关于Saturn冰卫星上生命存在潜力的有希望发现

# 土星卫星Enceladus在太空生命搜寻中传来振奋人心的消息 来源：https://www.fu-berlin.de/en/presse/informationen/fup/2026/fup_26_116-enceladus-cassini-mikroben-science-postberg/index.html 2026年9月25日 第116/2026号 柏林自由大学的行星科学家在《Science Advances》期刊上发表了两项新研究，关于土星冰卫星上潜在生命迹象的发现令人振奋。新证据表明，Enceladus可能比原先设想的更适宜生命存在。事实上，若该卫星确实存在生命，目前规划中的航天器将能比预想中更轻松地探测到生命存在的证据。 *卡西尼号探测器拍摄的冰卫星Enceladus照片（https://www.fu-berlin.de/en/presse/informationen/fup/2026/fup_26_116-enceladus-cassini-mikroben-science-postberg/Enceladus-cassini2.jpg?html=1&locale=en&ref=162084192）* 卡西尼号探测器拍摄的冰卫星Enceladus照片。图片来源：NASA/JPL/Space Science Institute 在太阳系中发现地外生命的可能性有多大？柏林自由大学行星科学家弗兰克·波斯特伯格教授与国际研究团队近期在《Science Advances》上发表研究，揭示了新证据：探测Enceladus冰层下隐藏海洋的组成成分比原先认为的更为容易。波斯特伯格教授同时参与了当日发表的另一项研究，该研究由柏林自由大学另一位行星科学家诺扎伊尔·哈瓦贾博士共同参与，证实某些微生物实际上比先前认为更能耐受Enceladus海洋的环境条件。这些成果提升了在土星卫星上发现生命证据的可能性。 ### 为何Enceladus在太空生命搜寻中如此引人注目？ Enceladus被认为是太阳系内搜寻地外生命最具潜力的地点之一。研究人员推测，这颗卫星的冰壳下存在着全球性液态海洋，更深处则是岩石内核。由于冰火山活动，巨大的羽流从卫星南极的冰壳裂缝中喷发，将冰粒抛射至数百公里外的太空。 NASA的卡西尼号探测器曾多次穿越这些羽流分析其成分。Enceladus的海洋是科学家首次能直接分析样本的外星“水体”。样本揭示了多种盐类和有机化合物的痕迹。此外，卡西尼号先前的分析表明海底存在热液活动等对生命维持具有重要意义的条件。 ### Enceladus冰羽流对海洋成分的分离与分选 波斯特伯格教授的研究《卡西尼号CDA观测到Enceladus冰粒因海洋喷雾缓慢冻结与破碎产生的成分分离》揭示了海洋水进入太空过程中的意外现象。国际研究团队利用卡西尼号数据、长期实验室实验及理论模型重构了这一过程。 当充满气体的气泡上浮并破裂时，海洋表面会形成液滴。随后水蒸气携带这些液滴通过冰壳裂缝进入太空。此前科学家认为液滴会瞬间冻结，但新研究发现其实际是缓慢冻结的。由于这种缓慢过程，大部分成分（包括溶解物质）会相互分离。盐类和有机材料因此分布在冻结液滴内的不同位置。此前溶解的各类盐在此过程中也会发生分选，例如氯化钠（食盐）会与碳酸钠分离。 Enceladus将冰粒抛射至数百公里外的太空，导致盐类和有机材料在液滴内部分离并分布于不同位置（https://www.fu-berlin.de/en/presse/informationen/fup/2026/fup_26_116-enceladus-cassini-mikroben-science-postberg/salt-fractionation-figure-4panels.jpg?html=1&locale=en&pageref=162084192&ref=162084417） Enceladus将冰粒抛射至数百公里外的太空，导致盐类和有机材料在液滴内部分离并分布于不同位置。图片来源：Frank Postberg教授 在上升过程中，冻结的液滴被加速至最高1000公里/小时。当它们撞击冰裂缝壁时，会破碎成仅几微米大小的碎片，随后射入太空。这使得冰粒通常仅由一种高度浓缩的、已分离的物质构成。 “Enceladus实际上为我们完成了许多分析前的样本制备工作，这些工作通常在地球化学实验室需要付出大量努力，”该研究负责人波斯特伯格教授表示。