甲烷冰层覆盖的土卫六：生命线索或许藏在冰壳之下？

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作者：Robert Lea

翻译：张雨荷 

校对：张一丁

编排：简稚珉

后台：李子琦

图注：土星的卫星土卫六的概念图，背景为这颗气体巨行星。

图源：Robert Lea

科学家们发现，土星最大的卫星——土卫六（泰坦）的地表之下可能存在一层隔热的甲烷冰，厚度达十千米。有趣的是，这层甲烷冰可能使土卫六地下海洋的生命迹象更容易被探测到。而且，从长远来看，这一发现可能有助于我们应对地球上的气候变化。

尽管土卫六只是一个卫星，但它比太阳系中任何其他行星都更像地球，因为它是太阳系中除地球之外唯一同时拥有大气层和液态河流、湖泊与海洋的天体。由于土卫六的温度极低，这些液体是由甲烷和乙烷等碳氢化合物组成的。不过，土卫六表面的冰确是由水组成的。

来自夏威夷大学马诺阿分校行星科学团队的最新研究表明，甲烷气体可能也被困在土卫六的冰壳内，形成一层厚达十千米的独特壳层。这些气体可能会加热下方的冰壳，从而帮助分子上升到土卫六的表面，其中一些分子或许能够表明生命的存在。这种加热效应也可能可以解释土卫六的大气层为何富含甲烷。

“如果土卫六厚厚的冰壳下的海洋之中存在生命，只有在这些生命迹象或生命标记物能够通过冰壳向上传输的情况下，我们才能在未来的任务中更容易接触或者观察到它们，”研究团队负责人、夏威夷大学科学家Lauren Schurmeier（劳伦·舒尔迈尔）在一份声明中表示。“如果土卫六的冰壳温暖并且具有连接性，这种情况更有可能发生。”

该团队首次注意到这种连接的甲烷冰层的存在，是因为在土卫六表面观察到了浅的陨击坑。在土卫六表面发现了90个陨击坑，而这些陨击坑的深度比预期要浅几百米，这一现象让科学家们困惑不解。

Schurmeier解释道：“这非常令人惊讶，因为根据其他卫星的情况，我们预计在土卫六表面会看到更多的陨击坑，而且这些陨击坑要比我们在土卫六上观察到的深得多。我们意识到，一定是土卫六上存在某些独特的因素，才会让陨击坑变得更浅并迅速消失。"

研究土卫六的浅陨击坑

为了进一步探究土卫六陨击坑的奥秘，Schurmeier 及其同事借助了计算机模拟。这样，他们就可以测试如果土卫六的冰壳下存在着一层隔热的甲烷包合物，在小行星撞击后表面会在多大程度上恢复和反弹。

甲烷包合物，或称甲烷水合物，是一种固体化合物，其中大量甲烷被密封在水的晶体结构中，形成类似冰的固体。

通过研究木卫三（甘尼米德，木星的一颗与土卫六相似的冰卫星）上类似大小的陨击坑，研究人员可以推测土卫六上陨击坑的可能深度。

Schurmeier补充道：“通过这种建模方法，我们能够确定甲烷包合物壳层的厚度在5到10千米之间，因为利用这一厚度的模拟产生的陨击坑深度最符合观测结果。甲烷包合物壳层使得土卫六内部变暖，并导致意料之外的快速地形恢复，从而使陨击坑变浅，变浅速度接近于地球上快速移动的冰川融化速度。

图注：土卫六上的陨击坑图像，由卡西尼号土星探测器的合成孔径雷达采集。箭头指示了可能的陨击坑变化过程，包括：沙丘和沙土（紫色），通道（蓝色），以及陨石坑边缘的严重侵蚀（粉色）。

图源：NASA/卡西尼号土星探测器

甲烷冰壳的厚度非常重要，因为它可以解释为何土卫六的大气特别富含这种碳氢化合物。它还可以帮助科学家更好地理解土卫六的碳循环、以液态甲烷为基础的“水循环”，还有土卫六不断变化的气候。

Schurmeier解释道：“土卫六是研究温室气体甲烷如何导致气候变暖并在大气中循环的天然实验室。”他指出，“地球上发现的甲烷水合物，分布在西伯利亚的永冻层和北极海底，目前正逐渐变得不稳定并释放出甲烷。”

“因此，来自土卫六的研究可以为地球上正在发生的过程提供重要启示。”

图注：土卫六内部的示意图（不按比例绘制），显示了覆盖在对流冰壳之上的甲烷包合物壳层（紫色）。

图源：Schurmeier等

从土卫六的地形来看，甲烷包合物壳层的厚度意味着这颗土星卫星的内部可能是温暖且有弹性的，而不是像人们曾经认为的那样寒冷而僵硬。

Schurmeier补充道：“甲烷包合物比普通的水冰更坚固且更具隔热性。包合物外壳可以隔绝土卫六的内部，使水冰外壳非常温暖且具有延展性，这意味着泰坦的冰壳正在经历或曾经出现过缓慢对流。”

这种对流意味着，表明生命存在的生物标志物可能已经从土卫六的地下海洋中升起，并被带到外部的冰壳中，正等待着被发现。

这项研究也会为NASA的科学家们提供有用的指引，他们计划利用即将发射的蜻蜓号探测器（Dragonfly）探索土卫六。蜻蜓号预计将在2028年发射，并有望在2034年抵达土星附近，对土卫六冰冷的表面进行近距离观测。

该团队的研究成果已于9月30日发表在《行星科学杂志》上。