探索宇宙奧秘 · 理性思考

猶他州東部的沙漠里，碳酸飲料般的泉水噴涌而出。這些被稱為"蘇打水間歇泉"的地質(zhì)奇觀，如今成為破解外星生命密碼的鑰匙。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，它們完美模擬了土星衛(wèi)星恩克拉多斯和木星衛(wèi)星歐羅巴的冰下海洋噴流。NASA和歐洲航天局的兩項旗艦任務(wù)將在2030年和2031年抵達(dá)歐羅巴，而這項地球研究為它們提供了關(guān)鍵的探測策略。

行星科學(xué)研究所的科學(xué)家摩根·凱布爾帶領(lǐng)團(tuán)隊深入格林河沙漠。他們在那里發(fā)現(xiàn)了水晶間歇泉和香檳間歇泉。這兩處間歇泉并非由地?zé)狎?qū)動，而是由飽和二氧化碳驅(qū)動。這種機(jī)制與土衛(wèi)二南極和木衛(wèi)二表面的噴流如出一轍。

傳統(tǒng)的地?zé)衢g歇泉依靠巖漿加熱地下水。冷水間歇泉則依靠高壓二氧化碳降低水的沸點。當(dāng)壓力釋放時，二氧化碳?xì)馀菅杆倥蛎洠瑢⑺鶉娚涞娇罩?。這種物理過程與外星冰衛(wèi)星內(nèi)部的情況高度相似。 冰殼下的液態(tài)水與巖石海底相互作用，產(chǎn)生氣體并積累壓力。

研究團(tuán)隊測量了噴出前后的水體成分。他們發(fā)現(xiàn)噴出物攜帶了來自地下水庫深處的物質(zhì)。這與未噴出的表層水存在明顯差異。這種"深度混合"現(xiàn)象對于理解外星海洋化學(xué)至關(guān)重要。

科學(xué)家分析了噴出物與母源水庫的化學(xué)差異。他們發(fā)現(xiàn)pH值等關(guān)鍵指標(biāo)存在顯著不同。這意味著從地下深處到地表空間的旅程會改變物質(zhì)組成。如果直接分析噴出物，可能無法準(zhǔn)確反映原始海洋環(huán)境。

研究揭示了"通量效應(yīng)"。大規(guī)模噴發(fā)能夠攜帶更深層的物質(zhì)。小噴發(fā)只能帶出淺層物質(zhì)。這種差異為科學(xué)家提供了構(gòu)建"深度剖面"的可能。 通過比較不同強度噴發(fā)的樣本，可以重建地下海洋的三維化學(xué)地圖。

生命指示劑的檢測也面臨同樣挑戰(zhàn)。微生物、有機(jī)分子和礦物質(zhì)在噴發(fā)過程中可能發(fā)生變化。地球類比研究提供了校準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)?？茖W(xué)家可以建立修正模型，反推原始海洋的真實狀態(tài)。

基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊提出了明確的探測建議。未來任務(wù)應(yīng)該優(yōu)先瞄準(zhǔn)大型噴口或高輸出區(qū)域。這些區(qū)域更有可能攜帶深層海洋物質(zhì)。相比之下，小噴口可能只反映表層化學(xué)特征。

多角度采樣策略同樣關(guān)鍵。分析不同流量來源的物質(zhì)可以提供立體信息。這種"深度剖面"方法能夠揭示海洋的垂直化學(xué)梯度。對于歐羅巴快船號和木星冰月探測器的儀器設(shè)計，這些數(shù)據(jù)具有直接指導(dǎo)意義。

任務(wù)規(guī)劃者需要整合三種數(shù)據(jù)源。飛船實地測量、地球望遠(yuǎn)鏡觀測和地球化學(xué)計算機(jī)模型必須結(jié)合使用。單一手段難以準(zhǔn)確解讀噴出物成分。這種綜合方法是解開冰下海洋宜居性之謎的唯一途徑。

中國在行星地質(zhì)類比研究領(lǐng)域已有扎實基礎(chǔ)。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所長期監(jiān)測青藏高原間歇泉。這些高海拔冷水泉為研究極端環(huán)境生物地球化學(xué)提供了天然實驗室。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的團(tuán)隊則深入云南騰沖，研究火山氣體驅(qū)動的水熱系統(tǒng)。

這些地球研究直接服務(wù)于中國未來的木星探測計劃。天問四號任務(wù)預(yù)計將在2030年代發(fā)射，目標(biāo)是木星系及天王星。面對木衛(wèi)二等潛在宜居天體，中國科學(xué)家需要建立自己的地球類比數(shù)據(jù)庫。單純依賴國外數(shù)據(jù)難以形成獨立判斷。

當(dāng)前，中國深空探測正從工程實現(xiàn)向科學(xué)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。地球類比研究是連接天體生物學(xué)與探測技術(shù)的橋梁。加強國內(nèi)極端環(huán)境研究，培養(yǎng)既懂地質(zhì)又懂行星科學(xué)的復(fù)合人才，將為中國參與甚至主導(dǎo)未來國際海洋世界探測任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

Morgan L. Cable et al., Cold-Water CO? Geysers as Ocean World Plume Analogs: Investigation of Habitability Indicators in Crystal and Champagne Geysers Pre- and Posteruption, Astrobiology (2026). DOI: 10.1177/15311074261416868

Planetary Science Institute, "What cold-water geysers on Earth reveal about the habitability of ocean worlds," Phys.org, February 16, 2026.