“海洋成分相互分离，同时被浓缩到单个冰粒中。” ### 降低生命迹象探测难度 在探测Enceladus羽流时，这种机制不仅有助于将海洋表征为潜在生命栖息地，对生物特征（即可测量的生命迹象）的搜寻也尤为重要。若某些海洋液滴中含有外星微生物成分，它们会在冻结过程中与其他成分分离。破碎后，微生物物质可能仅存在于少数冰粒中，但在这些冰粒中会呈现高浓度和相对纯净的形式。 “这对生命搜寻是个重大利好，”波斯特伯格教授指出。“未来航天器需要分析羽流中的大量单个冰粒，但若遇到含有微生物物质的冰粒，现有技术就能相对轻松地识别其中的生物特征。” 这一发现可能对未来前往Enceladus的太空任务产生重要影响，例如欧洲航天局（ESA）当前规划的L4任务。该任务将专门搜寻土星卫星上的生命迹象。波斯特伯格在柏林自由大学的实验室先前已开展实验室研究，证明专用仪器具备检测单个冰羽流粒子中微生物细胞物质的能力。 ### Enceladus真的可能存在生命吗？ 近期研究也为这一问题提供了新见解。与波斯特伯格论文同期发表于《Science Advances》的另一篇论文由慕尼黑大学（LMU）科学家完成：《类Enceladus地球化学在极端CO₂限制下促进甲烷生成》。波斯特伯格与柏林自由大学另一位同事诺扎伊尔·哈瓦贾博士参与了这项研究。科学家在实验室重现了Enceladus海洋的条件——极低氧浓度、极高碳酸盐浓度、强碱性（pH值达10-11）。在复现包括与岩石海底的热液相互作用等条件后，他们将*甲烷热球菌（Methanothermococcus okinawensis*）引入该环境。这种产甲烷古菌通常生活在地球深海热液喷口附近，无需Enceladus稀缺的氧气即可生存，其代谢仅需氢气和二氧化碳。 实验结果令人惊讶：该生物在缺乏溶解二氧化碳的高pH值最佳培养基中无法生长。相比之下，在Enceladus模拟环境中，它能利用水岩反应产生的氢气持续生长并生成甲烷。在模拟Enceladus条件下，微生物甚至能调整代谢以适应低碳酸盐含量。“这确实让我们感到意外，”哈瓦贾博士表示，“我们原本未预期这项实验能取得如此成功的结果。” 《Science Advances》的两项研究共同为搜寻地外生命提供了新视角。“在Enceladus上，特殊的地球化学条件可能使地球上已知最古老的代谢系统之一在强碱性环境中运作，”波斯特伯格教授指出。“虽然这不意味着土星卫星上存在生命，但我们的首项研究表明——如果确实存在——未来太空任务若能分析Enceladus羽流中的单个冰粒，将有很大机会发现生命痕迹。” ### 柏林自由大学研究人员探寻太空生命起源 行星与卫星具备哪些先决条件才能为生命的形成与存续提供适宜环境？这是柏林自由大学行星科学家的核心研究课题。由德国研究基金会（DFG）资助的新合作研究中心CRC 1759“宜居性作为基础行星过程”已于2026年7月启动。该中心由莱娜·诺克教授领导，行星科学家弗兰克·波斯特伯格教授担任副主任。研究中心将研究可能促成生命在太空（包括太阳系内外Enceladus及其他天体）诞生的过程。 ### 补充信息 ### 出版物 - Frank Postberg等人：《卡西尼号CDA观测到Enceladus冰粒因海洋喷雾缓慢冻结与破碎产生的成分分离》。《Science Advances》(2026)：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee7256 - Vanessa Helmbrecht, Frank Postberg, Nozair Khawaja等人：《类Enceladus地球化学在极端CO₂限制下促进甲烷生成》。《Science Advances》(2026)：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aei0167 - CRC 1759网站：https://www.geo.fu-berlin.de/en/geol/fachrichtungen/planet/projects/SFB1759/index.html ### 联系方式 - 弗兰克·波斯特伯格教授，柏林自由大学地球科学学院地质科学研究所行星科学与遥感部主任，邮箱：[[email protected]](mailto:[email protected]) - 诺扎伊尔·哈瓦贾博士，德国航空航天中心空间研究所及柏林自由大学地质科学研究所研究组长，邮箱：[[email protected]](mailto:[email protected])