谷神星發現生命痕跡了？對話中山大學李薦揚：還早，但可能存在地下液態海洋和內部物質交換

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第135期，對話中山大學大氣科學學院行星環境與宜居性研究實驗室教授李薦揚。

嘉賓簡介：

李薦揚，中山大學大氣科學學院行星環境與宜居性研究實驗室教授、博士生導師。主要研究領域為太陽系小天體，曾作為核心團隊成員參與包括深度撞擊、黎明號在內的NASA小天體探測項目，在多數項目中獲團隊成就獎。國際天文學會2008年將21496號小行星命名為“李薦揚星”。

• 谷神星是距離我們最近的冰海洋星球，很可能存在大量地下液態水，并含有大量生命必須的元素，如碳、氫、氮、氧等。

• 谷神星內部溫度很低，之所以有液態水，可能是因為它內部含有很多鹽分，像銨鹽會降低水的熔點，保持它的液態。

• 谷神星探測有很多優勢，離我們近，燃料消耗少；重力小，做著陸比冰衛星容易得多；而且環境簡單。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

在太陽系火星和木星軌道之間的小行星帶中，谷神星是最小的，也是唯一位于小行星帶的矮行星，由意大利天文學家皮亞齊于1801年1月1日發現。

谷神星（Ceres）名字的由來也很有趣，它來自羅馬神話中掌管農業和豐收的女神克瑞斯，克瑞斯是羅馬的大地母神，掌管著谷物生長、四季更替以及土地豐饒。而谷神星被發現時位于金牛座，被確認時位于室女座，這兩個星座都象征著農業和土地。

不過，雖然谷神星象征著生長和希望，但一直以來人們認為谷神星只是冰冷的巖石，毫無生機。但近期，基于NASA“黎明號”任務數據的新研究表明，谷神星可能蘊藏著維持生命的合適成分與環境。

針對這一令人興奮的研究成果，搜狐科技對話了李薦揚教授，他曾擔任黎明號谷神星拓展探測階段的共同責任人。

“原來小行星帶里可以有這么多水”

李薦揚跟谷神星打交道已經很多年了，早在美國馬里蘭大學讀博的時候就開始接觸谷神星的數據，那時他會用哈勃空間望遠鏡拍攝的數據分析表面的反照率、亮度變化、顏色等等，等2007年“黎明號”發射了，又出現了很多有趣的新結果。

“這次的發現把我們認對于谷神星的認知全部改變了，也讓我們意識到太陽系里面的宜居環境可能比過去認知到的更為廣泛。”李薦揚如是說。

一般來說，主小行星帶離太陽相對來說比較近，表面溫度足夠高，而且表面沒有大氣，所以它的表面不能有水冰存在，會很快揮發掉。而且小行星本身很小，內部含水量也不會太多。

所以以前人們認為谷神星以及主小行星帶里的小行星含水量是極少的。2003年，科學家發現谷神星表面有一些礦物，而這些礦物是需要液態水的存在才能形成，這是“黎明號”之前大家對谷神星的認識。

“等到了04、05年，科學家分析了哈勃望遠鏡的數據，提出谷神星內部可能含有大量的水，甚至占到總質量的四分之一。”

李薦揚說，谷神星在主小行星帶里是最大的一個小行星，質量占所有小行星總質量的三分之一，這樣一來，大家意識到，“原來小行星帶里可以有這么多水。”

“黎明號”最初的主要任務并不是研究谷神星上有多少水，而是研究它的普遍特性，后來根據它的發現，大家推測谷神星內部可能含有液態水。因為液態水是生命存在的一個必要條件，能夠提供穩定的溫度環境，也有利于化學反應、物質交換等等，這樣看來，谷神星也可能具備宜居環境。

而這次，李薦揚在美國的同事格林斯普恩在采訪時也提到，最引人矚目的發現是在一個隕石坑中檢測到了鹽沉積物，這是最直接、最關鍵的證據。

李薦揚分析，這是通過光譜觀測發現的，撞擊坑的中心發現了碳酸鹽、氯化鉀和氯化鈉等等，而這里發現的鹽沉積物，應該是我們平時吃的食鹽和水分子結合起來形成的晶體。

而且，由于谷神星表面有太陽的直接照射再加上真空環境，這些含有水分的晶體會很快揮發掉，失水的時間尺度大概在一兩百年左右。換句話說，它是在近百年左右形成的。要知道在天文地質里，百年只是一瞬間，可以理解成是剛剛產生的。

在李薦揚看來，水的鹽分應該是地下液態水涌出表面后干涸形成的。地下水中含有很多鹽分，等水干了，鹽分就析出。近期發生也意味著或許谷神星內部還有液態水的活動，可能存在地下液態海洋和表面的物質交換，這種環境對生命宜居性有很重要的意義。

這樣一來，鹽沉積物也為研究谷神星內部液體環境提供了一個新的線索，“本來只能看到谷神星表面，看不到內部，但現在內部的東西翻上來了，就可以更好地研究內部物質了。”李薦揚如是說。

谷神星可能有生命存在的三要素

談及生命所需成分時，李薦揚表示：“我們在尋找系外生命或者宜居環境時，常說的生命存在三要素包括能量來源、生命物質以及液態水。”

