在我們的太陽系中，有一些天文學家們認爲可以在上面找到生命的衛星。這包括了穀神星、木衛四、木衛二、木衛三、土衛二、土衛六，也許還有土衛四、土衛一、海衛一和矮行星冥王星。人們認爲這些“海洋世界”的內部存在豐富的液態水，還有有機分子和潮汐加熱——生命的基礎原料。

至關重要的問題就來了：在其他恆星系統中能找到類似的衛星嗎？這就是NASA的行星科學家Lynnae·C·Quick博士和她來自NASA戈達德太空飛行中心的團隊要解決的問題。在近期的研究中，Quick和她的同事檢測了一份來自系外行星系統的樣品，發現“海洋世界”在我們的星系中可能非常常見。

她們的研究，“類地系外行星上火山活動的預測率和太陽系外海洋世界上低溫火山活動的影響”，最近發表在《太平洋天文學會期刊》上。加入Quick博士研究的還有NASA戈達德的研究員Aki·Roberge，行星科學研究所（PSI）的Amy·Barr·Mlinar，以及來自愛達荷大學的物理學家Matthew·M·Hedman。

來自木衛二內部的羽狀物沉積在表面，導致任何有機分子都會暴露在木星的輻射之下。爲了進行她們的研究，Quick博士和她的團隊考慮了銀河系中的其他星系是否也存在內部海洋活躍的行星。這將導致未來的系外行星搜尋望遠鏡可能能夠探測到的羽流活動。正如Quick博士最近在NASA的一次新聞發佈會上解釋的那樣：“羽狀水柱從木衛二和土衛二噴射而出，因此我們可以斷定這些星體的冰殼下面有地下海洋，並且它們有驅動水柱的能量，這是我們所知的生命的兩大需求。所以如果我們認爲這些地方可能適合居住，其他行星系統中那些更大的版本可能也適合居住。”

儘管目前的望遠鏡還無法精確探測到系外行星上的羽流，但是奎克博士和她的團隊於2017年開始進行數學分析，判斷太陽系外海洋世界存在的可能性有多大。爲了完成這一工作，他們選擇了53顆大小與地球相似的系外行星，但其中有些行星的質量是地球的八倍。然後他們試圖測定每顆系外行星能夠以熱量的形式產生並釋放出多少能量。

以太陽系中的海洋世界爲模版，這些熱量的來源可歸結爲兩種可能。第一種可能是行星的地殼和地幔中的放射性物質緩慢衰變（又稱作放射熱）。第二種可能是存在引潮力，另一個天體產生的萬有引力導致行星內部發生彎曲和拉伸，從而產生需要釋放路徑的熱量。

藝術家繪製了土衛二地殼內部橫截面圖，展示了熱液活動如何影響月球表面形成水柱。

（來源：美國國家航空航天局-戈達德太空飛行中心/宇宙飛行器模擬裝置， 美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室-加利福尼亞州理工學院/美國西南研究院）對於地球等類地（岩石）行星而言，這種熱量是以火山作用和板塊構造的形式通過地殼和地幔釋放的；對於木衛二、土衛二、海衛一等衛星而言，這種熱量導致了冰火山形成（水穿過冰面形成羽流），或冰層遷移。無論如何，科學家們只要知道釋放了多少熱量，就可以知道這個行星是否適合人類居住。

舉個例子，過多的火山活動會讓行星表面淪爲熔化的荒蕪之地，而火山岩氣會產生有毒的大氣羽流。同時，過少的火山活動會使大氣稀薄，缺少足夠的溫室氣體，導致行地表寒冷荒蕪。冰火山的情況也是如此，過多的冰火山活動會加熱海洋內部，使海水溫度過高，無法維持生命，而冰火山活動過少又會使海洋結冰。

最終，科學家們的分析證實， 在他們取樣的53個顆行星中，超過四分之一（26%，即14顆行星）的行星都可能是海洋世界，其中大部分行星釋放的熱量高於土衛二和木衛二。此外，該團隊還研究了特拉比斯特-1星系，該星系中的七顆行星均於2017年被天文學家們證實爲系外類地行星。

關於這些行星的研究表明它們可能由水組成，這項研究對此表示支持。根據Quick博士與其小組的計算，TRAPPIST-1 e, f, g 和h可能都是海洋星球，這意味着科學家們在這項研究中鑑定出的14個海洋星球中有4個是在一個體系中被發現。

這幅動圖顯示了與太陽系行星(有無海洋)中已知的地質活動相比系外行星(有無海洋)的預測地質活動。圖片來源：Lynnae Quick和James Tralie / NASA-GSFC

鑑於很少對系外行星進行過直接地研究（即直接成像方法），因此在該研究中所使用的分析方法存在許多不確定性和假設。儘管如此，當像詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）和南希格雷斯羅馬太空望遠鏡這樣的下一代設備進入太空時，這些以及其的他研究對行星可居住性的限制將派上用場。

與Quick博士合作進行這項分析的NASA戈達德天體物理學家Aki Roberge 表明，尋找太陽系以外生命跡象的未來任務集中在我們這樣擁有正在改變整個大氣層化學性質的豐富的生物圈的行星上，但是在太陽系中，遠離太陽的冰冷海洋衛星仍然具有我們認爲生命所必需的特徵。

一些如NASA的Europa Clipper(計劃在二十一世紀二十年代的某個時間發射)之類的目標，將探索Europa的表面和地下，以瞭解有關其內部的更多信息。這也是NASA的蜻蜓任務，將在二十一世紀二十年代前往泰坦，探索這些衛星的大氣層和表面，以更多地瞭解衛星豐富的益生菌環境和有機化學。

“即將執行的任務將使我們有機會了解太陽系中的海洋衛星是否能夠維持生命，”這兩個任務的科學團隊成員Quick表示。“如果我們發現有生命化學特徵，我們可以嘗試在星際距離尋找相似的跡象。”

在可以縮小可居住的系外行星搜索範圍的分析與太陽系中尋找可居住的衛星任務之間，科學家更有可能發現地球與太陽系之外的生命。這些生命，根據這些最新的發現，無論是地外還是太陽系外，可能會非常多。

作者：MATT WILLIAMS

FY：Astronomical volunteer team

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