木星卫星等海洋世界可能存在与地球上类似的低温热液喷口

一项新的研究表明，海洋世界的低温热液喷口可能孕育着生命，类似于地球上的深海生态系统。研究人员使用计算机模型模拟了这些环境，旨在扩大我们对地外生命可能性的了解。图片来源：NASA/JPL-Caltech 编辑

我们都曾在自然纪录片中看到过这样的超现实镜头：在寒冷的海底，热液喷口喷出黑乎乎的超高温水柱，而生命体则依附在这些水柱上。现在，加州大学圣克鲁兹分校研究人员的一项新研究表明，地球海底常见的低温喷口可能有助于在太阳系中的"海洋世界"创造维持生命的条件。

海洋世界是指拥有或曾经拥有液态海洋的行星和卫星，通常位于冰壳之下或岩石内部。在地球的太阳系中，木星和土星的几颗卫星都是海洋世界，它们的存在激发了从同行评议的学术研究、搭载卫星的航天器任务，到 2013 年科幻惊悚片《欧罗巴报告》等热门电影的各种研究。

土卫二海底热液喷口的艺术效果图。资料来源：NASA/JPL-Caltech

许多研究表明，一些海洋世界内部释放的热量足以驱动海底热液循环。这种热量是由放射性衰变产生的，就像在地球深处发生的那样，另外的热量可能是由潮汐产生的。

20 世纪 70 年代，科学家在地球海底发现了岩石-热-流体系统，当时他们观察到了携带热量、颗粒和化学物质的流体排放，许多喷口周围都有新奇的生态系统。

这项新研究发表在今天的《地球物理研究杂志》（Journal of Geophysical Research）上：研究人员使用了一个复杂的计算机模型，该模型以地球上发生的热液循环为基础。在改变了重力、热量、岩石性质和流体循环深度等变量后，他们发现热液喷口可以在各种条件下持续存在。如果在木星的卫星木卫二这样的海洋世界中出现这种流动，就有可能提高那里存在生命的几率。

"这项研究表明，在地球以外的海洋世界中，低温（对生命来说并不是太热）热液系统的维持时间与生命在地球上立足所需的时间相当，"该研究的第一作者、加州大学圣克鲁斯分校地球与行星科学（EPS）杰出教授安德鲁-费舍尔（Andrew Fisher）说。

研究小组的计算机模型所依据的海水循环系统是在太平洋西北部、胡安德富卡海脊以东的一个 350 万年前的海底发现的。在那里，凉爽的海底水通过一座死火山（海山）流入，在地下流淌约 30 英里，然后通过另一座海山流回大海。"论文第二作者、地球与行星科学博士候选人克里斯汀-迪克森解释说："水在流动过程中聚集热量，流出时比流入时温度更高，化学性质也大不相同。"

从一个海山流向另一个海山是由浮力驱动的，因为水在升温时密度变小，而在冷却时密度变大。密度的不同造成了岩石中流体压力的不同，只要有足够的热量供应，岩石的特性允许足够的流体循环，系统就能靠水流本身维持运行，我们称之为热液虹吸管。

高温喷口系统主要由海底下火山活动驱动，而费舍尔解释说，在较低温度下，有大量流体进出地球海底，主要由地球的"背景"冷却驱动。他说："就排出的水量而言，通过低温喷口排出的水流相当于地球上所有的河流和溪流，约占地球热量损失的四分之一。整个海洋的水量大约每 50 万年就从海底抽进抽出一次。"

以前对木卫二和土卫二的热液循环进行的许多研究都考虑了温度较高的流体。低温流至少同样有可能发生，如果不是更有可能的话。

新论文中的一项计算机模拟结果令研究小组尤为兴奋，该结果表明，在极低的重力条件下，如在土卫二海底发现的重力条件，低温到中等温度的循环可以持续数百万年或数十亿年。这有助于解释为什么小型海洋世界在加热有限的情况下，也能在海底拥有长寿命的流体循环系统：热量提取的低效率可能会导致相当长的寿命--实际上是整个太阳系的寿命。

行星科学家们希望通过卫星任务的观测结果来帮助确定海洋世界存在或可能存在哪些类型的条件。新论文的作者计划与合作开展"探索海洋世界"项目的同事一起，参加今年秋天晚些时候在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射的"欧罗巴号快船"航天器。

研究人员承认，何时能直接观测到海洋世界的海底是否存在活跃的热液系统还不确定。它们与地球的距离和物理特性给航天器任务带来了重大的技术挑战。他们在论文中总结道："因此，必须充分利用现有的数据（其中大部分是远程收集的），并充分利用几十年来对模拟地球系统的详细研究的理解。"

编译自/ScitechDaily