美国 - 艾赫巴里通讯社
欧罗巴及其他木星卫星可能在形成时就携带有生命必需的构成要素
我们太阳系中的冰卫星已成为理解宜居性及地外生命潜力的持续探索中的主要目标。其中最引人注目的是欧罗巴、盖尼米德和卡利斯托，它们都属于木星的伽利略卫星系统。虽然它们的环境条件是评估其宜居性的关键因素，但其内在的化学性质同样起着至关重要的作用。据我们所知，生命无法在没有基本分子构成要素的情况下产生。
近期的科学调查揭示了令人信服的证据，表明生命的化学前体——复杂有机分子（COMs）——在伽利略卫星形成之时就已存在，并从一开始就被整合到其中。这一发现极大地增强了简单生命形式可能在这些天体冰壳下存在的广阔地下海洋中繁衍的可能性。
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支持这些结论的两篇关键研究论文是：《Jovian Circumplanetary Disk中复杂有机分子的形成与存活》（Formation and Survival of Complex Organic Molecules in the Jovian Circumplanetary Disk），发表在《行星科学杂志》（The Planetary Science Journal）上，主要作者是西南研究所（Southwest Research Institute）太阳系科学与探索部门的Olivier Mousis博士。另一篇题为《向木星系统输送复杂有机分子》（Delivery of complex organic molecules to the system of Jupiter）的研究，发表在《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上，主要由来自Aix–Marseille Université, CNRS, CNES, Institut Origines的Tom Couzinou撰写，Olivier Mousis博士也作为联合作者参与了贡献。
科学界普遍认为，没有COMs生命就无法存在。此外，实验室实验表明，某些COMs可以在原行星盘（protoplanetary disks）——行星和卫星形成的旋转气体和尘埃盘——中的微小冰粒上形成。这些形成的能量来源通常是紫外线星光或盘内物质的动态运动产生的热量。一旦这些分子存在于盘状环境中，它们就可以被整合到新形成的行星体中。
然而，关于行星周围盘（circumplanetary disks）——围绕单个行星的气体和尘埃的环状结构——一个关键问题出现了。同样的COM形成过程是否可能在这些更小、更局域的盘中发生？这些分子是否能找到途径进入围绕其母行星原地形成的卫星中？
“通过结合盘演化和粒子输运模型，我们能够精确量化冰粒所经历的辐射和热量条件，”主要作者Mousis在新闻稿中表示。“然后，我们将我们的模拟与在现实天体物理条件下生产COMs的其他实验室实验进行了直接比较。结果表明，COM的形成在太阳星云环境和木星的行星周围盘中都是可能的。”
研究人员开发了两个复杂的模型来研究这一现象。第一个模型侧重于太阳星云（protosolar nebula）的演化，这是太阳系形成的一个早期阶段，与原行星盘密切相关但有所不同。该模型考察了这一原始物质储备中的整体成分和化学条件。第二个模型则专门针对木星及其行星周围盘。虽然行星周围盘和太阳星云都是天体形成场所，但行星周围盘中心没有恒星，这意味着它们的能量动力学不同——这是一个关键区别。
研究团队随后将这些模型与冰粒在相关盘中运动的模拟相结合。这种方法使他们能够重建最终形成木星卫星的物质的物理和化学历史，特别关注四个最大的伽利略卫星：欧罗巴、盖尼米德、卡利斯托和艾奥（Io）。欧罗巴被广泛认为是拥有可能适宜生命存在的地下海洋的首要候选者，盖尼米德也显示出类似海洋的强烈迹象。卡利斯托的海洋证据不太确凿，而艾奥则因强烈的火山活动，无论其初始化学成分如何，都被认为不太可能支持生命。
模拟探索了多种情景。一项重要发现是，来自太阳星云的大量冰粒获得了COMs，并被有效地输送到伽利略卫星形成所在的木星行星周围盘区域。在一些模拟情景中，高达50%的输送冰粒携带了这些关键的有机分子到正确的位置。
研究人员在其发现中指出：“假设伽利略卫星是在木星周围寒冷的行星周围盘中形成的，那么其内部可能存在的含氮物种可能源自太阳星云中复杂有机分子的形成。”
然而，该研究还带来了一个更令人兴奋的发现：木星行星周围盘内部的条件本身就有利于COMs的形成。这表明这些卫星上发现的生命构成要素具有双重起源，进一步增强了它们的天体生物学潜力。盘的内部热量足以驱动COM合成所需的化学反应。
研究团队解释说：“总的来说，我们的模拟表明，在行星周围盘（CPD）演化过程中不同点释放的各种尺寸的颗粒，会穿过温度足够高的区域，将冰（特别是NH3:CO2冰）热处理成复杂的COMs。”
这一双重来源的假设意味着，像欧罗巴这样的卫星的地下海洋不仅可能拥有生命必需的基本要素——水、能量和免受有害辐射的保护——而且还可能拥有生命出现所需的复杂有机化学。这极大地加强了其宜居性的论点。
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Mousis说：“我们的发现表明，木星的卫星并非以化学上原始的世界形式形成的。相反，它们在诞生时可能就积累了大量的COMs，提供了后来可以与其内部液态水相互作用的化学基础。”
Mousis补充道：“建立COMs形成和输送的可信途径，为科学家们解释即将到来的木星地表和地下化学测量提供了关键框架。通过连接实验室化学、盘物理学和粒子输运模型，我们的工作可能会强调宜居条件是如何根植于行星形成的最早阶段的。”
考虑到NASA的欧罗巴快帆（Europa Clipper）和欧洲空间局的木星冰卫星探测器（JUICE）任务都已启程前往研究木星的卫星，这项研究具有特殊的意义。这些任务有望提供关于这些世界成分、结构和潜在宜居性的前所未有的见解，而此类研究为理解它们未来的发现提供了重要的背景信息。
