谷神星发现生命痕迹了？对话中山大学李荐扬：还早，但可能存在地下液态海洋和内部物质交换

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第135期，对话中山大学大气科学学院行星环境与宜居性研究实验室教授李荐扬。

嘉宾简介：

李荐扬，中山大学大气科学学院行星环境与宜居性研究实验室教授、博士生导师。主要研究领域为太阳系小天体，曾作为核心团队成员参与包括深度撞击、黎明号在内的NASA小天体探测项目，在多数项目中获团队成就奖。国际天文学会2008年将21496号小行星命名为“李荐扬星”。

• 谷神星是距离我们最近的冰海洋星球，很可能存在大量地下液态水，并含有大量生命必须的元素，如碳、氢、氮、氧等。

• 谷神星内部温度很低，之所以有液态水，可能是因为它内部含有很多盐分，像铵盐会降低水的熔点，保持它的液态。

• 谷神星探测有很多优势，离我们近，燃料消耗少；重力小，做着陆比冰卫星容易得多；而且环境简单。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

编辑｜杨 锦

在太阳系火星和木星轨道之间的小行星带中，谷神星是最小的，也是唯一位于小行星带的矮行星，由意大利天文学家皮亚齐于1801年1月1日发现。

谷神星（Ceres）名字的由来也很有趣，它来自罗马神话中掌管农业和丰收的女神克瑞斯，克瑞斯是罗马的大地母神，掌管着谷物生长、四季更替以及土地丰饶。而谷神星被发现时位于金牛座，被确认时位于室女座，这两个星座都象征着农业和土地。

不过，虽然谷神星象征着生长和希望，但一直以来人们认为谷神星只是冰冷的岩石，毫无生机。但近期，基于NASA“黎明号”任务数据的新研究表明，谷神星可能蕴藏着维持生命的合适成分与环境。

针对这一令人兴奋的研究成果，搜狐科技对话了李荐扬教授，他曾担任黎明号谷神星拓展探测阶段的共同责任人。

“原来小行星带里可以有这么多水”

李荐扬跟谷神星打交道已经很多年了，早在美国马里兰大学读博的时候就开始接触谷神星的数据，那时他会用哈勃空间望远镜拍摄的数据分析表面的反照率、亮度变化、颜色等等，等2007年“黎明号”发射了，又出现了很多有趣的新结果。

“这次的发现把我们认对于谷神星的认知全部改变了，也让我们意识到太阳系里面的宜居环境可能比过去认知到的更为广泛。”李荐扬如是说。

一般来说，主小行星带离太阳相对来说比较近，表面温度足够高，而且表面没有大气，所以它的表面不能有水冰存在，会很快挥发掉。而且小行星本身很小，内部含水量也不会太多。

所以以前人们认为谷神星以及主小行星带里的小行星含水量是极少的。2003年，科学家发现谷神星表面有一些矿物，而这些矿物是需要液态水的存在才能形成，这是“黎明号”之前大家对谷神星的认识。

“等到了04、05年，科学家分析了哈勃望远镜的数据，提出谷神星内部可能含有大量的水，甚至占到总质量的四分之一。”

李荐扬说，谷神星在主小行星带里是最大的一个小行星，质量占所有小行星总质量的三分之一，这样一来，大家意识到，“原来小行星带里可以有这么多水。”

“黎明号”最初的主要任务并不是研究谷神星上有多少水，而是研究它的普遍特性，后来根据它的发现，大家推测谷神星内部可能含有液态水。因为液态水是生命存在的一个必要条件，能够提供稳定的温度环境，也有利于化学反应、物质交换等等，这样看来，谷神星也可能具备宜居环境。

而这次，李荐扬在美国的同事格林斯普恩在采访时也提到，最引人瞩目的发现是在一个陨石坑中检测到了盐沉积物，这是最直接、最关键的证据。

李荐扬分析，这是通过光谱观测发现的，撞击坑的中心发现了碳酸盐、氯化钾和氯化钠等等，而这里发现的盐沉积物，应该是我们平时吃的食盐和水分子结合起来形成的晶体。

而且，由于谷神星表面有太阳的直接照射再加上真空环境，这些含有水分的晶体会很快挥发掉，失水的时间尺度大概在一两百年左右。换句话说，它是在近百年左右形成的。要知道在天文地质里，百年只是一瞬间，可以理解成是刚刚产生的。

在李荐扬看来，水的盐分应该是地下液态水涌出表面后干涸形成的。地下水中含有很多盐分，等水干了，盐分就析出。近期发生也意味着或许谷神星内部还有液态水的活动，可能存在地下液态海洋和表面的物质交换，这种环境对生命宜居性有很重要的意义。

这样一来，盐沉积物也为研究谷神星内部液体环境提供了一个新的线索，“本来只能看到谷神星表面，看不到内部，但现在内部的东西翻上来了，就可以更好地研究内部物质了。”李荐扬如是说。

谷神星可能有生命存在的三要素

谈及生命所需成分时，李荐扬表示：“我们在寻找系外生命或者宜居环境时，常说的生命存在三要素包括能量来源、生命物质以及液态水。”

