如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣

撰文:NADIA DRAKE
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
一只紅蝦正從一塊玻璃海綿旁走過,在這里,極光熱液噴口將熱量和營養輸送到北冰洋荒涼的海底。照片是去年10月由連接在挪威破冰船R.V. Kronprins Haakon上的攝像機拍攝的。
攝影:OFOBS, AWI TEAM
 
  “R.V. KRONPRINS HAAKON“號破冰船,格陵蘭島附近——破冰船外,余暉將秋日的天空染成了燦爛的淡紫色,一大片冰層上反射著斑斕的光芒。在格陵蘭島北部海岸外,光滑的浮冰和突兀的、鋸齒狀的水晶碎片堆砌成了雪堆,北冰洋在這里偽裝成了陸地。直到我們的船(挪威破冰船R.V. Kronprins Haakon號)有了微小的移動,這種陸地錯覺才被打破。
 
  我們花費了比預期更長的時間才從挪威斯瓦爾巴群島人口最多的港口小鎮朗伊爾城抵達這片冰雪仙境。現在我們到了這里,Chris German 卻沒有太過關注這壯闊的海景。他目不轉睛地盯著海底的活物,還在不停地換著帽子戴。每隔 10分鐘左右,他就會換一頂不同的帽子戴在頭上,包括人造海豹皮烏桑卡(ushanka)、編織的橙色無檐帽和他工作的伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)提供的一頂無檐帽,German就這樣在各種帽子間打轉,像一個不停旋轉地陀螺。
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
Kronprins Haakon號破冰船在北極冰層上開辟了一條暗黑道路,與此同時,伍茲霍爾海洋研究所的科學家們正準備啟動“冰下的涅里伊德”( Nereid Under Ice)機器人潛水器。
攝影: LUIS LAMAR, AVATAR ALLIANCE FOUNDATION
 
  German不停地換裝以打發時間,而我們則在等著第一時間發現搜尋目標:一小塊破碎的、正在向黑暗中噴出冒煙的過熱液體的海床,這可能有助于為地球上最陌生的生態系統之一提供動力。這塊難以捉摸的區域被稱為極光熱液噴口區(Aurora hydrothermal vent field)。這是迄今為止已知的最北邊的噴口,也是世界上最深的噴口之一,位于永久覆蓋的海冰下近4公里處。
 
  探索深海就像探索太空,二者都屬于高風險工作。即便對最強悍的機器人來說,深海海底也是一個無情之地,探險隊在這次任務中也嘗盡了艱辛,有那么幾個讓人心驚膽戰的日子,隊員們一度認為團隊的主要水下探測器被冰冷的極地海洋吞沒了。
 
  某個夜晚,一架拖在船下的高分辨率相機在泥濘的海底漂流了幾個小時后,終于直接經過了地殼上的一道張開的大口。投射到船上各處的畫面顯示,憤怒的黑煙從直徑近1.5米的噴口噴涌而出——對于這種海底噴煙口來說,這個寬度相當驚人。
 
  “那像是超大一團羽流,”German說道。“這比我們了解到的要大得多。”
 
研究冰層下的噴口
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
 
  9月19日,Kronprins Haakon號破冰船離開朗伊爾城,前往北極加科爾山脊(Gakkel Ridge)的極光熱液噴口區,位于冰下4000米處。破冰船在厚厚的海冰上蜿蜒行駛了幾天后,于9月28日抵達目的地。
 
  那天晚上晚些時候,同一架相機又兩次從該噴口上方飛過;并在接下來的數周內幾次飛過噴口,向我們展現了極光海山( Aurora seamount)南部斜坡崎嶇不平的地形。圖像顯示,噴口區域覆蓋著已經熄滅的煙囪(成堆被噴出的礦物),而且不止一個,至少有三個黑煙囪。
 
  這些結果讓我們對這樣一個奇異的、被冰雪覆蓋的生態系統有了最前沿的認知。更好地了解這個遙遠的生物圈可以幫助科學家弄清楚生物如何在地球深海中移動,以及北極水域是否為動物在大西洋和太平洋盆地之間的移動提供通道。
 
  該項目的首席科學家、來自挪威水研究機構(Norwegian Institution for Water Research)的深海生態學家Eva Ramirez-Llodra表示:“我們希望在這個地區尚處于未開發狀態時,好好地研究了解它。如果氣候變化使冰層消失,這將成為一條通往太平洋的常用航線,很可能成為潛在的采礦和漁業的開放區域……知道那里有些什么會很有幫助。”
 
