土卫六的甲烷是怎样形成的（土卫二上的甲烷）

土卫二上的甲烷：可能存在生命现象？

卡西尼航空器拍摄的土卫二。据生物学家最新研究表明，某些物质在土卫二地下海洋中产生了大量甲烷。会是生命的迹象吗？图片来源NASA/ ESA/ JPL/ SSI/ Cassini Imaging Team/ Carne

由于土卫二的地下海洋遍布全球，因而被认为是地外生命探测的最佳星球。最近，据某支生物学家团队最新探索表明，土卫二上极有可能存在生命…而且我们可能已经发现了证明生命存在的迹象。有些东西正在土卫二上产生大量甲烷，更确切地说是在其地下海里。而甲烷正是生命存在的一种标志。Charlie Wood于2021年6月8日 在《Popular Science》杂志上论述了这一奇怪的现象。有趣的是，Wood发表的文章表明，初步的分析证实土卫二上甲烷产生的方式与地球海洋中微生物产生甲烷的方式是相类似的。

这并不能一定表明土卫二上有生命存在，但这确实是非常有趣的现象。

同行评议的结论于2021.06.08发表在《Nature Astronomy》杂志上。

土卫二上的甲烷: 热液喷口和产甲烷菌

最初的甲烷探测是通过分析卡西尼号航天器获得的数据进行的，探测器几次近距离飞越这颗卫星，它曾一度穿过土卫二南极裂缝中喷发出的水蒸气柱，羽流中的水蒸气来自冰冷的外表面下的深海。

此外，卡西尼号还在羽流中发现了冰粒子、盐、氢和有机分子，这是海洋组成与地球海洋相似的初步迹象。也有证据表明土卫二的海底存在热液喷口，类似于地球海洋中支持产甲烷生物的喷口。如论文摘要所述:

美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船的观察证实，土星的卫星土卫二内部有一个液体海洋。对喷射到太空的海洋物质羽流的分析表明，土卫二的海底存在碱性热液喷口。在地球上，这样的深海喷口孕育着富含产甲烷古菌的微生物生态系统。

土卫二内部的剖面图，显示了从南极冰层表面的裂缝中喷出的次表层海洋和水蒸气喷流。图片来源: 《大众科学》。

那么，是什么在产生土卫二上的甲烷呢？

科学家们已经知道甲烷的存在，但是新的研究表明，其惊人的数量很难解释。基本上，土卫二上最有可能产生甲烷的化学过程——蛇纹石化——产生的甲烷不会像目前观测到的那么多。那么什么可以呢？巴黎高等师范学院的Antonin Affholder是第一作者，他告诉《大众科学》：

产甲烷菌能够解释甲烷的量。

土卫二的间歇泉。这些大量的水蒸气从土卫二南极的裂缝中喷发出来。卡西尼号航天器分析了这些羽状物，发现了水蒸气、冰粒子、盐类、甲烷和各种复杂的有机分子。科学家认为，这些羽状物起源于月球冰层下的全球海洋。图片来源: NASA。

产甲烷菌是以氢气和二氧化碳为食并产生甲烷的微生物生命形式。在地球上，它们是在深海热液喷口处被发现的，就像在土卫二海底被认为存在的喷口一样。

那么，这真的能解释土卫二上的甲烷吗？

有机还是无机？

考虑到这一点，研究人员考虑了在土卫二海洋中产生甲烷的所有可能。在serpentization反应中，高温的水与岩石中的矿物相互作用产生氢气。然后，氢气会与二氧化碳发生化学反应，产生甲烷。

这听起来很有道理，所以研究人员仔细研究了这种可能性。他们想看看土卫二究竟能以这种方式产多少甲烷。他们使用贝叶斯分析将结果与地球上真实的产甲烷菌的进行比较。总之，保持他们的假设正确是很重要的。如Affholder所说：

我们不能只想象我们想要想象的。我们必须将假设建立在已知的基础上。

在巴黎高等师范学院，Antonin Affolder领导探索土卫二甲烷之谜的新研究团队。图片来自巴黎高等师范学院（ENS）

“过多”的甲烷

卡西尼号检测到的甲烷量明显高于仅通过蛇纹石化可以轻松解释的数量。这个结果是令人震惊的， 承办人说：

第一个假设完全不可能，得分为零。

正如摘要中所概述的那样，显然“过多”的甲烷无法仅用无机化学来轻松解释。 从摘要：

在这里，我们使用贝叶斯统计方法来量化产甲烷菌（生物甲烷产生）可能可以解释土卫二羽流中分子氢和甲烷逃逸率的概率，如卡西尼号仪器测量的那样

我们发现观察到的逃逸率 (1) 不能仅仅通过蛇纹石化对岩石核心的非生物改变来解释； (2) 符合产甲烷菌宜居条件的假设； (3) 在产甲烷菌存在的假设下，假设生命出现的概率足够高，得分最高。

过多的氢气？

此外，卡西尼号还在海洋中发现了丰富的氢，可用作微生物的食物来源。 但是，如果将其作为食物食用，剩下的似乎更多。 事实证明，这个谜团也可能有答案。 大多数氢分子被认为非常靠近通风口，那里对产甲烷菌来说太热了。 相反，生物体可能会以远离通风口的氢分子为食。 在那种情况下，对氢的整体浓度几乎没有影响。

土卫二地下海洋的剖面图。 有证据表明海底有热液喷口，就像在地球上一样。 甲烷可能来自产甲烷微生物吗？ 图片来自 NASA/JPL-Caltech/SwRI。

需要更多的数据

蛇岩石化，至少就其本身而言，似乎不太可能解决甲烷之谜。 土卫二的地层遗留下来的原始甲烷仍有可能从它的核心冒出来。 或者另一个仍然未知的过程在起作用。 正如 Affholder 指出的那样，我们对土卫二的了解仍然不够确定：

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。 要了解更多信息，我们可能需要执行一项探测甲烷的任务。

简而言之，回答这些问题需要更多的数据。 不幸的是，到目前为止还没有返回计划的任务。 卡西尼号非常详细地分析了这些羽状物，但不用说，能够专门寻找其中存在生命证据的探测器会更好。 这里是希望！

底线：某种东西正在土卫二的海洋中产生大量甲烷。 会不会是生命的存在？ 虽然尚未得到证实，但一组生物学家的一项新研究似乎支持这种令人兴奋的可能性。

BY：Paul Scott Anderson

FY：Astronomical volunteer team

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