谷神星很大可能是有液態水的，但也不能說找到了，因為目前還沒有直接證據。至于生命元素，像碳、氫、氧、氮元素谷神星上面是有的，硫元素可能存在，但到目前為止也沒發現相應的化合物，可能是含量少，可能是沒有，也可能是還探測不到。

至于能量來源，因為谷神星離太陽比地球遠得多，所以陽光在谷神星上的強度只有地球的十分之一，而且谷神星和那些冰衛星也不同，像木星和土星本身有很強大的磁場，而且質量也很大，其他衛星在它周圍運行的時候會受到潮汐力的影響和空間環境的影響，給它內部輸送能量。

但對于谷神星來說，它內部是沒有這樣的能量來源的，只有太陽的能量，但太陽能量又比較低，所以它的能量來源相對是比較少的。

談到這，我們不免發問，谷神星和這些冰衛星到底有什么異同呢？

對此，李薦揚解釋道：“它們內部可能都有液態水或者相似的礦物成分，但對于冰衛星來說也只是推測，還沒有直接證據。區別則在于冰衛星的地下海洋可能是全球性的，它的表面是冰殼，但里面有全球性的液態層，再里面是固態的內核。”

“谷神星內部溫度較低，又沒有能量輸入，可能很多地方的液態水都凍起來了，只有一塊塊的區域性海洋，所以液態水的活動性較弱；另一方面，它們的物理特性也有很大差別，相比于比月球還大的伽利略衛星，谷神星的直徑只有1000公里，表面重力較弱，環境也較簡單。”李薦揚如是說。

其實科學家們利用計算機模型發現，在25億至40億年前，巖石核心的放射性衰變可能產生了足夠的熱量來支持熱液活動，那為什么谷神星的能量慢慢消失了呢？

李薦揚稱這是個普遍的結果，對所有行星來說，尤其是比較大的天體內部早期形成的時候都會有這種放射性的元素，這些元素在太陽系形成的時候廣泛分布在任何地方，行星在形成后會收集大量元素，它們的放射性衰變會產生熱量，所以行星內部都會被加熱，如果溫度足夠高，就會熔融，像地球、火星內部早就熔融了。

對于谷神星來說，內部也有這種放熱，但因為總質量小，所以放射性元素總量少，二是散熱比較快，內部溫度升溫不會太高。而且現在這些放射性元素都衰變完了，谷神星保溫性能又不夠好，所以內部溫度已經冷卻下來了，熱液活動也減弱了。

“谷神星的內部溫度很低，低于在地球上存在液態水的溫度條件，而之所以有液態水，可能是因為它內部含有很多鹽分，特別是像氯化銨，銨鹽會極大降低水的熔點，所以能保持它的液態。”李薦揚解釋道。

離發現生命痕跡還早

李薦揚坦言，我們現在離發現生命痕跡還很早，“黎明號”帶來了很多好的線索，這些線索告訴我們谷神星很可能有宜居環境，但科學研究需要十分嚴謹，沒有直接看到的東西都是推測。

從探測的角度來說，要進一步去探測谷神星內部是否存在液態水，內部結構如何，生命物質的化學成分、酸堿環境、氧化還原環境等，只有把這些搞清楚才能確定是否有宜居性。如果有的話，以什么方式去尋找、生命痕跡最有可能以哪些形式存在都是大問題。

如果谷神星的宜居環境真的可以確定的話，意義是很重大的，相比于冰衛星，谷神星的探測有很多優勢。

“最大的優勢就是離我們近，木星距離太陽5.2個天文單位，谷神星只有一半，燃料消耗少；谷神星重力小，周圍也沒有木星土星這樣的大質量天體，做著陸和采樣返回會比冰衛星容易得多；而且木星磁場里有很多高能粒子，環境惡劣，對電子器件傷害大，但谷神星環境簡單，沒有這些問題。”

談及研究初衷，李薦揚稱是興趣使然。“我從小就對天文感興趣，但那時我國有天文系的學校比較少，所以我想著本科先學物理，因為物理是基礎，計算機也是因為感興趣，所以就學了雙學位。”

從中科大畢業后，李薦揚在美國馬里蘭大學獲得了天文學博士學位，并繼續從事博士后研究，之后又在馬里蘭大學和美國行星科學研究所陸續做到資深研究員，去年2月，他回國加入了中山大學。

“國內行星科學發展得非常迅猛，也很有潛力，大家的思維也很活躍，地面觀測設施也在慢慢發展。雖然西方國家開始得比較早，但在深空探測技術方面，中國已經不比國外差多少了。”李薦揚如是說。

李薦揚稱自己特別幸運，博士一畢業就跟導師一起參與深度撞擊任務，這個任務把他帶入到了深空探測領域，也讓他結識了很多優秀的科學家。后來他又參與了黎明號、OSIRIS-REx、DART在內的所有2005年之后的NASA小天體探測項目，還得到了21496號小行星的命名。

“我在美國JPL的時候，現場有一塊大屏播放實時數據，很多任務一開始完全不知道小天體長什么樣，等航天器靠近目標的時候，我們一群人圍上去著看，像看電影似的，看一個小點慢慢變大，然后發現它的表面長的很出乎意料，大家又開始激烈地討論，非常讓人激動。”回憶起當時的情景，李薦揚依然難掩興奮。

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