下一次航程

陳輝

讓我們回到1977年。如果當時你還沒有出生，那么告訴你當時有幾件在一些地方很矚目的事：歌星貓王埃爾維斯死了，好萊塢科幻大片《星球大戰(zhàn)》開始發(fā)行，喇叭褲流行開來。

兩件低調(diào)而且看似無關(guān)的事情，在那一年也發(fā)生了：一艘深海探測器潛到了加拉帕戈斯群島附近海域的海底；兩枚火箭從美國佛羅里達州卡納維拉爾角發(fā)射升空。它們的重要性如今在外太陽系深處匯聚。

這兩次發(fā)射標志著在人類認識方面的一場革命：在2017年壽終正寢的“卡西尼號”探測器，在這場革命中起了顯著作用。僅僅在大約40年前，科學家從未想到過：地球生命起源之謎和外星生命是否存在的答案，竟然可能藏在外太陽系的那些含冰衛(wèi)星上。這方面的啟蒙者正是“卡西尼號”及其先驅(qū)。它們的驚人發(fā)現(xiàn)將確定未來幾十年的太空探索方向，并且可能導致人類認識的再度劇變。

1977年，美國發(fā)射了“旅行者1號”和“旅行者2號”探測器。它們并非是發(fā)射到外太陽系的第一代探測器，第一代的稱號歸屬于美國分別在1972年和1973年發(fā)射的“先鋒10號”和“先鋒11號”探測器。這兩個“旅行者”的特別之處，在于它們搭載了多部探測儀器，能夠構(gòu)建遙遠行星和衛(wèi)星的全景圖。

第一次，探測器讓我們不僅得以近觀木星和土星，而且得以細看它們的衛(wèi)星?？茖W家發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)依娥是太陽系中地質(zhì)最活躍的世界，它有好多座火山，表面到處可見熔巖?！奥眯姓?號”證實了科學家的一種猜測：最大的土衛(wèi)——泰坦擁有富含碳氫化合物的稠密大氣層。還有一系列其他驚喜，包括木衛(wèi)歐羅巴和太陽系最大衛(wèi)星——木衛(wèi)加尼美得的寒冰容顏。

遠程太空探索帶來了諸多回報。這些小小世界激起的科學興趣甚至超過了它們的母行星，這是因為這些小小世界存在生命起源所需的必備條件——有機分子和水。科學家開始相信，對這些衛(wèi)星的研究在破解生命起源之謎方面起著重要作用。

20世紀80年代，美國天文學家卡爾·薩根率先提出：木衛(wèi)泰坦是一個時間囊，它可能告訴我們地球生命起源。1952年，還是美國芝加哥大學學生的他被激發(fā)起對生命起源化學的興趣。當時，美國科學家米爾和尤里開展了引起矚目的實驗。他們把水、甲烷、氨和氫（這些化合物被認為是早期地球大氣層的成分）密封進長頸瓶，讓火花通過長頸瓶以模擬閃電，結(jié)果得到了包含氨基酸在內(nèi)的焦油狀殘留物。氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)建單元，而蛋白質(zhì)是生命的構(gòu)建單元。

薩根在超過十年里無數(shù)次改進和重復了上述實驗，調(diào)查在一系列條件下會形成哪些氨基酸。1979年，他和一位同事把上述焦油狀物質(zhì)命名為索林。一年后，“旅行者號”揭示了泰坦大氣層的成分。薩根指出，泰坦大氣層的成分與索林的幾乎一樣。他提出，泰坦就是早期地球的樣子。

“卡西尼號”的設(shè)計任務(wù)有一部分就是要調(diào)查這種聯(lián)系。2004年，“卡西尼號”把“惠更斯”探測器釋放至泰坦表面?！盎莞埂卑l(fā)回的數(shù)據(jù)以及“卡西尼號”許多次飛近泰坦所獲數(shù)據(jù)，強化了許多天文學家的猜測：泰坦具有重要的天體生物學意義?？茖W家說，泰坦擁有太陽系中最復雜的大氣化學成分。