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在極光熱液區,一只5公分長的紅蝦游過枕狀熔巖的露頭,上面裝飾著大玻璃海綿和被沉積物覆蓋的死海綿。該地點位于格陵蘭島以北320公里,距離冰雪覆蓋的地表約4公里的水下。
攝影: OFOBS, AWI TEAM
 
  更重要的是,極光噴口可能隱藏著探測外星世界深海生命形式的密鑰。目前,這里是與海底噴口最相近的地表類似物之一,人們認為這些噴口正在遙遠的海洋世界噴發,包括被冰層覆蓋的衛星歐羅巴(Europa)和土衛二(Enceladus),它們被認為是尋找現有外星生命的最佳地點。

  “在尋找外星生命時,地球以外的外星海洋是如此引人注目,”國家地理探險家 Kevin Hand說道 ,他是美國宇航局噴氣推進實驗室的天體生物學家,參加了極光探測。“不管在地球上看到什么,只要發現水就等于發現了生命。”
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
在北冰洋底部,一只大約13公分長的海葵為極光熱液噴口區的泥濘海底增添了一抹亮色。
攝影:OFOBS, AWI TEAM

過多的噴口
 
  一般來說,海洋熱液噴口的形成是由于海水從地殼的裂縫中滲出并與地殼下的熱熔巖混合;那些被埋在地下的熔巖加熱了海水并推動了化學反應,這些反應通過地殼的噴口以翻滾團塊的形式爆發。富含礦物質的過熱海水的持續噴發為一些生物提供了所需的熱量和能量,這樣就能在寒冷、黑暗的深海環境中茁壯成長,這些生物包括一群只在噴口活動的巨型管蟲、30公分長的蛤蜊、盲蝦和極端微生物。
 
  很長一段時間以來,專家們認為熱液噴口的活動只能存在于東太平洋隆起(East Pacific Rise)等擴張最快的中大洋脊上,在那里,地球的構造板塊正以每年約18公分的速度相互擠壓。在這些爆發的行星裂縫中,地殼裂縫的迅速擴張意味著新鮮的巖漿總是可以為噴口提供燃料。
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
在極光噴口,一個90公分高的煙囪(右上)中冒出了滾滾黑煙,旁邊倒下的煙囪在海底呈扇形散開,就像森林里的樹干一樣。淡黃色的部分是由噴口微生物產生的鐵氧化物造成的,而白點則是聚集在噴口周圍的微生物,噴口噴出的富含營養的液體溫度接近300℃。
攝影:OFOBS, AWI TEAM
 
  不過,多年來,German和同事們已經在多個不同的海底山脊上發現了噴口,包括一些走向各異的山脊。我們最近的目標是加科爾山脊,這是一個將北冰洋一分為二的火山裂谷,正以每年不到1.3公分的速度緩慢擴張。
 
  “沒有一個地方可以排除熱液活動,”German說道。“我們現在無需這種觀點了。”
 
  2001年,科學家們第一次沿著加科爾山脊勘探熱液羽流。在那次航行中,在海底附近探測到一層渾濁的水,暗示有噴口活動,一艘巖石挖泥船拉起了一個熄滅了的煙囪的殘骸。這兩種現象都可以用黑煙來解釋,黑煙是一種噴口,會將黑色的、熱的煙柱噴射入水中。
 
如果外星生命存在于我們的太陽系,它們可能長這樣
從極光熱液區沉積物的洞中可以看出,地質層可以追溯到很久以前。最上面的棕褐色層極有可能是格陵蘭島北部冰川侵蝕的大陸碎片,被沖到了這里。更下面的白色層可能代表熱液蝕變火山巖,而在沉積物底部可以看到深灰色的火山巖。
攝影: OFOBS, AWI TEAM
 
  在2014年的第二次航行中,German和同事乘坐“極地號”破冰船返回了極光海山。他們通過在水柱中尋找水熱信號來尋找噴口,在航行快結束的時候,他們把一個高分辨率照相機扔進了深海。就在返航前的2小時,團隊第一次瞥見了一個小煙囪,一個冒著煙的噴口進入了照片邊緣,這一發現瞬間點燃了團隊的熱情。
 
  但從冰冷大海探測到的噴口信號來看,下面一定有更龐大的東西。受這一發現的鼓舞,今年的探險隊(隊名首字母縮寫為“HACON”)的目標是弄清極光噴口的情況。整個系統有多龐大?包含一些什么樣的化學反應?這個噴口能支持深海生態系統嗎?如果能,有什么生物生活在那里呢?
 
