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卡西尼号在2017年4月至9月的最后一次轨道飞行中飞过土卫二羽状物的快照。科学家在穿过土星卫星恩克拉多斯的冰壳喷出的水羽中发现了磷的痕迹。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院/空间科学研究所)

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Sharmila Kuthunur）：磷——我们所知的生命所依赖的六种元素中最稀有的一种——第一次在我们太阳系的一颗微小的海洋卫星中被发现。

科学家们梳理了美国宇航局卡西尼号飞船近15年前发回的数据，称他们在水间歇泉中发现了丰富的磷，这些水间歇泉经常从土星的小卫星恩克拉多斯喷入太空，恩克拉多斯是太阳系中最有可能存在生命的地方之一。

土卫二是一颗被冰覆盖的卫星，在冰壳下隐藏着巨大的液态水海洋。科学家此前已经在月球海洋中发现了其他生命的关键组成部分，包括碳、氢、氮、硫和氧。然而，磷，它与糖一起形成DNA分子的骨架，也有助于修复和维护细胞膜，迄今为止尚未被检测到。

有趣的新发现估计，土卫二上的磷浓度比地球海洋中已知的最高浓度至少高500倍。周三(6月14日)发表的一篇论文中宣布的这一发现表明，这颗冰冷的卫星已经是寻找外星生命的最热门候选之一，现在满足了“最严格的可居住性要求”

“我们没有发现生命，甚至没有发现生命创造的东西，”德国柏林自由大学行星科学教授弗兰克·波斯特伯格告诉Space.com。“我们刚刚发现了一些迹象，表明那里可以很好地形成生命。这只是一个可居住性指标，一个非常好且重要的指标，”他补充道。

在过去的五年里，波斯特伯格和他的同事们一直在研究卡西尼号在2008年收集的数据，当时飞船飞过并“品尝”了土卫二喷向太空的水间歇泉。当气态巨行星土星挤压月球，加热其岩石内部时，这些强大的水流很可能被触发。然后，加压水从冰壳的裂缝中喷出，以每秒79加仑(360升)的速度喷向太空，这足以在几个小时内填满一个奥林匹克规格的游泳池。虽然大部分羽状物质以雪的形式降落在月球表面，但其中一些也为土星的E环提供了养分，这是一个由微小冰粒组成的稀薄光环。正是这些粒子在卡西尼号飞越时撞击了它的仪器。

卡西尼任务拍摄的土星卫星恩克拉多斯的一系列图像。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院/空间科学研究所)

虽然之前基于计算机模型的研究得出结论，土卫二上可能有磷，但这是第一次在土卫二间歇泉的物质中直接发现这一关键成分。

“唯一不那么直接的是，磷酸盐是在土星的E环中发现的，而不是在羽状物本身中，”德克萨斯西南研究所的行星科学家和地球化学家克里斯托弗·格林告诉Space.com，他是新研究的作者之一。“但是，我们知道恩克拉多斯的羽状物供给了E环。这没什么神秘的，”他补充道。

在浏览卡西尼号飞船采样的300多个冰粒的测量结果和实验室为验证目的复制的数据时，这项新研究背后的团队发现了9个具有正磷酸盐清晰指纹的冰粒，正磷酸盐是生物可以吸收并用于生长的唯一磷形式。

“当我第一次意识到这些光谱很可能显示磷酸盐时，这是一个令人兴奋的时刻，”波斯特伯格说，并补充说他的团队在分析数据时是不可知论者。“我承认磷酸盐可能是我们能找到的最好的东西，但我们从未专门寻找过它。”

科学家们在土卫二是否存在磷的问题上意见不一。2018年的一项研究模拟了月球上的磷浓度，得出的结论是，这一关键元素将在月球的海洋中耗尽，因此不适合潜在的生命。然而，新的研究“推翻了我过去模型的发现，”领导2018年研究但不属于新研究的Manasvi Lingam告诉Space.com。“在科学中，旧理论被新理论和改进的数据取代是很常见的——事实上，这就是该领域的发展。”

最新研究的发现与包括格林在内的科学家团队在2022年的发现一致。利用最新的地球化学模型，研究小组估计，正磷酸盐实际上将以比之前预测的更快的速度溶解在土卫二的水中，导致海洋中的磷含量比地球海洋高1000倍。

这项新研究还得出结论，正磷酸盐在土卫二的海洋中“容易获得”，其丰度的最佳估计是地球海洋的1000多倍。在地球上，陆地在侵蚀和风化过程中，岩石会释放出磷，而土卫二则没有。相反，科学家认为月球的海水和形成其核心的岩石之间的相互作用将大量的磷溶解到海洋中。

“如果土卫二的岩石中含有磷酸盐，没有人会感到惊讶。“彗星上有磷酸盐……这没什么大不了的，”波斯特伯格说。“重要的是，它溶解在海洋中，因此(它)很容易用于潜在的生命形成。”

美国宇航局的卡西尼号飞船拍摄的土星卫星恩克拉多斯的图像。(图片来源:美国宇航局/JPL加州理工学院)

这一发现的意义超出了太阳系中的恩克拉多斯角。磷在自然水中非常罕见，因为它容易与钙等带正电荷的原子反应，形成磷酸钙，从而锁住磷，使其无法用于生命形式。但是土卫二能够容纳如此大量的溶解磷，因为它有科学家所说的苏打海洋。

苏打海或苏打湖富含碳酸盐——含有二氧化碳的矿物质，容易在水中形成。碳酸盐与钙等其他元素结合，留下磷供潜在生命使用。这个过程在地球上也可以看到。加利福尼亚州的莫诺湖、内华达州的两个苏打湖和俄勒冈州的硼砂湖只是苏打湖的几个例子，丰富的生态系统能够在这里生存。在世界其他地方，非洲、亚洲和欧洲都有类似的苏打湖。

根据这项新研究，在太阳系中，拥有冰冻线以外海洋的天体不可避免地会有苏打海洋。冰冻线是小行星带和木星轨道之间的任意点，超过冰冻线，碳和冰开始凝结成固体冰。

波斯特伯格和他的团队在卡西尼号采样的冰粒中发现了大量的碳酸盐，这表明像恩克拉多斯这样的海洋世界——就像最近发现埋藏海洋的天王星的四颗最大的卫星一样——应该都是“这些苏打海洋，应该很容易从岩石中溶解磷酸盐，”波斯特伯格说。

太阳系所有行星及其卫星形成的行星建筑块富含碳酸盐，因此外太阳系中任何有海洋与其岩石接触的天体都可能拥有一个含有大量磷酸盐的苏打湖。

“这些碳酸盐..这是外太阳系的普遍现象，”波斯特伯格说。"这不仅适用于恩克拉多斯，也适用于外太阳系的所有海洋世界."

因此，尽管土卫二海洋中磷的确切含量仍是一个估计值——研究人员表示，鉴于我们尚未了解月球功能的所有情况，当地浓度仍可能更高或更低——但关于磷本身(生命的关键成分)是否存在于月球上的争论似乎最终得到了解决。

“它是可居住的——很明显很难反驳这一点——但我们不知道它是否有人居住，”波斯特伯格说。

研究人员对土卫二的海水在从海洋穿过冰壳进入太空时发生了什么(如果有的话)知之甚少。Glein说，澄清这一运输过程如何工作将使我们更好地了解如何通过航天器测量来评估月球的可居住性。

“我想我们准备好迎接挑战了！”他说。

这项新研究发表在周三(6月14日)出版的《自然》杂志上的一篇论文中。

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