在“犧牲”于土星大氣層中的前幾年，“卡西尼號”多次飛進泰坦大氣的上層。在距離泰坦表面950～1300千米的地方，“卡西尼號”運用自己搭載的等離子體光譜儀（簡稱CAPS）“嗅探”泰坦大氣層中的分子。2017年7月，科學家通過分析“卡西尼號”的探測數(shù)據(jù)，報告說泰坦大氣層中存在碳鏈陰離子，還有長鏈有機分子。越接近泰坦表面長鏈有機分子越多，而碳鏈陰離子越少?？茖W家認為，這兩者之間絕對相關(guān)。碳鏈陰離子一起構(gòu)建長鏈有機分子。這就是薩根所說的索林形成過程。

這也表明索林的產(chǎn)生很容易，從而解釋了為什么科學家發(fā)現(xiàn)整個太陽系中大量存在這樣的長鏈有機分子。2015年經(jīng)過冥王星的“新地平線號”探測器證實，這些長鏈有機分子賦予了冥王星及其衛(wèi)星卡戎的紅色調(diào)，而且這些長鏈有機分子也存在于太陽系中已知最大的小行星——谷神星上?？傊磥硖栂抵猩踔琳麄€宇宙中到處都有復雜的有機大分子。

但從有機分子到真正的生命，還有很遠的距離?！盎莞埂辈⑽丛谔┨股习l(fā)現(xiàn)生命證據(jù)。有關(guān)泰坦上存在可能的生命（應(yīng)該不是我們所知的生命，是基于液態(tài)甲烷而不是水的生命）跡象的說法，其實也虛空?！翱ㄎ髂崽枴碧綔y數(shù)據(jù)表明，太陽系中幾乎所有行星和衛(wèi)星都存在生命的基本成分，但從化學到生物學的演變可能依然是最大的科學奧秘。

或許，更好的解釋是退后一步。美國宇航局噴氣動力實驗室科學家魯塞爾指出，生命不是起源于化學，我們必須尋找生命的生理學根基。生命并不是有機分子的結(jié)合，除了構(gòu)建單元的問題，還有能量來源的問題。這把我們再一次帶回到1977年，那就是在加拉帕戈斯群島附近海域的深潛。

1977年2月，美國俄勒岡州立大學海洋學家克里斯和美國斯坦福大學科學家安德爾乘坐“阿爾文號”深潛器（它以探索“泰坦尼克號”船難遺骸而聞名）來到海底。他們尋找的是海底熱液噴口，來自海底下面的溫暖射流從熱液噴口噴射到冰冷的深海里。他們不僅找到了這樣的“黑煙囪”（它們之所以被這樣命名，是因為從這些溫水中沉降的礦物質(zhì)顏色），而且發(fā)現(xiàn)在熱液噴口周圍存在豐富多樣的生命形式。

克里斯等一部分科學家認為，類似“黑煙囪”這樣的地方有可能是生命起源的背景地。但也有一些科學家推測，大氣層中的有機化學過程最終造就了生命。當時作為一名致力于研究海洋礦物質(zhì)沉積物的深海噴泉地質(zhì)學家，魯塞爾很快就加入了這場辯論。他認為，“黑煙囪”的能量太猛，脆弱的有機分子在這類地方能夠很容易創(chuàng)生，但同樣也很容易被摧毀。因此，他認為生命始于相對平靜、溫暖的熱泉噴口，起源于他正在研究的那些海底礦物質(zhì)沉積物。

但麻煩是怎樣測試他的這一猜想。要想模擬海底，就需要10倍于海平面的水壓，水的酸性要與早期地球上更高的二氧化碳濃度相當，并且整個實驗室的消毒條件要比任何手術(shù)室更嚴格，才能確保常見的地球微生物不會進入實驗室內(nèi)，也才能確保在實驗室中創(chuàng)生的生命不會跑出實驗室污染地球。

