幾十年來科學家們一直相信，在木星衛星歐羅巴冰冷的表面下可能存在生命。從那時起，已經出現了多個證據，表明它並不孤單。的確，在太陽系中有許多“海洋世界”可能孕育生命，包括穀神星、土衛三、土衛二、土衛六、土衛二、土衛一甚至冥王星等。
但是如果我們所知道的生命元素在這些星球上不夠豐富呢？在一項新的研究中，來自哈佛史密森天體物理學中心(CfA)的兩位研究人員試圖確定這些海洋世界中是否真的存在生物必需元素缺乏。結論可能對太陽系內外的生命存在有廣泛影響，更不用說研究它的能力了。
這項名為：地球外生命是否因為缺乏生物必需元素而被壓制在海底世界？最近發表。這項研究由Manasavi Lingam領導，是哈佛大學理論與計算研究所(ITC)和CfA的博士後學生，得到了ITC主任Abraham Loeb和哈佛大學科學教授Frank B. Baird的支持。
在以前的研究中，關於衛星和其他行星可居住性問題往往集中在水的存在上。對太陽系內的行星和衛星的研究是如此，尤其是對太陽系外行星的研究更是如此。當發現新的系外行星時，天文學家密切關注這顆行星是否在其恆星的宜居帶內運行。這是決定這顆行星是否能在其表面支持液態水的關鍵。
此外天文學家還試圖從多岩石的系外行星周圍獲取光譜，以確定其大氣中是否發生了水的流失，氫氣的存在就是明證。與此同時，其他研究試圖確定能源的存在，因為這對我們所知的生命來說也是必不可少。相比之下，林加姆博士和勒佈教授則認為，海洋行星上的生命是如何依賴於有限的營養物質(LN)。
一段時間以來，關於哪種營養物質對外星生命至關重要一直存在著相當大的爭論，因為這些元素可能因地點而異，也可能隨時間而異。我們所知道的生命所必需元素最普遍的清單包括氫、氧、碳、氮和硫。此外某些微量金屬(如鐵和鉬)可能對生命也有價值，但生物必需微量金屬的清單受到更高程度的不確定性和可變性。
出於研究目的，林根姆博士和勒佈教授利用地球的海洋創建了一個模型，以確定源和匯(即分別向海洋中添加或耗盡LN元素的因素)與海洋世界中的源和匯是如何相似的。在地球上，這些營養物質的來源包括河流、大氣和冰川，它們的能量來自陽光。在這些營養物質中確定最重要的是磷，並考察了這些元素和其他元素在海洋世界的含量有多豐富，那裡的條件有天壤之別。
正如林甘博士解釋的那樣：我們有理由假設，在這些世界上，生命的潛在存在也將在淨流入(源)和淨流出(匯)之間達到平衡。如果碳匯比碳匯更占主導地位，這可能表明，碳匯的元素將相對迅速地耗盡。為了估計源和匯的大小，利用了我們對地球的瞭解，並將其與這些海洋世界的其他基本參數結合起來，比如海洋的pH值、世界的大小等，這些都是通過觀測和理論模型得出的。
林厄姆博士和勒佈教授認為，雖然內陸海洋無法獲得大氣來源，但熱液噴口發揮了作用。已經有大量的證據表明這些存在於木衛二、土衛二和其他海洋世界。還考慮了非生物來源，這些非生物來源由地球上的雨水從岩石中濾出的礦物質組成，但也包括這些衛星內部海洋對岩石的風化作用。
最終發現與水和能量不同，在我們太陽系的海洋世界中，限制營養物質供應可能是有限的：發現根據模型中的假設，磷是生物基本元素之一，在海洋中是中性或鹼性的海洋世界中，其海洋是中性或鹼性，而它在海洋中有水熱活動(即海底的熱液通氣系統)，因此磷的消耗會減少。研究表明，在這些海洋世界中，生命可能存在於低濃度的環境中(或者只存在於局部地區)，因此可能不易被發現。
這自然會對歐羅巴和太陽系外其他衛星的任務產生影響。其中包括美國國家航空航天局(NASA)的“歐羅巴”(Europa Clipper)任務，該任務目前計劃於2022年至2025年之間發射。通過對歐羅巴的一系列飛行，這個探測器將嘗試測量來自月球表面的羽流活動中的生物標誌。
類似的任務已經在土衛二提出，美國國家航空和宇宙航行局也在考慮一個“蜻蜓”任務，探索泰坦的大氣層、地表和甲烷湖。然而如果林加姆博士和勒佈教授的研究是正確的，那麼這些任務在太陽系的海洋世界發現生命跡象的機會就相當渺茫。然而，正如林根所指出的，仍然認為應該進行這種任務。
儘管模型預測未來的太空任務在探測外星生命方面可能會有很低的成功率，但相信這些任務仍然值得我們去探索。這是因為它們將提供一個極好的機會：(i)測試和/或偽造我們模型的關鍵預測，(ii)收集更多數據，提高我們對海洋世界及其生物地球化學循環的理解。此外正如Loeb教授所說的：這項研究的重點是“我們所知道的生命”。
如果去這些世界的任務確實找到了外星生命的來源，那麼它將表明生命可以從我們不熟悉的環境和元素中產生。因此，探索歐羅巴和其他行星海洋世界不僅是明智的，而且是必要的。像磷這樣的‘我們所知道的生命化學’所必需的元素，在地下海洋中已經耗盡。因此，在被懷疑存在於木衛二或土衛二表面冰下的海洋中，生命將受到挑戰。
如果未來的任務確定了耗盡的磷水平，但仍然在這些海洋中發現了生命，那麼我們將知道除了地球上生命之外生命的新化學路徑。最後，科學家們不得不在尋找宇宙生命的過程中採取“低垂的果實”法。在我們發現地球之外的生命之前，我們所有有經驗的猜測都將基於存在於地球上的生命，想不出有比這個更好的理由去探索宇宙了！
閱讀更多 博科園 的文章
