土卫六(泰坦)是太阳系唯一有稳定液态表层的卫星,地表分布甲烷与乙烷湖泊,大气也富含多种有机分子,具备构成生命的三项基本条件:有机物、液态溶剂与潜在能量来源。这些特征都使土卫六成为研究生命起源前化学过程的重要目标。
为了验证条件是否足以推动关键反应,NASA计划发射“蜻蜓号”探测任务(Dragonfly Mission),2028年7月升空,2034年抵达土卫六。蜻蜓号为首个以旋翼无人机形式执行星际飞行的任务,每日可在浓密大气与低重力环境飞行数公里,核心不在寻找现存生命,而是检验生命尚未出现在是否具适合化学演化条件。
土卫六表面温度约 -180°C,沙丘由有机物构成,液体河流与湖泊流体并非水,而是甲烷与乙烷。虽然其地貌与气候形态与地球类似,但化学组成与生命可居性截然不同。据卡西尼─惠更斯任务观测,以及实验室模拟结果,已在土卫六大气与地表沉积物确认多种有机分子,如乙烷、丙烷、乙炔、氰基乙烯、苯与氰等,这些分子从大气沉降至地表,堆积于冰质地壳。若有液态水参与,便可能启动生命相关的化学反应链。
蜻蜓号将降落赤道附近的香格里拉沙丘区,并以赛尔克陨石坑为主要探测目标之一。这处直径约80公里的撞击坑,不仅富含有机沉积物,也可能曾因撞击融化冰层,形成短暂但稳定的液态水池。冰层隔热作用与氨等防冻物质的影响下,水体可维持数百至数千年,提供水、有机物与撞击体带来的硅、磷、硫与铁等元素,形成可能促进原始化学反应的天然环境,如同一锅“生命汤”。
赛尔克陨石坑(Selk crater)是土卫六宽约50英里的撞击地形,红外线形象如上图标示,是蜻蜓号任务的关键探测目标。蜻蜓号将在赛尔克附近着陆,并前往多个地点进行探测,分析地表化学成分,以研究可能曾发生过前生物化学反应的冰冻遗迹。
这类反应环境被视为与地球早期生命起源实验相似的自然案例。实验室化学模拟多半持续时间有限,仅能模拟数周或数月,而土卫六反应条件可能持续数万年。虽然仍远短于地球生命诞生所需的数亿年,但理论模型显示,稳定条件下,这时间长度已足够推动关键反应步骤。
目前尚无法确认地球形成生命所需时间,究竟是受环境变动限制,或化学反应进展缓慢。蜻蜓号将通过多点飞行与地表样本分析,厘清土卫六上是否发生前生物化学反应。质谱仪将着重观察分子组成的复杂性与分布规律,而非仅寻找特定分子。举例而言,地球氨基酸有特定比例与结构组合,若无生命参与下也出现类似模式,就有高度研究价值。
虽然土卫六表面环境与地球生命需求相距甚远,但若具备基本化学条件与充足时间,却仍无进一步化学演化迹象,或挑战我们对生命普遍性与起源条件的基本认知。蜻蜓号观测成果有助厘清关键问题,修正我们对宇宙生命出现机率的理解。
(首图为艺术家想象NASA蜻蜓号在土星卫星土卫六表面的情景,来源:NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)