在1995年底抵達木星的“伽利略號”探測器，表明魯塞爾所想象的生命創(chuàng)生實驗可能已在地球之外進行。尤其是“伽利略號”拍攝的歐羅巴圖像顯示，天寒地凍的歐羅巴表面有裂縫，有些地方的冰塊似乎被地下海洋的洋流搬走?！百だ蕴枴贝钶d的磁強計讀數(shù)表明，一個翻卷的鹽水系統(tǒng)——地下海洋遍布歐羅巴全球。這個海洋的含水量可能超過地球海洋，因此前者必定被歐羅巴核心的一種熱源驅(qū)動。這就為地熱噴泉生命起源論帶來了一種希望，也為測試魯塞爾的理論提供了一個絕佳去處。魯塞爾興奮地說，他為一場測試生命起源理論的外星實驗正拉開序幕而感到非常幸運。

美國宇航局和歐洲空間局都在策劃重返木衛(wèi)的任務(wù)。其中，美國宇航局策劃的是“歐羅巴剪刀號”探測器，它預(yù)計會在21世紀20年代發(fā)射。由于歐羅巴周圍的強烈輻射（即被木星強大磁場捕捉的高能電子），“歐羅巴剪刀號”將不會環(huán)繞歐羅巴，而是將環(huán)繞木星，并且對歐羅巴進行高度為2.7～25千米的45次飛近探測?！皻W羅巴剪刀號”搭載的相機和光譜儀將測量歐羅巴表面冰的組成，雷達將測定冰層厚度，磁強計將測定地下海洋的深度和鹽度。這些數(shù)據(jù)將能夠證明歐羅巴是否具備生命起源所需的條件。

但歐羅巴并非是引起科學家強烈興趣的唯一天體。歐空局計劃在2022年發(fā)射“歐羅巴含冰衛(wèi)星探索者號”探測器。它將在靠近歐羅巴的地方采集與“歐羅巴剪刀號”相似的數(shù)據(jù)，但前者還將進入環(huán)繞加尼美得的軌道?！百だ蕴枴钡挠^測表明，加尼美得也可能擁有地下海洋，這個海洋的深度在100千米以下，活躍度也不如歐羅巴海洋。然而，加尼美得地下海洋的水量可能超過歐羅巴和地球的海洋，畢竟加尼美得是太陽系中最大的衛(wèi)星，因此這顆木衛(wèi)必定有著自己的特別之處。一些科學家認為，如果“歐羅巴含冰衛(wèi)星探索者號”發(fā)回的數(shù)據(jù)表明加尼美得比歐羅巴更有趣，他們也不會感到驚訝。

但魯塞爾并不這么看。對他來說，歐羅巴仍然是焦點，因為讓飛行器運作難度大增的輻射可能正是激發(fā)生命所需的條件。他說，生命就像是電動馬達（請參見相關(guān)鏈接：《生命是干什么的？》），需要電池提供電子流。在地球上，海底熱液噴口就是“電池”，它是由從噴口進入海水中的堿性水創(chuàng)制的。由于海水中溶解的大氣層二氧化碳，這些海水的酸性很強。參與創(chuàng)制這只“電池”的，還有噴口附近的化學反應(yīng)。

魯塞爾認為，木星輻射帶中的電子可能正進行著類似的工作。他說，歐羅巴擁有生產(chǎn)電池所需的許多條件。高能電子一直在轟擊歐羅巴，令后者的表面氧化。如果這些電子進入歐羅巴地下海洋，由此導致的環(huán)境失衡就可能創(chuàng)制生命。

發(fā)現(xiàn)地外生命的重要性不言而喻。如果能在太陽系中別的地方發(fā)現(xiàn)生命，就意味著在整個銀河系中生命并非罕見。我們需要為此研究生命的化學組成：生命是基于DNA，還是基于能夠攜帶遺傳信息的另一種分子？還有一種理念可能會被強化：太陽系中的行星和衛(wèi)星，都可能是尋找地外生命的去處。