谷神星很大可能是有液态水的，但也不能说找到了，因为目前还没有直接证据。至于生命元素，像碳、氢、氧、氮元素谷神星上面是有的，硫元素可能存在，但到目前为止也没发现相应的化合物，可能是含量少，可能是没有，也可能是还探测不到。

至于能量来源，因为谷神星离太阳比地球远得多，所以阳光在谷神星上的强度只有地球的十分之一，而且谷神星和那些冰卫星也不同，像木星和土星本身有很强大的磁场，而且质量也很大，其他卫星在它周围运行的时候会受到潮汐力的影响和空间环境的影响，给它内部输送能量。

但对于谷神星来说，它内部是没有这样的能量来源的，只有太阳的能量，但太阳能量又比较低，所以它的能量来源相对是比较少的。

谈到这，我们不免发问，谷神星和这些冰卫星到底有什么异同呢？

对此，李荐扬解释道：“它们内部可能都有液态水或者相似的矿物成分，但对于冰卫星来说也只是推测，还没有直接证据。区别则在于冰卫星的地下海洋可能是全球性的，它的表面是冰壳，但里面有全球性的液态层，再里面是固态的内核。”

“谷神星内部温度较低，又没有能量输入，可能很多地方的液态水都冻起来了，只有一块块的区域性海洋，所以液态水的活动性较弱；另一方面，它们的物理特性也有很大差别，相比于比月球还大的伽利略卫星，谷神星的直径只有1000公里，表面重力较弱，环境也较简单。”李荐扬如是说。

其实科学家们利用计算机模型发现，在25亿至40亿年前，岩石核心的放射性衰变可能产生了足够的热量来支持热液活动，那为什么谷神星的能量慢慢消失了呢？

李荐扬称这是个普遍的结果，对所有行星来说，尤其是比较大的天体内部早期形成的时候都会有这种放射性的元素，这些元素在太阳系形成的时候广泛分布在任何地方，行星在形成后会收集大量元素，它们的放射性衰变会产生热量，所以行星内部都会被加热，如果温度足够高，就会熔融，像地球、火星内部早就熔融了。

对于谷神星来说，内部也有这种放热，但因为总质量小，所以放射性元素总量少，二是散热比较快，内部温度升温不会太高。而且现在这些放射性元素都衰变完了，谷神星保温性能又不够好，所以内部温度已经冷却下来了，热液活动也减弱了。

“谷神星的内部温度很低，低于在地球上存在液态水的温度条件，而之所以有液态水，可能是因为它内部含有很多盐分，特别是像氯化铵，铵盐会极大降低水的熔点，所以能保持它的液态。”李荐扬解释道。

离发现生命痕迹还早

李荐扬坦言，我们现在离发现生命痕迹还很早，“黎明号”带来了很多好的线索，这些线索告诉我们谷神星很可能有宜居环境，但科学研究需要十分严谨，没有直接看到的东西都是推测。

从探测的角度来说，要进一步去探测谷神星内部是否存在液态水，内部结构如何，生命物质的化学成分、酸碱环境、氧化还原环境等，只有把这些搞清楚才能确定是否有宜居性。如果有的话，以什么方式去寻找、生命痕迹最有可能以哪些形式存在都是大问题。

如果谷神星的宜居环境真的可以确定的话，意义是很重大的，相比于冰卫星，谷神星的探测有很多优势。

“最大的优势就是离我们近，木星距离太阳5.2个天文单位，谷神星只有一半，燃料消耗少；谷神星重力小，周围也没有木星土星这样的大质量天体，做着陆和采样返回会比冰卫星容易得多；而且木星磁场里有很多高能粒子，环境恶劣，对电子器件伤害大，但谷神星环境简单，没有这些问题。”

谈及研究初衷，李荐扬称是兴趣使然。“我从小就对天文感兴趣，但那时我国有天文系的学校比较少，所以我想着本科先学物理，因为物理是基础，计算机也是因为感兴趣，所以就学了双学位。”

从中科大毕业后，李荐扬在美国马里兰大学获得了天文学博士学位，并继续从事博士后研究，之后又在马里兰大学和美国行星科学研究所陆续做到资深研究员，去年2月，他回国加入了中山大学。

“国内行星科学发展得非常迅猛，也很有潜力，大家的思维也很活跃，地面观测设施也在慢慢发展。虽然西方国家开始得比较早，但在深空探测技术方面，中国已经不比国外差多少了。”李荐扬如是说。

李荐扬称自己特别幸运，博士一毕业就跟导师一起参与深度撞击任务，这个任务把他带入到了深空探测领域，也让他结识了很多优秀的科学家。后来他又参与了黎明号、OSIRIS-REx、DART在内的所有2005年之后的NASA小天体探测项目，还得到了21496号小行星的命名。

“我在美国JPL的时候，现场有一块大屏播放实时数据，很多任务一开始完全不知道小天体长什么样，等航天器靠近目标的时候，我们一群人围上去着看，像看电影似的，看一个小点慢慢变大，然后发现它的表面长的很出乎意料，大家又开始激烈地讨论，非常让人激动。”回忆起当时的情景，李荐扬依然难掩兴奋。

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