如果你能把冥王星和土衛六反射的陽光耐心拆解成一道光譜,你會發現一件古怪的事——在5.11微米的紅外區域,有一小段色彩莫名其妙地消失了,無論你怎么調整儀器,那個暗色的缺口始終安靜地躺在那兒。今年夏天,詹姆斯·韋布空間望遠鏡(JWST)真的捕捉到了這個現象,而且是在兩個看上去八竿子打不著的冰冷世界上同時出現的。研究人員說,這個信號很可能來自一種此前從未在太陽系乃至任何系外行星上現過身的未知分子。
對天文學家來說,光就是宇宙的條形碼。每一種元素、每一種分子都有自己偏愛的電磁波“指紋”——它們會吞掉特定波長的光,在光譜上留下一道又一道細細的黑線,叫吸收線。比如熟悉的氧氣分子,會在230納米的位置刻下一道鮮明的凹痕。遠方的星光穿過行星大氣,反射到望遠鏡里,光譜上那些缺失的顏色就成了科學家辨認遠處世界化學成分的密碼。韋布望遠鏡自從升空以來,靠著一雙能看穿紅外迷霧的眼睛,已經在系外行星大氣、遠古星系和恒星周圍找到了一個又一個化學分子的印記,甚至曾在某顆外星世界上瞥見了一種可能與生命活動有關的分子信號。
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這一次,望遠鏡把目光投向了太陽系內的兩個“異類”——冥王星和土星最大的衛星土衛六。這兩個世界一個像被遺忘在太陽系邊緣的冰疙瘩,一個卻有液體河流和海洋在表面流淌,幾乎沒有什么地方長得像。可偏偏在它們的光譜深處,研究人員盯上了一段此前幾乎沒被仔細打量過的波段,發現了一個尖銳的、一模一樣的暗痕,穩穩落在5.11微米的位置。
這項研究6月11日上傳到了預印本平臺,尚未經過同行評議。研究團隊仔細翻閱了其他行星光譜的文獻,越翻越覺得蹊蹺:在已經公開發表的所有數據里,沒有任何一個譜帶能夠對上這個位置的吸收特征。換句話說,冥王星和土衛六身上同時出現了一種理論上應該存在、但現實中誰也沒見過的分子痕跡。
為什么說這個發現特別奇怪?因為冥王星和土衛六實在太不像了。土衛六是土星身邊一顆胖月亮,個頭甚至比水星還大一圈,也是除地球之外唯一一個表面有液體河流、湖泊和海洋的天體,只不過那些“水”換成了液態甲烷和乙烷。而冥王星是矮行星,整個表面被凍得結結實實,體型只有土衛六的一半左右,到太陽的距離更是土衛六的四倍遠,終年淹沒在幽冷的黑暗里。一個流淌著甲烷的河流,一個封存著古老的冰層,乍看之下,它們共有的化學故事本應到此為止。
但仔細看一眼它們的大氣,又會隱隱約約覺得這個謎底也許就藏在空氣里。冥王星和土衛六都披著一層以甲烷和氮氣為主的稀薄大氣。這為它們提供了某種共同的語言,可研究人員核查了甲烷、乙烷、乙烯、氮氧化物等已知分子在紅外波段的所有已知吸收線,沒有一條能解釋那道5.11微米的缺口。也就是說,這道幽靈般的暗線既不是來自甲烷,也不是來自任何我們已經記住條形碼的化合物,而是一個全新的、尚未命名的分子正在兩個世界的上空悄悄吸收著望遠鏡發送來的每一個光子。
這聽起來可能有點像偵探小說里還沒揭開身份的嫌疑人——明明指紋在現場,數據庫里卻查不到是誰的。對光譜學家來說,每一根吸收線對應的波長就像分子的名字,5.11微米這個位置在實驗室里也極少被系統丈量過,因為過去的地面望遠鏡很難穿透地球大氣看清楚這個波段,而更早的太空紅外望遠鏡要么波長覆蓋不到,要么靈敏度不夠。韋布望遠鏡的厲害之處,恰恰就在于它能夠連續、高精度地拿到這個中紅外區間里纖毫畢露的光譜,讓過去模糊的空白地帶第一次被清晰勾勒出來。
研究人員并沒有急著給這個新身份下結論。他們翻遍了已有的數據庫,也請出了實驗室中各種復雜有機分子在相似條件下的光譜模型做比對,但都無法匹配。他們謹慎地推測,這個未知分子可能是某種含有碳、氮、氫元素的復雜有機化合物,甚至可能跟早期太陽系物質演化有關,但這一切還僅僅停留在推論的層面。唯一確定的是,在目前所有被觀測過的太陽系行星、衛星、小行星乃至遙遠系外行星的大氣光譜里,只有冥王星和土衛六在這同一個波段出現了這根獨特的黑線。
這件看似微小的光譜異常,其實打開了一大片我們過去從未真正看清的化學空間。太陽系形成的早期,無數有機分子在冰冷的原始星云中混合、碰撞、重組,最終被封存在行星和衛星的深處或稀薄大氣里。冥王星來自太陽系邊緣的柯伊伯帶,那里保存著大量太陽系誕生之初的原始物質;而土衛六作為土星的衛星,它的化學富集可能來自完全不同的演化路徑。兩個截然不同的世界卻共享了一個從未被發現的化學指紋,這本身就像在暗示,宇宙中制造復雜有機分子的工具箱可能比我們原先想象的更豐富、更普遍。
不過,現在說這個信號一定來自全新的分子還為時尚早。一項科學發現要走的路遠比捉住一道暗線要長。目前這份分析還處于預印本階段,等待著同行評審的仔細審視。之后,其他的研究團隊需要用韋布望遠鏡再次觀測冥王星和土衛六,看看這道5.11微米的缺口是不是依然安穩地待在那兒,去排除儀器噪聲、數據處理誤差或者短暫大氣現象的干擾。如果信號被反復確認,下一個要解的謎就是找出這個分子到底是哪一種化合物,在地球上的實驗室里能不能重現它的吸收特征。
有意思的是,這樣的未知分子或許也能幫助解釋其他星球上相似的大氣化學謎題。過去,科學家們經常在系外行星的光譜中看到一些無法歸屬的吸收特征,只能籠統地標注為“未知物質”或歸因于氣溶膠。如果冥王星和土衛六上的這個神秘分子能被最終確認,那么它就有可能成為一把新鑰匙,用來打開那些遙遠世界大氣成分的密鎖。
現在,那臺飄蕩在150萬公里外的韋布望遠鏡還在靜靜地收集著來自太陽系邊陲的光。冥王星和土衛六繼續各自沿著軌道旋轉,一個在深空里慢慢凍結著陽光,一個在土星環的映襯下吞吐著甲烷的云層。那道5.11微米的缺口就這樣懸掛在兩個世界的光譜之上,像一個還沒被翻譯成人類語言的單詞。它正在等著某一天,有人在實驗室里親手合成出那個分子,然后對著光譜圖輕輕說一句:“原來是你啊。”
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