要想得到上述問題的答案，可能還得等一段時間。2017年初，魯塞爾等美國宇航局22位專家聯(lián)合發(fā)表了一份報告，討論在歐羅巴表面尋找生命證據(jù)的一次可能任務(wù)。他們在報告中下結(jié)論說，尋找生命證據(jù)就需要尋找細胞。歐羅巴上的細胞可能已經(jīng)死亡，但找到完整的死亡細胞也行，因為它們當然是確鑿的生命證據(jù)。這些細胞可能會由水柱噴出，在探測器飛近過程中被捕捉到。運用探測器搭載的顯微鏡，也可能拍攝到散布在歐羅巴表面的細胞。遺憾的是，美國宇航局2018年的預(yù)算取消了對歐羅巴登陸器的支持，這樣一來，“歐羅巴剪刀號”和“歐羅巴含冰衛(wèi)星探索者號”就只能檢測分子組成。2017年4月，美歐雙方的行星學家聯(lián)合呼吁美國宇航局和歐空局攜手登陸歐羅巴，正如這兩家機構(gòu)在“卡西尼號”任務(wù)中的成功合作。

另一些科學家則更愿意把投資花在登陸泰坦，并探索那里的有機化學組成方面?！翱ㄎ髂崽枴钡奶綔y表明，泰坦有甲烷湖，還有基于液態(tài)甲烷的水文學循環(huán)。但由于大型深空任務(wù)從開始策劃到最終實施需要至少20年時間，就算有了所需的投資，決定探索哪一個目的地仍然是一場豪賭。

但有一點是確定的，那就是：不管有關(guān)生命起源的理論（生命是大氣化學產(chǎn)物？是有機物向下飄移的結(jié)果？是海底熱液噴口的作品？）中哪一種正確，外太陽系的那些冰凍衛(wèi)星現(xiàn)在都在等待我們?nèi)ヌ剿鳌W羅巴有海洋，還可能擁有與地球類似的熱液噴口。泰坦的環(huán)境與現(xiàn)在的地球截然不同，卻很像早期地球。這樣的衛(wèi)星世界，無疑具有強大誘惑力。

告別“卡西尼號”之后，我們的深空發(fā)現(xiàn)之旅遠未畫上句號。魯塞爾說，在他（短短）的生命中所發(fā)生的天文學變革已經(jīng)十分驚人——就在大約40年前，科學家都未曾想象過這些衛(wèi)星竟然可以被近觀。

“先鋒10號”

發(fā)射時間：1972年3月3日

“先鋒10號”是第一艘穿越小行星帶的探測器，穿越時間是1972年7月～1973年2月。在1973年12月抵達木星后，它從距離木星云頂大約13.2萬千米處飛過，拍攝了木星的4顆伽利略衛(wèi)星（均由著名天文學家伽利略發(fā)現(xiàn)，分別為木衛(wèi)三加尼美得、木衛(wèi)二歐羅巴、木衛(wèi)四卡里斯托和木衛(wèi)一依娥）的分辨率不高的圖像。如今已經(jīng)與地球失去聯(lián)系的“先鋒10號”是真正意義上的先鋒，它最后一次被聯(lián)系上時正飛往金牛座和紅色恒星畢宿五。它將在大約200萬年后抵達畢宿五。

目前狀況

地球與“先鋒10號”最后一次聯(lián)系上是在2003年1月23日?，F(xiàn)在估計，它已經(jīng)遠離地球160億千米。

“先鋒11號”

發(fā)射時間：1973年4月6日

“先鋒11號”晚于“先鋒10號”一年造訪木星。此后，“先鋒11號”繼續(xù)飛向土星，測試在土星環(huán)中航行的風險，為此它在1979年9月1日飛到了距離土星表面2.1萬千米以內(nèi)。它差點與一顆小土衛(wèi)相撞。它拍攝了土星的最大衛(wèi)星泰坦。兩艘“先鋒”都出現(xiàn)了異常的減速情況，這讓科學家推測牛頓引力定律可能不適用于太空。不過，這一“先鋒異?！爆F(xiàn)在被認為是由于這兩艘探測器的熱電發(fā)生器的熱損失所致，牛頓引力定律并非不適用于太空。

目前狀況

地球與“先鋒11號”失去聯(lián)系是在1995年9月30日。現(xiàn)在估計，“先鋒11號”遠離地球140億千米。它正飛向盾牌座。

“旅行者2號”

