土星冰冷的卫星可能蕴藏着生命的基石

随着天体物理学技术和研究的不断进步，一个问题仍然存在：宇宙其他地方是否存在生命?仅银河系就有数千亿个天体，但科学家们在不断的探索中经常寻找三种关键元素：水、能量和有机物质。有证据表明，土星的冰卫星土卫二是一个包含这三者的“海洋世界”，使其成为寻找生命的主要目标。

在其20年的任务中，美国宇航局的卡西尼号航天器发现冰羽以大约每小时800英里(400m/s)的速度从土卫二表面喷出。这些羽流为收集样本和研究土卫二海洋的成分及其潜在的可居住性提供了绝佳的机会。然而，到目前为止，尚不清楚羽流的速度是否会碎裂冰粒中包含的任何有机化合物，从而降解样品。

现在，加州大学圣地亚哥分校的研究人员已经展示了明确的实验室证据，表明这些冰羽中运输的氨基酸可以在高达4.2公里/秒的撞击速度下幸存下来，这支持了它们在航天器采样期间的检测。他们的发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

从2012年开始，加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学杰出教授RobertContinetti和他的同事定制了一台独特的气溶胶撞击光谱仪，旨在研究单一气溶胶和颗粒的高速碰撞动力学。虽然它不是专门为研究冰粒影响而建造的，但事实证明它正是这样做的合适机器。

康蒂内蒂说：“这种设备是世界上同类设备中唯一能够选择单个粒子并将其加速或减速到选定的最终速度的设备。”“从几微米直径到数百纳米，在各种材料中，我们能够检查颗粒行为，例如它们如何分散或它们的结构在撞击时如何变化。”

2024年，NASA将发射欧罗巴快船，前往木星。木卫二是木星最大的卫星之一，是另一个海洋世界，具有与土卫二相似的冰结构。希望快船或任何未来的土星探测器将能够识别冰粒中的一系列特定分子，这些分子可能表明这些卫星的地下海洋中是否存在生命，但这些分子需要在它们的快速喷射中幸存下来来自月球并由探测器收集。

尽管人们已经对冰粒中某些分子的结构进行了研究，但康蒂内蒂的团队是第一个测量单个冰粒撞击表面时会发生什么的团队。

为了进行实验，冰粒是通过电喷雾电离产生的，其中水被推过保持在高压下的针，感应电荷将水分解成越来越小的水滴。然后将液滴注入真空中并在那里冻结。

研究小组测量了它们的质量和电荷，然后使用图像电荷探测器来观察颗粒飞过光谱仪时的情况。该实验的一个关键要素是安装微通道板离子探测器，以将撞击时刻精确计时到纳秒。

结果表明，氨基酸(通常被称为生命的组成部分)可以在4.2公里/秒的撞击速度下以有限的碎片进行检测。

“为了了解太阳系中可能存在什么样的生命，你想知道冰粒样本中没有大量的分子碎片，这样你就可以得到它的指纹。它是一种独立的生命形式，”康蒂内蒂说。“我们的工作表明，土卫二的冰羽是可能实现这一点的。”

康蒂内蒂的研究还提出了化学本身的有趣问题，包括盐如何影响某些氨基酸的可检测性。据信土卫二拥有广阔的咸海——比地球上的咸海还要多。由于盐会改变水作为溶剂的特性以及不同分子的溶解度，这可能意味着一些分子聚集在冰粒表面，使它们更有可能被检测到。

康蒂内蒂说：“这对于在不前往这些海洋世界卫星表面的情况下探测太阳系其他地方的生命的意义非常令人兴奋，但我们的工作超出了冰粒中的生物特征。”“它对基础化学也有影响。我们对追随加州大学圣地亚哥分校创始教师哈罗德·尤里和斯坦利·米勒的脚步，研究由激活的化学反应形成生命构件的前景感到兴奋。受冰粒影响。”