土卫四上可能有生命

□ 尹怀勤

土卫四上可能有生命

□ 尹怀勤

土卫六北半球的湖泊地区是太阳系中与地球最相似，也最耐人寻味的地区。新近的研究表明，这些湖泊会随着季节的变化而发生变化

2016年12月初媒体报道，美国航宇局（NASA）1997年10月15日发射升空、2004年7月1日进入土星轨道的“卡西尼”号探测器，在过去的12年里，为探索土星及其卫星系统，获得了多项成果，做出了引人注目的贡献。按照任务计划，“终场演出”现已进入倒计时，“卡西尼”号的生命正进入到最辉煌的时刻。2016年11月30日，“卡西尼”号开始执行它的最后两项任务：

第一项是变轨飞行，“卡西尼”号借助土星最大卫星土卫六的引力，从原先轨道“切换”到土星北极上方，靠近该星球的F环，并执行首次飞掠F环的机动任务。当“卡西尼”号穿越土星光环结构时，其搭载的设备持续对周围空间的微粒和气体样品进行分析，并获取靠近光环运行、体积非常小、平常难以拍摄到的微小卫星的迄今最佳图像。此次“卡西尼”号的飞行轨道抵达了距离土星F环仅有大约1.1万千米的位置上，按照计划，今年“卡西尼”号还将在更近的距离上对这一光环进行观测。

第二项任务是从2017年4月27日起，“卡西尼”号会飞掠宽度约为804千米的F环20次，并在土星和土星环约2400千米宽的间隙中绕行22次。预计在2017年9月15日，“卡西尼”号将进入土星的大气层，同时发回前所未有的土星大气成分精确数据，这也是“卡西尼”号离去的时候——它会在科学家的遥控指令的制导下坠入土星大气燃烧殆尽，以防失控后坠落在土星卫星上，使探测器上可能携带的微生物污染其环境，干扰后续研究。此阶段任务能解开更多关于土星的秘密，包括这颗星球的内部结构、重力场及磁场。人心的重大发现。土星的夏至点为2017年5月，此次任务也因此而得名，该任务预计将持续至2017年9月中旬。

“卡西尼”号所携带的“惠更斯”号是欧空局专门为研究土卫六而研制的探测器。在“卡西尼”号内沉睡了7年的“惠更斯”号，每隔半年被地面控制中心遥测检查一次技术状况，最后一次检查是在2004年12月24日，结果表明其性能一直处于良好状态。“卡西尼”号飞绕土星之后，即按预定计划，于2004年12月25日用弹射装置以每秒0.3米的速度将“惠更斯”号弹出，经历20天的长途跋涉，于2005年1月14日在受控条件下冲向土卫六，为探测该天体可能存活低级生命做出了贡献。

土卫四（近）与土卫二（远）

土卫四表面有如波浪起伏的峡谷冰壁，这些冰壁越过各种陨石坑，沿着土卫四的表面漫延

土卫四的表面布满陨石坑

“卡西尼”号探测器

“卡西尼”号是NASA用于探测土星及土星卫星的探测器。它于2008年6月完成了首次为期四年的土星探索任务，并在2010年9月完成了首次名为“卡西尼春分任务”的延长任务。如今，该探测器将开展第二次名为卡西尼夏至任务的延长任务，届时将做出更多激动

“卡西尼”号的新发现

“卡西尼”号土星探测器

土卫四漂浮在土星环上，从土星表面缓缓地飞越而过

卡西尼”号2011年5月拍摄，以土星和土星环为背景，土卫六和土卫四恰巧运行到一起

“卡西尼”号近期获得的重要成果，就是发现土卫四上可能孕育和存在低级生命。2016年10月11日媒体报道，冰冷的土卫四似乎有一个地下海洋，里面充满了液态水。日前发表于美国《地球物理研究快报》上的一项模拟研究显示，直径1120千米的土卫四将成为继土卫六和土卫二之后第三个被发现拥有地下海洋的土星卫星。据美国太空网刊文称，这个巨大的海洋可能深藏在土卫四冰壳以下100千米处。研究人员认为，土卫四的地下海洋可能直接接触了它的岩石核心。论文作者阿蒂利奥·瑞瓦尔迪尼在发布的一份声明中说：海洋与岩石核心之间的接触至关重要，它们的相互作用提供了关键的营养和能量来源，二者都是构成生命的基本成分。此外，这种海洋可能存在于土星卫星的整个历史中，这意味着，在土卫四凸凹不平的冰壳之下，拥有让潜在生命扎根和进化的足够时间。这使土卫四成为航天探测获得的太阳系又一个可能有低级生命的天体，有助于开阔人们的视野。