發(fā)射時間：1977年8月20日

20世紀60年代，太空科學家意識到，外太陽系行星相對運動中的一次巧合排列，可以讓一艘探測器造訪4顆外太陽系行星。“旅行者2號”是迄今為止唯一一艘造訪過兩顆太陽系外圍行星的探測器：它在1986年1月造訪了天王星，在1989年8月造訪了海王星。它的主要無線電接收器在1978年失靈，但40年來它在跨越太陽系邊緣（即日鞘）、進入恒星際空間的航程中，一直在向地球發(fā)回數(shù)據(jù)。

目前狀況

“旅行者2號”已遠離地球170億千米。它正航向望遠鏡星座。

“旅行者1號”

發(fā)射時間：1977年9月5日

“旅行者1號”的發(fā)射晚于“旅行者2號”，但前者采取了更快的路徑，先于后者抵達木星和土星?！奥眯姓?號”的路徑被優(yōu)化，目的是讓它飛到距離泰坦6500千米以內(nèi)，從而證實“先鋒11號”的一個觀測結(jié)果：泰坦擁有稠密大氣層。1990年2月14日，“旅行者1號”的相機調(diào)轉(zhuǎn)方向，拍攝了第一張地球及太陽系其他行星的全家福。仍在從星際空間傳回數(shù)據(jù)的“旅行者1號”，是迄今為止飛得最遠的地球飛行器。兩艘“旅行者”都攜帶著“金唱片”，它們?yōu)闈撛诘摹巴庑菙r截者”提供了地球上的聲音和圖像。

目前狀況

“旅行者1號”已經(jīng)遠離地球210億千米。它正飛向蛇夫星座。

“新地平線號”

發(fā)射時間：2006年1月19日

“新地平線號”是迄今為止發(fā)射的速度最快的探測器，但在它于2015年抵達冥王星之時，它的目的地卻改變了：2006年8月，冥王星被國際天文學聯(lián)合會頗具爭議地從“行星”降格為“矮行星”?！靶碌仄骄€號”拍攝了冥王星的模糊大氣層及其驚人多變的崎嶇表面的圖像，還拍攝了冥王星的衛(wèi)星圖像?，F(xiàn)在，“新地平線號”正在向柯伊伯帶天體MU69飛去。預(yù)計它將在2018年底～2019年1月抵達MU69。

目前狀況

“新地平線號”目前位于柯伊伯帶，距離地球57億千米。

“伽利略號”

發(fā)射時間：1989年10月18日

“伽利略號”執(zhí)行的是第一個多年環(huán)繞一個行星系統(tǒng)（行星及其衛(wèi)星）、而非只是在前往其他地方途中經(jīng)過該系統(tǒng)的任務(wù)。在它飛往木星的6年行程中，它把自己搭載的儀器對準地球，采集到了諸如葉綠素對紅光的吸收等生命信號。它在1995年12月7日插入木星軌道。它的任務(wù)包括發(fā)射一艘探測器進入木星大氣層。它采集的數(shù)據(jù)支持了一種理論：木衛(wèi)歐羅巴擁有地下海洋。

目前狀況

“伽利略號”的任務(wù)期終止后，它在2003年9月21日墜進木星大氣層焚毀。

“尤利西斯號”

發(fā)射時間：1990年10月6日

“尤利西斯號”的主要目的是調(diào)查太陽。它借助了木星引力，從而進入位于太陽系頂部的軌道，這樣一來，它就能觀測太陽的兩極。

目前狀況

“尤利西斯號”的任務(wù)期已在2009年6月30日結(jié)束。

“卡西尼-惠更斯號”

發(fā)射時間：1997年10月15日

“卡西尼-惠更斯號”簡稱“卡西尼號”，它花了13年時間巡航土星的多顆衛(wèi)星，并且完成了向泰坦發(fā)射探測器（即“惠更斯”）的目標。

目前狀況

2017年9月15日，“卡西尼號”墜入土星大氣層焚毀。

“朱諾號”

