为什么在外太空发现水使我们如此兴奋？

随着观察的深入，火星、木卫二、星际星云甚至是月亮似乎都变得越来越湿润。但是，究竟是什么样的简单的氢氧组合使得水成为我们发现外星生物的必要条件呢？

     自从上个月美国宇航局（NASA）宣布在火星上的某些火山口发现水冰，水或者是羟基广泛分布在月球的表面以来，我们的太阳系似乎变得更熟悉起来。因为据我们所知，太阳系对于生命来说似乎要更慷慨一些了。

     是因为宇宙的其余部分与地球如此相同呢还是相反呢？水，生命的起源和发展虽需要的独一无二的分子，很明显很普遍并且有可能在太阳系中含量丰富。观测证据显示，固态、液态、气态的水出现在水星的两极，出现在金星的厚云层中，出现在火星上，出现在小行星和彗星上，出现在木星、土星、天王星、海王星的大气层中。科学家怀疑木星的卫星木卫二、木卫三、木卫四存在有大量的液态水海洋表面。他们也已经通过分光镜探测到水凝结在冥王星的卫星冥卫一上。当然，科学家们已经了解到水在太阳系之外也是广泛分布的。他们已经探测到水以一种或另一种形式存在于星际星云中，甚至有时候也会出现在恒星的大气层这样难以置信的地方。也许我们根本不应该如此惊讶，毕竟，宇宙间最多的元素就是氢，其次是氦和氧。

     “这个简单的分子一再出现，我们不应该如此惊讶，”帕梅拉•康拉德说。康拉德是i美国宇航局在位于帕萨迪娜的喷气推进实验室的行星科学家，同时部分归属于下一代火星科学实验室的科学小组，这个小组主要研究2011年末的火星。“但是无论我们是否对此表示惊讶，我认为在太阳系中的某些行星或物体上发现水都是有着很重要的意义的。它使得我们推测是否存在着别的化学过程，这些化学过程关系到生命的起源和维持生命的食物。”

     当科学家们继续寻找外星水的时候，我们最好记住为什么他们要寻找它。水，尤其是液态水，是什么使得它对于生命来说是本质的呢？粗略的答案是地球上的生命需要它。光合作用将水中的氢拿出用来制糖。有机体利用水来增加细胞的硬度和传输营养物质。如果我们不喝水，我们将会死亡。

     但是对于为什么水是生命之核心这个问题来说，以上的说法不过是水的一小部分本质的特性。阿提耶在密歇根大学安•阿博行星科学实验室研究行星的生成和它们的大气演化，他这样回答道：“对于各种类型的蛋白质来说，液态水既是溶液，又是传输媒介，还是催化剂，这样三种主要的功能使得生命得以繁荣。”

     液态水溶解盐和像氨基酸和糖这样的有机化合物的特性要归功于它的电偶极分子结构。水分子中的氧原子束缚电子的能力要强于氢原子，它们积累成为负电荷。而氢原子，倾向于带正电荷。这样导致的结构就是水分子能够拆散如此广泛的化学种类的原因。

     “水令人惊奇的能力在于它能够轻易与某个分子或离子的一小部分结合，”喷气推进实验室的康拉德说，“水的特性很特殊，因为它比其他任何溶液能溶解更多物质。”因此，水使得化学物质的奇妙的多样性成为可能。“当你准备制造生命，你需要能够尝试众多事情的条件以使得有一些能够成功。”康拉德说。

     除了它是一种超级溶液，水也为化学反应的发生提供了理想的媒介，它也使得营养物质能够轻易地传输，阿提耶说。对于生命过程来说是本质的酶，就需要水来完成他们的工作。“酶必须形成某种特殊性状来催化生物化学反应，水正好允许它们这样做。”阿提耶说。

     一些其它的特性也使得水成为生命的理想媒介：水能够在0℃至100℃广泛的温度范围内保持保持它的液态——当它溶解了盐和气体后（比如氨）甚至要更高（这个范围也随着压强而变化）。并且，冰漂浮于水之上。冰比它的液态形式密度要低，“当你制造晶体时，以一种重复的结构安排原子，你不可能使它们排得很紧密，”康拉德说。固态和液态水在密度上的不同意味着冰将覆盖在海面上以保护海面下的生命。如果冰下沉至水底，那么水将从底部开始全部冻结，我们就将生活在一个完全不同的世界。（仅仅有一小部分除水之外的物质在凝结的时候变得更轻，它们是硅、乙酸、锗等）

     这些特别的特性使得像木星的卫星木卫二（科学家怀疑其中存在有液态水的海洋）这样的地方出现生命切实可行。科学家怀疑火星表面下层存在液态水，并且在土星的卫星土卫二上已经看到水冰从地表下喷涌而出。同时，一些科学家认为在土星的卫星提坦地表下有液态水。

     另一个不容忽视的特性是：水吸收红外辐射，因此它能储存热量以帮助有机物保持温度。“在木卫二的冰壳之下，岩石暴露在木星的潮汐力下而成为一个关键的热源，这将能够加热洋面以下直至100公里深处，”鲍勃•帕帕拉多说。帕帕拉多是喷气推进实验室主管土星卡西尼任务的科学家，他也正在准备2020年代中期的下一代木卫二机器探测任务。

     在那些化学不平衡的地方，如木卫二中与热岩浆接触的水中，生命可能会繁盛起来。热从地球海洋底部冒出，海洋底部各种奇异的生命形式聚集在营养丰富的化学物质排泄处。这也许类似于在木卫二的洋底正在进行的过程。卫星对于断裂的冰层的观测以及伽利略探测器的磁力计读数都预示着一个隐藏的充满盐的海洋。

      “我们确定在木卫二内部温暖而潮湿，”帕帕拉多说，“我敢说，当你观察生命的组成，木卫二将成为首选的探索之地。”

      （sacurui译）

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