美国宇航局：土卫二和木卫二表面附近可能存在生命迹象

木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二的冰壳下都有海洋存在的证据。美国宇航局的一项实验表明，如果这些海洋支持生命存在，那么尽管这些星球受到强烈的辐射，但以有机分子形式（例如氨基酸、核酸等）存在的这种生命迹象仍可以在表面冰层下存活下来。如果机器人着陆器被派往这些卫星寻找生命迹象，它们就不必挖得很深就能找到在辐射改变或破坏后仍能存活下来的氨基酸。

“根据我们的实验，在木卫二上，氨基酸的‘安全’采样深度在后半球（与木卫二绕木星运动方向相反的半球）的高纬度地区，即表面未受到陨石撞击太大干扰的区域，约为 8 英寸（约 20 厘米），”美国宇航局戈达德太空飞行中心的亚历山大·巴甫洛夫说，他是7 月 18 日发表在《天体生物学》上的一篇研究论文的主要作者。“在土卫二上检测氨基酸不需要进行地下采样——这些分子将在土卫二表面距离表面不到十分之一英寸（不到几毫米）的任何位置经受住辐射分解（辐射分解）。”

这些几乎没有空气的卫星的寒冷表面很可能不适合居住，因为其主行星磁场中捕获的高速粒子和爆炸恒星等深空强大事件会辐射这些物质。然而，这两颗卫星的冰冷表面下都有海洋，这些海洋被主行星和邻近卫星的引力所加热。如果这些地下海洋有其他必需品，比如能源供应以及生物分子中使用的元素和化合物，它们可能适合生命生存。

研究小组在辐射分解实验中使用氨基酸作为冰卫星上生物分子的可能代表。氨基酸可以由生命或非生物化学产生。然而，在木卫二或土卫二上发现某些类型的氨基酸可能是生命的迹象，因为它们被陆地生命用作构建蛋白质的成分。蛋白质对生命至关重要，因为它们用于制造酶，从而加速或调节化学反应并制造结构。地下海洋中的氨基酸和其他化合物可以通过间歇泉活动或冰壳的缓慢搅动带到地表。

这幅木星冰冷卫星木卫二的照片是由美国宇航局朱诺号航天器上的公共参与相机 JunoCam 在 2022 年 9 月 29 日任务近距离飞掠期间拍摄的。这张照片是 JunoCam 在飞掠过程中拍摄的第二张、第三张和第四张图像的合成图，从第四张图像的角度看。左边是北方。这些图像的分辨率略高于每像素 0.5 到 2.5 英里（每像素 1 到 4 公里）。与我们的月球和地球一样，木卫二的一侧总是面向木星，这就是这里可见的木卫二的一侧。木卫二的表面纵横交错着裂缝、山脊和带状地带，这些地带抹去了大约 9000 万年前的地形。公民科学家 Kevin M. Gill 对这些图像进行了处理，以增强色彩和对比度。

为了评估氨基酸在这些星球上的存活情况，研究小组将氨基酸样本与冷冻至零下 321 华氏度（-196 摄氏度）的冰混合，放入密封的真空小瓶中，然后用不同剂量的伽马射线（一种高能光）轰击它们。由于海洋中可能存在微生物，他们还测试了冰中死细菌中氨基酸的存活情况。最后，他们测试了冰中与硅酸盐尘埃混合的氨基酸样本，以考虑陨石或内部物质与地表冰混合的可能性。

这些实验提供了确定氨基酸分解速率（即辐射分解常数）的关键数据。借助这些数据，研究小组利用木卫二和土卫二的冰面年龄和辐射环境来计算钻探深度和 10% 的氨基酸能够幸免于辐射分解的位置。

虽然之前也进行过测试氨基酸在冰中存活情况的实验，但这是首次使用较低辐射剂量且不会完全分解氨基酸的实验，因为仅仅改变或降解氨基酸就足以让人无法确定它们是否是潜在的生命迹象。这也是首次利用木卫二/土卫二条件评估这些化合物在微生物中存活情况的实验，也是首次测试氨基酸与尘埃混合后的存活情况的实验。

研究小组发现，氨基酸与灰尘混合时降解得更快，但来自微生物时降解得更慢。

“在类似木卫二和土卫二的表面条件下，生物样本中氨基酸的缓慢破坏速度为木卫二和土卫二着陆器任务未来进行生命探测测量提供了依据，”帕夫洛夫说。“我们的结果表明，在木卫二和土卫二富含二氧化硅的地区，潜在的有机生物分子的降解速度比纯冰要高，因此，未来可能对木卫二和土卫二进行探测的任务在对这两颗冰卫星富含二氧化硅的位置进行采样时应谨慎。”

氨基酸在细菌中存活时间更长的一个可能解释是，电离辐射改变分子的方式——直接破坏分子的化学键，或间接在分子附近产生反应性化合物，然后改变或分解目标分子。细菌细胞材料可能保护氨基酸免受辐射产生的反应性化合物的影响。

这项研究得到了美国宇航局 (NASA) 资助 (奖项编号为 80GSFC21M0002)、美国宇航局行星科学部内部科学家资助计划 (通过戈达德基础实验室研究工作包) 以及美国宇航局天体生物学NfoLD奖项 80NSSC18K1140 的支持。