9月25日，国际顶级学术期刊《科学·进展》（Science Advances）在线发表了题为“Cassini CDA observes compositional segregation of Enceladus’ ice grains from slow freezing and fragmentation of oceanic spray”的研究论文。成果由柏林自由大学、青海大学、东京工业大学等机构组成的国际研究团队共同完成，青海大学天文研究中心（数理学院）教师邹增慧博士为论文共同第一作者，研究揭示了土星冰卫星土卫二（Enceladus）喷流冰粒的形成机制，表明其冰壳之下隐藏海洋的组成成分比迄今所认为的更容易被探测到，这大大增加了人类在太阳系中发现地外生命的机会。

土卫二被认为是太阳系中寻找地外生命最有希望的地点之一。在这颗卫星厚厚的冰壳之下，隐藏着一个由液态水构成的全球性海洋，海洋之下则是岩石核心。在南极冰壳的裂缝中，由海洋供给的巨大喷流—由水蒸气和微小冰粒组成—向太空喷射数百公里之遥。美国国家航空航天局（NASA）的卡西尼号（Cassini）探测器曾多次穿越这些喷流并分析其组成。因此，土卫二的海洋是迄今唯一一个可直接研究其物质的外星“水体”。科学家已从中检测到盐类和有机化合物；此前的卡西尼分析还提供了海底热液过程以及宜居条件其他重要前提的证据。

土卫二将冰粒喷射到数百公里外的太空，不同盐类和有机物质被分离并分布在每个液滴内的不同位置（图片来源：Frank Postberg教授）

该研究借助卡西尼探测数据、多年实验室实验和理论建模，重建了海水飞向太空途中经历的令人惊讶的过程。研究表明，小液滴在上升途中是缓慢冻结的，而非此前假想的那样瞬间冻结。在这一缓慢冻结的过程中，液滴中的各类溶解成分彼此分离。随后，冻结的小液滴被加速到最高每小时1000公里的速度，撞击冰裂缝壁后碎裂成仅几微米大小的碎片，射向太空。因此，许多冰粒主要含有此前被分离出来的某一种单一物质，但其浓度却大大提高。也就是说，海洋的组成成分被彼此分离，同时又在单个冰粒中高度富集。研究负责人、柏林自由大学Frank Postberg教授表示：“土卫二实际上替我们完成了大量的样品制备工作。”它就像一个天然实验室，产生了在地球化学实验室中需要花费巨大努力才能制备出的分析样品。

这一机制不仅有助于刻画土卫二海洋作为潜在宜居环境的特征，对于寻找生物标志物（可测量的生命迹象）也特别有意义。这意味着，未来的太空探测器在飞越土卫二冰喷流时，只要能从大量冰粒中捕获一个含有微生物物质的冰粒，其中的生物标志物用现有测量技术就能被特别容易地识别出来。这一发现对未来前往土卫二的探测任务可能具有重要意义，例如欧洲空间局目前正在规划的“L4”任务，该任务将有针对性在那里寻找生命痕迹，有望在土卫二南极喷出的单个冰粒中检测到细胞物质。

供稿：科研院、数理学院

【编辑：赵浩威  责任编辑：金萍】