發(fā)射時間：2011年8月5日

與之前飛向外太陽系的探測器不同，“朱諾號”沒有核反應(yīng)堆：它完全由太陽能電池板驅(qū)動。2016年6月5日，“朱諾號”進入一條環(huán)繞木星的極地軌道，目的是測量太陽系最大行星——木星的引力和磁場，以及測試有關(guān)木星形成機制的多種理論。它的首批探測結(jié)果就讓科學家頗感驚訝：木星上發(fā)生著巨型磁風暴和大氣風暴。它還揭示了很重要的一點：木星并不像科學家一直以來推測的那樣均衡、一致。

目前狀況

“朱諾號”仍在環(huán)繞木星。它目前距離地球9.5億千米。

生命是干什么的？

美國宇航局噴氣動力實驗室科學家魯塞爾說，不要問“生命是什么東西”，而要問“生命是干什么的”。

一般教科書上說，生命通過復制過程傳遞遺傳信息。但魯塞爾說，這個定義有局限性，因為它是從我們自己的生物學觀點出發(fā)來看待事物，而不是從根本的生理學過程來看待事物。他說，生命就是對二氧化碳進行氫化。這需要從水中得到氫，讓它與原本從火山噴出的二氧化碳結(jié)合。這能解決其他理論都不能解釋的化學失衡，在此過程中產(chǎn)生有機分子。

要做到這一點，需要一種免費能量來推動化學反應(yīng)，還需要一種小型發(fā)電機來實現(xiàn)化學反應(yīng)。以這種觀點來看，生命就是由被我們所在環(huán)境中的自由電子運動所驅(qū)動的小電機。復制僅僅是讓生命持續(xù)演化所需的條件。正如一位匈牙利諾貝爾獎得主所說：“生命什么都不是，它只是一只尋找休息地的電子而已?！濒斎麪栒f，把電子放進一個系統(tǒng)，它們會嘗試逃逸。正是電子的這些流動，推動這些小電機產(chǎn)生有機分子。

相關(guān)鏈接

如何減少生活中的塑料垃圾

我們無法做到完全不使用塑料制品，但只要做出小小的改變，就可以大幅減少塑料（主要是一次性塑料制品）的使用，從而減少塑料污染。

自帶購物袋：塑料袋是最常見的塑料垃圾之一，而一個可重復利用的購物袋就可以讓你少使用很多塑料袋。

少吃口香糖：口香糖的膠基中通常含有合成橡膠，這也是一種塑料制品。一塊口香糖也許并不起眼，但每年全球消耗的口香糖總量高達10萬噸，由此帶來的污染不可小視。

拒絕塑料吸管：在大多數(shù)情況下，我們并不需要用吸管喝飲料，如果你對吸管難以舍棄，可以試試可重復使用的金屬或玻璃吸管。

少用保鮮膜：用保鮮盒和密封罐等容器（玻璃制品最佳）儲存食物，不僅能減少保鮮膜和保鮮袋的使用，擺放起來也更整潔美觀。

拒絕“磨砂”：一些個人清潔用品（如沐浴露、牙膏、洗面乳等）中含有塑料磨砂顆粒，這些微小的顆粒隨著污水進入下水系統(tǒng)，并能輕松穿越污水處理系統(tǒng)的過濾網(wǎng)，直接進入河流和海洋。

少吃外賣：盡量不要使用一次性餐盒、餐盒，如果需要打包食物，最好使用自備的飯盒。

從數(shù)字看塑料污染

全世界每年塑料產(chǎn)量約3億噸，其中僅9%左右的塑料能被回收。

截至2015年，人類生產(chǎn)的塑料總量（從20世紀50年代起）超過83億噸。其中約63噸已成為垃圾。

據(jù)估計，到2050年，人類有史以來生產(chǎn)的塑料總量將超過340億噸。

每年約有流入海洋的塑料總重量約1300萬噸，相當于8.5萬只藍鯨的體重。這個數(shù)量在未來10年內(nèi)還會增加1倍。

每年被丟棄的塑料袋達1萬億個。

2016年，全世界共售出4800億瓶塑料瓶包裝的飲料，全球平均每人消耗60瓶。

只有6.6%的飲料瓶由回收塑料制成。

在陸地上，一個塑料飲料瓶需要450年才能被完全降解；而在海洋中，它幾乎不可能完全消失。

目前已發(fā)現(xiàn)180種海洋動物會誤食塑料。