  而且,對于船上的天體生物學家來說,這里又能為他們探測整個太陽系中被冰雪覆蓋的海洋世界的生命帶來何種新奇的見解呢?
 
劣質香檳
 
  在破冰船離港之前,這些問題很難解答。對此次任務至關重要的高分辨率相機被稱為海底觀測和測深系統(OFOBS),最初與準備用于另一次極地考察的設備捆綁在一起。更糟糕的是,一個名為“冰下的涅里伊德”(Nereid Under Ice,簡稱NUI)的深海遙控潛水器差點沉入海底。
 
  NUI是一款最先進的潛水設備,價值250萬美元,大小相當于一輛小型貨車。在電量耗盡前,它可以在水下呆上半天,可以在離船40公里的地方活動,還可以下潛4.8公里而不發生內爆,這些特性讓它可以在厚厚的冰層下工作。
 
  這臺明亮的橙色潛水器有一個船載控制器,可以無人操控自動運轉,也可以遠程操控,這意味著科學家們可以通過其裝載的攝像機實時觀察,可以命令它從深海中捕捉特定的動物,把收集管浸入特定的沉積物中,將特制的探針直接浸入從熱液噴口噴出的沸騰的含硫流體中。
 
  卑爾根大學的地球化學家Eoghan Reeves曾經(偶然地)喝了一大口“海底酒”,他說這種起泡的混合物就像劣質的香檳:“它聞起來很糟糕,嘗起來也一樣。”
 
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亮橙色的“冰下的涅里伊德”號從Kronprins Haakon破冰船的甲板上開始潛入北極水域。這臺高科技潛水器幾乎完全消失在深海,探險隊主要依靠拖在船后的一臺無法操縱的攝像機來尋找并記錄極光噴口的景象。
攝影:LUIS LAMAR, AVATAR ALLIANCE FOUNDATION
 
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“冰下的涅里伊德”潛水器于10月份開始對格陵蘭島附近被冰雪覆蓋的北極海域進行勘探。
攝影:LUIS LAMAR, AVATAR ALLIANCE FOUNDATION
 
  但是,在抵達極光海山兩天后,NUI依然沒有浮上來。當潛艇接近目標深度時,它的機載系統一個接一個地閃爍起來。工程師們試圖觸發故障保險機制,讓它釋放潛水重量,自己浮上來。但NUI沒有上升,而是停止了移動,它的深度讀數變成了穿過飛船控制室屏幕的一條不祥的直線。
 
  “它停留在海底的可能性相當高——這也就意味著我們的任務失敗了,”WHOI國家深潛設施主任Andy Bowen說道。沒有NUI意味著即使只是看一眼噴口也要依靠高分辨率的OFOBS相機。但這臺相機無法操縱,只能被拖在船的后面,這意味著要想成功地探測到海底羽流,必須破開足夠薄的冰層或浮冰才能成功。
 
  “我們知道從深海浮上來有困難,我們將面臨巨大的挑戰,這超出了我們的預期,”特羅姆瑟大學物理海洋學家Benedicte Ferre說道。
 
深海魔多
 
  幸運的是,三天后它又出現了;故障保險裝置的工作時間比預期的要長一些。更妙的是,在修復NUI的過程中,覆蓋在極光山上的冰層被劃開,OFOBS相機得以直接飛過極光噴口。
 
  那天晚上,科學家們聚集在船上的電視屏幕周圍,焦急地看著在漆黑暮色中漂移的海床。很快,一層幾乎是黑色的沙礫出現在眼前,上面覆蓋著幾小時前滑過的黏糊糊的米黃色泥漿。亮橙色和黃色斑塊出現了,相機開始爬升,爬上了一堵陡峭又崎嶇不平的墻體。
 
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美國國家航空航天局科學家Kevin Hand(左),工程師Andrew Klesh和生物學家 Dimitri Kalenitchenko 在10月的考察中調查了極光熱液噴口的冰層。他們感興趣的是,噴口上方的冰是否具有在海底深處攪動風云的化學和生物特征。
攝影:LUIS LAMAR, AVATAR ALLIANCE FOUNDATION
 
