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居住可能圏を塗り替える液体 — “水以外”で生きられるか?:离子液体开启宇宙生态系统

居住可能圏を塗り替える液体 — “水以外”で生きられるか?:离子液体开启宇宙生态系统

2025年08月13日 00:42

水是“基准”而非“绝对”的?

“生命需要液态水”——这一刻在天文学教科书中的前提,被麻省理工学院的研究团队提出了重大挑战。他们展示了“非水液体”可以在宇宙的岩石行星上自然形成并长时间存在的可能性。关键在于“离子液体”,这是一类在低于100℃时仍保持液态的盐类物质,具有极低的蒸气压,不易蒸发。MIT News


起因是金星云:偶然留下的“一滴”

故事始于金星探测准备的实验室。研究团队尝试蒸发金星云的主要成分硫酸以分析采集物,但在与含氮有机物(如甘氨酸)混合的样品中,即使硫酸几乎蒸发殆尽,仍顽固地残留着“液体层”。调查发现,硫酸中的氢转移到了有机物上,生成了盐的混合液,即离子液体。这个偶然的观察产生了“即使在无水环境中也能形成液体”的假设。MIT News


实验描绘的“岩石行星化学”

团队将30多种含氮有机物与硫酸在多种温度和压力下组合,并在玄武岩上进行浸透验证。结果显示,即使在180℃的高温或远低于地球的压力下,离子液体也能形成,酸被吸入岩石的孔隙中,液滴仍可能残留在表面。也就是说,如果火山气体来源的硫酸与普遍存在于陨石等中的有机物相遇,就能形成液体的“点在绿洲”。Phys.org


扩展宜居带的“另一种溶剂”

离子液体的优势在于“不易蒸发”和“广泛的稳定区域”。水在高温低压下不稳定,但离子液体在这些条件下更容易保持液态。此外,有证据表明,一些蛋白质等生物分子可以在离子液体中稳定存在,可能成为极端环境中代谢的“舞台装置”。如果将宜居性的定义扩展为“代谢可能发生的液相存在”,那么岩石行星的“宜居”区域理论上将大大增加。MIT News


背景:探索水以外溶剂的潮流

将“水以外的溶剂”作为生命候选的讨论并不新鲜。例如,拥有甲烷和乙烷海洋的土卫六,或氨、超临界二氧化碳等,多样的“液体宇宙”一直在被研究。近年来,评审和理论框架也在完善,继续系统性地评估“适应环境的替代溶剂”。此次成果的价值在于提出了“岩石行星表面自然生成的盐的液体”这一具体例子。Liebert Publishing


从金星到系外行星:观测与探测的交汇点

金星的云是硫酸的海洋,但有机物在太阳系的小天体和行星中广泛分布。如果火山性硫酸与有机物沉积接触,就会产生液体的斑块。研究负责人赛格教授也参与了金星大气探测(晨星任务),实验的动机也在于此。未来的任务是精确评估哪些生物分子可以在离子液体中发挥功能,以及设计远方行星上“离子液体存在可能性”的观测指标(如光谱特征)。MIT News


如何测量?观测方的现实感

在观测方面,直接检测“液体本身”是困难的。然而,如果火山性硫酸与有机物反应进行,衍生的离子种类或表面光学特性的变化可能成为线索。此外,最近的研究表明,即使在超高温的岩石系超级地球上也可能存在大气,这表明即使在地狱般的环境中也可能发生化学循环。这些案例研究的积累将成为验证离子液体假设的场所。Reuters


社交媒体的反应:热情与谨慎论的“二相混合”

 


新闻发布后,Phys.org和MIT News的帖子在X(前Twitter)和Threads上迅速传播。支持者欢迎地表示“这是对宜居带的重新定义”,“观测目标的群体扩大了”。而谨慎者则质疑“离子液体中的生化反应有多现实?”“毒性、粘度、扩散的限制是什么?”实际上,Phys.org官方的X帖子中同时出现了积极的引用和质疑验证路线图的线程。在Threads上也有评论称“如果在高温低压下液体能保留,那么应重新审视干燥行星的表面演化模型”。X (formerly Twitter)Threads


专家视角与反驳的萌芽

本研究发表在PNAS上,意味着通过了同行评审,但这仅是实验和理论的“可能性”的展示。批判性视角包括:(1)在自然环境中反应物以1:1附近化学计量比相遇的频率,(2)形成后的液滴能抵抗风化、辐射、尘埃堆积的时间尺度,(3)高粘度环境下的物质运输和代谢扩散的可行性等。这些将成为下一个实验设计和建模的焦点。MIT News


即便如此,“地图”仍在扩展

将宜居性的定义从“水能液化的区域”扩展到“任何液相能允许代谢的区域”,也将影响观测策略。因为这将为那些在传统“水条件”下被排除的温暖低压岩石行星提供探索的空间。研究团队用“打开了潘多拉的盒子”来形容这项研究,但这并不是无序的隐喻。相反,它意味着一个多样化的“研究课题盒子”已经打开,连接了行星表面化学与生命化学的接点。Phys.org


参考文章

新的研究表明,即使在没有水的行星上也可能生成特定的液体。
来源: https://phys.org/news/2025-08-planets-liquids.html

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