最近《行星科学杂志》接受并发布到arXiv预印本服务器上的一项研究调查了地球最初形成和之后5亿年(也称为冥古宙地质纪)期间存在于地球上的有机薄雾是如何包含必要的建筑物的生命的区块，包括核碱基和氨基酸。这项研究不仅有可能帮助科学家更好地了解早期地球的条件，而且土星最大的卫星土卫六上的相同条件是否也能产生生命的组成部分。

地球上的生命是如何开始的大气雾霾可能是关键

在此，《今日宇宙》与约翰·霍普金斯大学莫顿·K·布劳斯坦地球与行星科学系的博士后研究员、该研究的主要作者BenKDPearce博士讨论了这项最近的研究，关于该研究的发现、潜在的后续研究向上的研究，美国宇航局即将到来的土卫六蜻蜓任务，以及他是否认为土卫六上有生命。

皮尔斯博士向《今日宇宙》讲述了过去涉及卡尔·萨根的实验室研究如何发现，使化学反应发生的最高稀释度(或添加水等溶剂)为100微摩尔，或大约百万分之十(ppm)。他说，如果稀释太强，化学混合物中的分子就无法找到彼此。

“毕竟，早期地球是一个朦胧的地方，很类似于土星的卫星泰坦，”皮尔斯博士告诉《今日宇宙》。“这是因为超过40亿年前，地球有一个富含氢、甲烷和氮的大气层，类似于土卫六!这些雾霾颗粒的有趣之处在于，它们本质上是生物分子雪花，即生命构建块的大聚集体结合在一起。40亿多年前，当这些粒子沉降到地球表面并落入池塘时，这些结合就会断裂，你就可以得到一个富含生命构建模块的池塘。我们想知道这个来源是否可以超过100池塘中的微摩尔阈值，浓度足以让它们发生反应并开始形成核糖核酸(RNA)等第一个信息分子的过程。”

在这项研究中，研究人员在实验室环境中在含有0.5%至5%甲烷的大气条件下制造了有机薄雾，并使用气相色谱仪/质谱仪(GC/MS)分析了薄雾中的痕量氨基酸和核碱基。此外，他们还将样品加热至200°C(392°F)，以模拟放置在不适宜居住的表面上的样品。然后，研究小组将他们的结果与计算机模型进行比较，以调查这些相同环境中存在的核碱基数量。

“当我们对有机烟雾中的核碱基浓度进行建模时(利用我们的实验数据)，我们发现这个来源可能是我们迄今为止建模的最丰富、最持久的来源，”皮尔斯博士告诉《宇宙》今天。“提醒一下，迄今为止我们研究过的所有来源(陨石、行星际尘埃和大气HCN)都导致浓度低于100微摩尔;然而，现在我们终于找到了突破这一阈值的来源。”

最终，研究小组发现，在冥古宙地质时期，核碱基可能存在于地球上的“温暖的小池塘”中。通过加热实验，研究小组确定此类样品无法在热表面上存活。最后，他们得出的结论是，有机烟雾只能在古代地球上富含甲烷的大气中产生生命的组成部分，“但不会丰富到形成不适合居住的表面，”皮尔斯博士向《今日宇宙》指出。鉴于这些令人难以置信的发现，正在或计划进行哪些后续研究?

皮尔斯博士告诉《今日宇宙》：“我目前正在建造一个新的实验装置，用于普渡大学地球、大气和行星科学系的实验室，该实验室将于2024年秋季开放。”“这个实验室被称为起源和天体生物学研究实验室。这个实验将使我的新研究小组能够同时模拟早期地球的大气化学(例如，HCN和有机雾霾的产生)和池塘化学。我们最初的目标是使用这个演示在模拟的早期地球环境中第一个生命信息分子(例如RNA)的产生。”

这项研究是在NASA计划向泰坦发射蜻蜓任务之际进行的，目前计划发射日期为2028年7月，并于2034年某个时候降落在泰坦表面的“香格里拉”沙丘地带。蜻蜓是一款四轴飞行器，其目标是围绕土卫六“跳跃”，寻找土卫六潜在宜居性的证据，目前计划的任务时间为10年，其中科学阶段包括3.3年。其科学有效载荷将包括质谱仪、伽马射线和中子光谱仪、地球物理和气象包以及一套显微和全景相机。

蜻蜓计划在土卫六白天运行，晚上停留在地面上，每个持续大约八个地球日或192小时。目前假设“蜻蜓”一次充电后能够飞行最远16公里(10英里)，其电池由多任务放射性同位素热电发电机(MMRTG)组成，可在夜间充电。MMRTG在太空任务方面有着成功的历史，因为它们目前被用于为NASA的火星好奇号和毅力号火星车提供动力。但蜻蜓将如何促进或反驳这项研究的结果呢?

皮尔斯博士告诉《今日宇宙》，“鉴于土卫六上有大量的有机雾霾，我们可以预期其表面含有保存完好的有机雾霾颗粒，富含生命的组成部分。蜻蜓号将配备一台质谱仪，能够表征该建筑物的特征这些粒子中的生命块可能会验证我们的实验室研究。”

土卫六有着丰富的探索历史，几十年来无数的航天器让我们对这个神秘的世界有了更深入的了解，它不仅是整个太阳系中第二大的卫星，也是唯一一个拥有厚厚大气层的卫星。虽然美国宇航局先锋11号、航海者1号和航海者2号宇宙飞船上的摄像机由于月球大气层厚重而雾霾而无法对土卫六表面进行成像，但美国宇航局卡西尼号宇宙飞船首次成功地使用其红外摄像机对土卫六表面进行了成像。正是这些图像证实了之前的假设，即土卫六拥有液态甲烷和乙烷湖泊，这些湖泊只能存在于极冷的温度下，土卫六的表面温度为–179°C(–290°F)。

卡西尼号携带了欧洲航天局的惠更斯探测器，该探测器与轨道航天器分离并降落在泰坦表面，发回了只能在液体条件下形成的圆形岩石的表面特征。但是，考虑到土卫六可能类似于早期地球，有甲烷大气层和液体湖泊，我们会在土卫六上找到生命吗?

皮尔斯博士告诉《今日宇宙》：“土卫六上唯一的宜居环境是在地下深处，如果没有钻头或间歇泉向地表喷出物质，是不容易到达的。”“因此，我不确定我们是否会在蜻蜓号以外的几十年里寻找最好的地方。鉴于我们目前最好的假设涉及池塘的干湿循环，我也很难想象土卫六上的生命起源这在–180°C的土卫六上是不可能的。然而，如果说我在过去十年中从科学中学到了什么的话，那就是我们经常被新的发现证明是错误的，我绝对欢迎它!看起来总是更好，只是以防万一。”