土星冰冻卫星土卫二的羽状喷流展示了可能的生命信号
当NASA的卡西尼飞船首次探测到土星最小的冰冻卫星——土卫二正在向太空中喷出羽状的水流时，全世界的人们都对它充满了想象。这些水来自卫星上的一个全球液态海洋，其隐藏在土卫二充满裂缝的壳层之下。
当卡西尼于2008年至2015年飞越土卫二的喷流时，其携带的质谱仪探测到了多种与生命有关的有机分子，它们均来自该卫星的地下海洋。卡西尼还在羽流中探测到了分子氢、二氧化碳、甲烷和岩石碎片等成分。
虽然卡西尼计划已经于2017年结束，但是研究者们仍然在结合它所获得的羽流数据来更加深入的了解土卫二的海洋。最近的卡西尼数据的研究表明土卫二羽流中拥有比过去预想的更高比例的氢、二氧化碳以及甲烷，这引起了人们关于星球内部发生的事情的好奇心。
艺术家想象的土卫二内部结构与羽状喷流
土卫二的海洋是什么样的？
土卫二的海洋可能存在大量的海底喷泉，正类似于人们在地球海洋中最深最黑暗的地方所发现的一样。在地球上的喷口附近的水会深入地球的岩石地壳，其将在岩浆附近被加热，并随后在海底的喷口处被喷出，同时还携带着多种其他的化学成分。在这些喷口附近繁衍着大量的诸如产甲烷的细菌等微生物——科学家们认为地球上最初的生命诞生的过程就类似于此。
地球上的产甲烷菌不能直接接触到太阳光，相反的，他们通过将海底喷口喷出的碳和分子氢转化为甲烷来获得能量。虽然一些地质过程也会释放甲烷，但是产甲烷菌释放了绝大部分的气体。土卫二的海洋中也会存在类似的事情吗？
但不幸的是，我们还没有能力直接向土卫二的海洋中发射探测器来探测其中可能存在的生命。不过，一项发表在《自然 天文学》上的最新研究模拟了类似地球上的产甲烷菌在土卫二的海洋中生存并产生被卡西尼所探测到的羽状喷流的可能性。结果表明可能性很高！
新研究说了些什么？
作者根据已知的物理化学过程建立了复杂的数学模型来描述土卫二可能的海底环境。每一次模拟都选取一种可能的土卫二海洋与热流喷口的温度与成分构成。运行模型后，可以看到最终形成的水环境类型。这种方式给出了上千种可能的热液环境，根据十分复杂的物理与化学过程，这些环境将会喷出不同成分的羽流。
卡西尼探测到的高浓度二氧化碳表明土卫二可能拥有和地球类似的海底，不论是温度、盐度还是酸度。因此，科学家们十分好奇，地球的产甲烷菌能否在土卫二的海底生存呢？他们将几种地球上的产甲烷菌加入土卫二的模拟热液环境中，并观察哪一种（多少种）水环境可以为细菌提供足够的食物并允许其繁衍。最终，在50000种测试环境中，32%允许细菌的繁衍生存而其他的不行。这意味着土卫二的海洋环境对地球细菌可能是十分友好的。
该作者随后观察了产甲烷菌如何随时间改变周围的水环境。在理论上，这也将改变我们在土卫二羽状喷流中观测到的成分构成。结果表明，有产甲烷菌生存的环境可产生与卡西尼观测数据匹配的二氧化碳与甲烷浓度，而没有生物生存的模拟环境则不能。对于甲烷来说尤其如此，即使是最好的自然过程对应的气体浓度都与卡西尼观测数据相差甚远，而当地球上的微生物被加入进混合物中后，甲烷浓度便和卡西尼探测数据相匹配了。
另一个有趣的发现是，模拟中的微生物只会消耗热喷口附近喷发出的氢中的很少的一部分。这意味着观测到的土卫二喷流中的高浓度氢并不意味着不存在生命。
土卫二伪彩色图，由红外光、绿光与极紫外光滤波的图像组合而成
那么土卫二上有生命吗？
简单来说：我们还不知道。研究表明，一些特定的生物确实可能在土卫二海底存在。
有多种方式可以解释我们观测到的甲烷浓度：我们可以假设土卫二海底存在着产甲烷菌，但我们还可以认为那里有着一些地球上不存在的物理与化学过程。而后者意味着我们需要重新思考土卫二的形成过程。
如果彗星在土卫二形成的过程中轰击了它，那么土卫二就可以从它们中直接获得甲烷与有机物。甲烷可以通过去气过程从卫星内部释放出来，核心中的有机物也可以被加热分解，产生氢、二氧化碳与甲烷。很难深入探究这些可能性，因为我们并不知道土卫二究竟是如何形成的，以及如何量化它所释放的甲烷的量。
事情最后归结为如何理解土卫二是如何形成与演化的。那么我们该怎么知道呢？当然是发射更多的探测器。
更多的土卫二羽流探测任务
在卡西尼探测器对土卫二羽流进行探测的时候，科学家们就已经开始计划新的任务了。其中一个任务是土卫二生命探测器，它可以携带比卡西尼更加强大的质谱仪来直接寻找羽流中的生命信号。已经发射的詹姆斯韦伯望远镜可以远距离观测羽流，并可能识别出甲烷的非生物来源。探测器可以测量羽流中碳和氮的同位素，并以此推测土卫二的起源。
在我们太阳系内发现微生物生命可能比在另一个恒星系中发现智慧生命更加令人兴奋。因为如果生命可以在我们太阳系中两个完全不同的星球上独立形成并存活下来，那么我们便可推测在广袤宇宙中充满着生命的迹象。
