外星生命都可以通过高压冰层 从其行星熔化的内核中获得重要的营养

　　一项新的研究发现，在广阔的海洋世界的水域中，任何潜在的外星生命都可以通过可以运输盐分的高压厚冰层，从它们的行星熔化的内核中获得至关重要的营养物质。

　　水是宇宙中最常见的分子之一，被数百英里深的全球海洋覆盖的世界可能远远超过像地球这样的“干燥”行星。这种水世界的例子包括TRAPPIST-1系统中的几个行星，以及 GJ 1214b、Kepler-62e和Kepler-62f。

　　这些海洋底部的条件非常极端，以至于水被压实到足以形成称为冰 VII 的高压冰。冰 VII 的分子排列成立方晶体结构，它存在于大于 3 吉帕（约 29,000 个大气压）的压力和高达 662 华氏度（350 摄氏度）的温度下。

　　然而，科学家们不确定盐和其他营养物质是否可以从行星的岩石核心，穿过冰地幔，进入液体海洋，然后再返回。正常的冰在结冰时会排出盐，但新的模型显示冰VII可以保留盐晶体。特别是，研究表明，冰VII可能含有高达2.5 wt%(重量百分比)的氯化钠，更常见的是食盐。盐的存在降低了冰的熔点，使其软化，从而帮助热对流导致咸冰上升。

　　“盐的运输不仅会从底部到顶部，还会从顶部到底部。”法国欧洲同步辐射设施的科学家Jean-Alexis Hernandez说，他领导了这项新工作。“地幔底部的热冰变得重力不稳定，因为它更热，密度比周围的冰小，这使得它上升。”Hernandez说：“地幔顶部和底部的温差形成并维持着全球流动。”

　　这种流动循环了生物化学所必需的营养和盐。虽然它们的存在并不能保证这些水世界的海洋中存在生命，但它确实增加了这些世界适合居住的机会。

　　西雅图华盛顿大学地球和空间科学系教授Baptiste Journaux=说:“这些发现增加了适合居住的行星的数量，包括了具有高压冰覆盖层的超级地球。”Journaux没有参与这项研究，但是为《自然通讯》杂志写了一篇关于这项新研究的评论。

　　这些结果也可能带来离家更近的新见解。在我们的太阳系中，与海洋世界最相似的是木星和土星的一些冰冻卫星。虽然许多卫星太小，无法容纳高压冰，但其中最大的一颗——木星的木卫四和木卫三，以及土星的土卫六——足够大，足以形成冰VI的地幔，形成1 GPa(约10，000个大气压)。

　　虽然冰VI是不可溶解的，但研究人员以前已经检测到水合盐矿物，这些矿物已经污染了其中一些卫星的表面，推测是来自冰表面下海洋的上升流。科学家认为，这一发现表明，一定发生了一些盐的运输。在木星系统中，这些卫星中的一些也有一个感应磁场，源自它们导电的盐下海洋和行星巨大磁场之间的相互作用。

　　“盐仍然在这些物体中发挥着重要作用，因为它们改变了相界[即岩石、冰和液体之间的过渡区域]和水的属性，这强烈影响了这些冰卫星上的冰壳和海洋的动力学。”埃尔南德斯说。

　　“因此，木卫四、木卫三和土卫六是目前测试我们描述高压冰渗透性的地球物理模型的最佳地点。”Journaux说。特别是，科学家将很快从欧洲航天局的木星冰卫星探测器(JUICE)任务中获得大量新数据，该任务将于2023年发射。JUICE将由美国宇航局的欧罗巴快船任务提供支持，该任务将于2024年发射，并访问木卫三和木卫四以及欧罗巴，以及美国宇航局的蜻蜓直升机任务将于2027年发射到土卫六。

　　“我们将在冰卫星上获得的数据将极大地帮助我们理解高压冰覆盖物在控制地外海洋的组成和可居住性方面的作用。”Journaux说。

　　然而，目前还不能对遥远的系外行星进行同样的研究。因此，就目前而言，确定海洋世界是否适合居住将主要是建模而不是观察的问题。这项研究发表在6月21日的《自然通讯》杂志上。