土星的海洋卫星上是否有东西在喷出甲烷？

土卫二原本应该是一颗冰冻的世界，是一块死寂的固体冰，被锁定在土星的无尽轨道上。但当卡西尼号太空船于 2004 年至 2017 年造访该系统时，它发现了一颗活跃的卫星，上面充满了水、氢和甲烷：在地球的海洋中，这三种物质与生命相伴而生。

但土卫二不是地球，行星科学家无法确定如何解释土星卫星吐出到太空的奇特分子混合物。它们是外星化学还是外星生物的产物？研究人员仍然不确定。土卫二可能是也可能不是外星“产甲烷菌”的家园——这些微生物吞噬氢气和二氧化碳并喷出甲烷。但昨天发表在《自然天文学》杂志上的一组生物学家的新分析显示，仅靠最明显的化学反应几乎不可能产生如此多的甲烷。

“产甲烷菌能够解释甲烷的数量，”巴黎高等师范学院生态学博士生、新研究的主要作者安东尼·阿夫霍尔德 (Antonin Affholder) 说。

冰层之下的世界

2006 年，卡西尼号发现喷泉喷涌入太空，这是土卫二冰壳下隐藏着海洋的第一个确凿证据。

十年后，在环绕土卫二飞行时，探测器直接穿过了水柱之一——距离卫星表面仅 30 英里。在这次大胆的俯冲过程中，探测器对溅入太空的分子进行了采样，实际上是在嗅探海洋喷雾。

它闻起来满是水，还有氢和甲烷的味道。研究人员确定，氢不是生命的迹象，而是生命潜力的迹象。它很可能来自深海喷口。地球上的此类喷口充满了以氢为食的微生物。这些地点甚至被认为是陆地生命最初摇篮的候选地点。

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然后就是甲烷。许多以深海热泉为家的古老生命形式吞噬氢气和二氧化碳 (CO2) 并产生甲烷 (CH4)，因此它们被称为产甲烷菌。卡西尼号仅通过发现几个分子就证明了土卫二拥有维持简单生物舒适生活所需的一切——水、热量和食物。

但这些证据完全是间接的。地球上的甲烷来自各种化学反应，除了微生物消化之外。研究人员对卡西尼号发现的氢气丰度也感到困惑：宜居的土卫二充满了潜在的食物，但似乎没有任何东西在吃它。

神秘的甲烷

阿霍尔德和他的生物学同事决定将他们对种群和生态系统的理解应用于这一问题，并着手重建土卫二海洋与其岩石核心交汇处可能存在的所有环境。

他们从最明显的甲烷非生物来源开始。在热水与某些矿物质发生碰撞的地方（例如深海喷口），一种称为“蛇纹石化”的过程会产生氢气。然后其他化学反应可以将氢气和二氧化碳结合成甲烷，就像产甲烷菌一样。利用最近确定蛇纹石化速率的实验数据，该团队计算出土卫二可以自行产生的氢气和甲烷的合理量范围。

随后，研究小组考虑了如果土卫二得到产甲烷菌的帮助，氢和甲烷的含量范围将如何变化。研究人员用来自地球的真实生物进行建模，以保证他们对土卫二生命的推测合理。“我们不能只是想象我们想要想象的一切，”阿夫霍尔德说。“我们必须根据我们所知道的东西做出假设。”

最后，他们使用一种称为贝叶斯分析的统计框架来比较两组理论上的土卫六的可能性。他们发现，要制造出卡西尼号在间歇泉下潜时收集到的那么多甲烷，从蛇纹石化开始的一系列化学反应是不够的。

“第一个假设完全不成立”，阿霍尔德说，“得分为零”。

研究人员还发现，大量的氢气正是人们所期望的土卫二喷出的氢气。这些分子聚集在喷口附近，那里的温度太高，已知的产甲烷菌无法生存。任何生物都很可能在距离喷口安全距离的地方啃食分子，在那里它们对氢气的总量影响不大。

未知的未知数

阿夫霍尔德强调，其团队的研究结果并不意味着土卫二上充满了释放甲烷的微生物。但它确实意味着某种未知来源似乎在大量释放这种分子。

例如，甲烷可能从核心冒出。如果月球主要由彗星碰撞形成，它应该充满橡胶状、富含碳的物质，这些物质在加热时会分解成甲烷。或者某种完全无法预见的过程可能正在发生。研究人员对月球冰壳下面的东西一无所知。

“我们不知道土卫二的起源。我们不知道土卫二的年龄。我们不知道甲烷的确切性质，”阿夫霍尔德说。

用间接推论寻找外星人

在可预见的未来，没有着陆器能够钻穿厚达数英里的地外冰层，因此希望弄清楚土卫二上发生情况的研究人员将不得不进行远距离测量。

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一种方法是检查排出的甲烷类型。如果甲烷的碳原子最初来自彗星，经过数十亿年的埋藏在月球核心，它们的重量可能与微生物消耗和排出的碳原子不同。卡西尼号后续探测器配备的升级仪器或许能够区分这两种物质。

“为了了解更多信息，我们可能需要进行一项检查甲烷的任务，”阿霍尔德说。

但由于没有新的探测器探测土星系统，研究人员将注意力转向了另一颗冰冷的卫星——木星的木卫二。詹姆斯·韦伯太空望远镜在今年晚些时候发射后，可能能够辨认出那里间歇泉的内容。一艘能够像卡西尼号一样直接对羽流进行采样的轨道器也在筹备中。木卫二本身可能适合居住，如果不是，那么回答一些关于它历史的基本问题可能会揭示出它的冰冷表亲的背景故事。

阿夫霍尔德和他的同事们也在研究类似的分析方法，以计算系外行星上存在外星生命的几率，这些行星的大气中氧气、二氧化碳和其他气体的混合物比土卫二的分子更难解释。他们的工作预示着天体生物学时代的到来，任何外星生命的发现都不会伴随着确凿的证据，而是伴随着连续不断的统计分析的不断增加的呜咽声。