  這個15米高的墻體忽然冒了出來——這是從海底噴出的火山物質形成的尖頂。像浮石一樣的沉淀物變得越來越黑,然后,有那么一會兒,一陣猛烈翻騰的云團狀物質進入了畫面一角,接著是一個巨大的、鋸齒狀的噴口入口。隨著船的漂移,云團擴大成巨大的黑色羽流,吞沒了相機,并持續向上翻騰了800多米。這個噴口顯然是一個龐然大物,令一般的噴口相形見絀。后來拍攝到的圖像顯示,在海底有更多的黑色噴口。
 
  “它們看起來就像工業革命中地獄般的工廠。如同中土世界的蠻荒之地——魔多,”German說的是那個巨大的噴口。
 
  根據大量的硫化物和已熄滅的煙囪判斷,幾乎可以肯定極光噴口已經活躍了數千年,可能在人類首次到達美洲之前就已經在北極海底埋下了熱量和礦物質。
 
  但是,這個噴口到底噴發了多長時間仍然是個謎團,就像這個團隊著手解決的許多其他謎團一樣。例如,如果沒有從該地點的生命形式中提取的若干樣本,研究小組就無法獲得所需的遺傳物質,從而無法輕易地回答有關生物如何在海洋盆地之間移動的幾個關鍵問題。
 
二氧化硅骨架
 
  從這次巡航收集的圖像來看,至少在某些方面,極光生態系統的物種似乎極為稀少,這非常驚人費解。這里沒有明顯的多毛蟲聚集區,沒有尖銳的貽貝床,也沒有色彩斑斕的海葵地毯。雖然在一些地方可以看到微生物墊,但明顯是貧瘠的。這個噴口似乎是小蝸牛和以蝦類甲殼動物為食的端足目動物的領地。
 
  Ramirez-Llodra說:“這與其他海洋噴口相比簡直是小巫見大巫,那里通常會發現數量可觀的動物。我們只獲取了少量圖片,這些照片非常棒,但我們還沒有對該地區進行詳細的調查。”
 
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美國宇航局的一架遙控飛行器正在勘查北冰洋深處多年冰原下的水域。
攝影:LUIS LAMAR, AVATAR ALLIANCE FOUNDATION
 
  來自葡萄牙阿威羅大學的生態學家Ana Hilario對硬須蟲屬(一種多毛類蠕蟲)的消失尤為震驚。她和卑爾根大學的分類學家 Hans Tore Rapp猜測北極海底物種稀少的主要原因是北極海洋在地質學上仍然較為年輕,6000萬多年前深海動物可能沒有足夠的時間找到進入這些水域的路徑,也沒有足夠的時間適應極端環境。
 
  在這一地區唯一真正繁榮的生物是兩種類型的玻璃海綿,因其精細的玻璃骨架而得名。有時這些玻璃海綿直徑超過90公分,壽命預計可長達幾個世紀,但有人認為它們幾乎沒有生命可言。也許是因為它們機體中只有不到5%的生物量是有機的,剩下的全是硅,和制造沙子和玻璃的材料是一樣的。幸運的是,在固定好之后,NUI潛水到海底,從噴口附近的一個地方收集了一些玻璃海綿。
 
  Rapp推測,這些海綿能夠在一個營養匱乏、碳阻塞的生態系統中茁壯成長,正是因為它們不需要太多的顆粒有機碳。相反,它們已經適應了在低濃度的溶解有機物中生存,其骨骼由更容易獲取的成分構成。
 
  “深海中很容易獲得二氧化硅。”Rapp說道,“建造這種成分的骨架幾乎沒有成本。”
 
  這些觀察結果為我們提供了若干可能性:地球以外的海洋中可能隱藏著什么,那里陽光稀少,唯一可靠的能源形式可能是結冰的衛星內部的起伏產生的化學物質。
 
  Kevin Hand表示,他在美國宇航局所做的很多工作都涉及到在陌生海域的冰層中尋找何種生物特征。這也是他研究極光冰層的原因之一,他想弄清楚那里是否有能夠供養生命的噴口,這樣一來科學家們可以學會識別它們——在地球上,也可能是在其他星球上。
 
  他說:“利用冰作為一扇通向深海的窗戶,這與我們如何真正了解地球之外的海洋有關。”
 
(譯者:陌上花開)
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