土卫四又名狄俄涅，其平均直径为1120千米。它的表面主要由冰组成，温度为-187℃，反照率仅为0.55，与土卫三和土卫二相比它比较暗。其整体密度为每立方厘米1.5克，仅次于土卫二和土卫六。土卫四环绕土星运行的距离是37.742万千米，稍小于地月平均距离38.44万千米，其环绕周期为65小时41分钟。土卫四轨道的偏心率为0.0022，相对于土星的赤道它的轨道的倾角为0.02°。它的自转周期与公转周期一样长，也是65小时41分钟，因此它与地球的卫星月球一样是同步自转的，始终以同一半球面朝向土星，只是周期要短得多。

在“卡西尼”号2004年12月13日飞越土卫四之前对这颗卫星上较亮的线条状结构的来源不清楚，原因之一是到那时为止唯一拍摄到这个结构照片的是在此之前的航天器从很远的地方获得的。但“卡西尼”号的照片证明这些线条是由地震作用造成的明亮的冰悬崖。土卫四的背面上显示着巨大的破裂。2005年10月11日“卡西尼”号以只有500千米的距离飞越土卫四时拍摄了这些悬崖的清晰照片，显示有些悬崖高达数百米，说明其地震作用还是比较强烈的，内部具有一定的能量。

“卡西尼”号曾在2010年4月飞越土卫四上空，它携带的等离子体分光仪探测到土卫四上有氧离子存在的迹象。这个等离子体分光仪是伦敦大学学院研究人员参与设计和制造的，该校研究人员在和同行分析了相关探测数据后认为，在土卫四上确实存在稀薄的氧气。这一发现使得土卫四加入了土星有氧卫星的行列，之前的观测曾发现，土卫五以及其他一些土星的卫星上存在氧气。

美国一个来自新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究小组2012年3月2日曾发表声明说，“卡西尼”号2010年4月飞经土卫四附近时曾经收集了不少数据，通过研究这些数据证实了土卫四的高空存在着稀薄氧气，意味着土卫四上可能存在有机化合物，后者是形成生命的基础条件之一，或许拥有生命。土卫四的表面有许多的撞击坑以及明亮狭长的条纹，主要由冰和岩石构成。

由此看来，有冰覆盖的星球可在宇宙射线作用下形成氧气是一个较为普遍的现象。由于土卫四的表面温度很低，覆盖的冰层虽有较强烈的辐射，使其分解为氢气和氧气，但其中的氢气逸散到太空中，而氧气却存留了下来，在土卫四周围形成了一个气体层，但这层气体非常稀薄，以至于不能被称为大气层。其氧气的另一来源是，土卫四上的能量来自土星强大的磁场。当土卫四围绕土星公转时，来自后者磁场的带电离子猛烈撞击在土卫四表面，将表面冰层中的氧剥离出来。这些游离出来的氧气逸散到土卫四的外逸层，随后将逐渐再一次被吹回土星的磁场中。

之前的研究认为，土卫四没有海洋。而随着越来越多的新数据被收集和分析，土卫四厚厚的冰壳下面100千米处，具有深达数十千米的地下海洋，环绕着岩石内核，有能产生地震的能量，加之又有稀薄的氧气，可能存在有机化合物，俨然成为另一个可能有生命星球的候选者。

这张图是基于“卡西尼”号在2004年至2013年间多次飞越土卫六时获取的雷达数据制作的。北极点右上方形似心形的是“丽姬娅海”，是已知的土卫六第二大液态体，比地球上的苏必略尔湖要大。紧临北极点下方的是“蓬加海”。“蓬加海”右下方的是“卡拉肯海”，它是土卫六已知最大的海洋。北极点的左方和上方，则点缀着许多较小的湖泊，这些湖泊的宽度最大的可达50千米

NASA于2015年11月公布了一张“卡西尼”号在9月份从距离土卫四表面83000千米处飞掠时拍摄的该星照片。这张照片同时拍摄到了土卫二，新照片直观地显示了两者之间的差异。在照片中，土卫四处于近端，可以看到地表上具有明显的环状陨石坑，土卫二位于远端，看上去像一颗明亮洁白的雪球。

“卡西尼”号之前的航天探测数据表明土卫六和土卫二均有地下海洋，都可能孕育和存活生命，此次研究结果使土卫四成为土星第三个可能有生命的卫星。除了土星的卫星外，科学家们还依据“伽利略”号探测器传回的数据资料，经研究分析后认为，木星的卫星木卫二、木卫三和木卫四也有地下海洋，均是可能有生命的星球。科学家们最近研究“新视野”号探测器飞掠位于海王星之外的冥王星和“黎明”号探测器绕飞小行星带中的“谷神”星所获得的数据资料表明，这两颗矮行星或许也同样如此。当然，多个航天探测器以绕、落、巡的方式较早发现有水和可能有生命的星球还是地球的外邻火星，对其做进一步的探测研究尤其是载人往返火星，乃是航天界的一项重要任务，这对人类未来能否离开地球摇篮移居其他星球生活具有非凡意义。实际上，寻找太阳系外宜居天体的重要性不仅亦在于此，而且更具长远价值。★