽻流⻓达10000km,约为⼟卫⼆直径的20倍。
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。该研究分析了卡⻄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。
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(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。⼟卫⼆表⾯的⼏何反照率⾼达138%,且其处于太阳系的雪线之外,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。
⼟卫⼆液态⽔海洋的成因是潮汐加热。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。
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,补⻬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⻓和繁殖,例如富营养化的湖泊会导致藻类⼤量繁殖。
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。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。
尽管卡⻄尼号退役后,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。