資訊：土衛(wèi)六天然氣能否被利用？火星生命假說面臨新考驗

肖龍

進入現(xiàn)代社會后，天然氣已經(jīng)成為千家萬戶不可或缺的燃料，同時也是天然氣汽車的燃料，可見天然氣已經(jīng)與我們的生活密不可分。

(資料圖片)

我們知道，天然氣是自然形成的不可再生能源，總有用完的一天。那么天然氣是如何產(chǎn)生的？一旦地球上的天然氣被開采完，以后怎么辦？

我們先來了解一下天然氣的成分和來源。天然氣的主要成分是甲烷（CH4），一種有一個碳原子和四個氫原子結合在一起的烷烴化合物。從地下直接開采出來的天然氣中還有少量乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、氮氣和二氧化碳等。而我們家用的天然氣，是純度更高的甲烷氣體。

那么地球上的以甲烷為主的天然氣是如何形成的呢？現(xiàn)代科學研究已經(jīng)證明，地球上絕大部分的天然氣都是微生物在厭氧環(huán)境，和在一定的溫度、壓強下，由復雜的有機物分解生成。在地下深處，天然氣經(jīng)常與石油伴生，我們在開采石油時，也經(jīng)常會有天然氣跟著冒出來。另外一種就是沼氣，也是微生物分解形成的，并且可以通過人工干預加速這種轉化。還有一種是在凍土和海底保存的天然氣水合物，也就是由甲烷和水結合在一起的物質，也稱為“可燃冰”，儲量也很大，是一種有待勘查和開發(fā)的能源。

總的來說，除通過現(xiàn)代工業(yè)方法生產(chǎn)的甲烷外，地球上的絕大部分甲烷，都是來自微生物的分解。

有趣的是，科學家還在其他天體上發(fā)現(xiàn)了甲烷，有的儲量還很大。難到那里也有微生物，真的存在地外生命嗎？

我們首先來看火星。火星生命的探索是全世界關注度最高的，因為火星與地球高度相似，曾經(jīng)有過溫暖潮濕的環(huán)境，適宜生命的形成和繁衍。但是，科學家一直沒有找到任何火星生命的直接證據(jù)。而奇妙的是，火星探測器已經(jīng)在火星的高層大氣和火星表面大氣中，都探測了濃度不等的甲烷氣體成分。而且，甲烷的濃度還在變化之中。

火星大氣中的這些甲烷從何而來？有一種觀點就認為和地球上一樣，是深埋在火星地下的微生物轉化而來。那么，這些微生物在哪里？為什么一直沒有探測到呢？而更多的科學家認為，這些甲烷不需要微生物的參與，而是由有地下深處的巖石和水發(fā)生化學反應生成的。具體來說，是由一種叫橄欖石的礦物與水和二氧化碳反應，形成了甲烷氣體和其他礦物。其中的甲烷被釋放到大氣中，后來被我們的科學儀器探測到。

相比火星，土星的一個衛(wèi)星--土衛(wèi)六泰坦上有大量的甲烷，它有比地球還要濃密的大氣層，成分都是甲烷，而且表面含有大量的甲烷湖泊，甚至可能存在甲烷海洋。其儲量甚至達到地球甲烷儲量的數(shù)百倍。如此巨量的甲烷又是如何形成的呢？

目前普遍的看法是土衛(wèi)六（泰坦）上的甲烷來源比較特殊，可能與地球和火星上甲烷的形成方式都不同，也就是說，土衛(wèi)六上的甲烷既不是生命活動的產(chǎn)物，也不是地質活動形成的，而是從其一開始誕生就存在的。

這說明太陽系的天體一開始就有大量的烷烴物質。科學家認為，在原始星云中含有的大量氫和氦，碳元素很容易與活躍的氫元素結合，形成最簡單的碳氫化合物甲烷。

甲烷在宇宙中是一種相當常見的物質，在那些最終可能形成恒星及其行星、衛(wèi)星系統(tǒng)的星云中是普遍存在的。在星云中，物質的密度其實是非常低的，比人類在地球上制造的真空密度還要低，因此這些元素的原子并沒有太多的機會遇到另一個原子從而形成分子，多數(shù)都是以單原子存在。而在一些附近存在強烈輻射源的星云中，元素甚至以電離的核與自由的電子的形態(tài)存在。盡管密度如此之低，但由于數(shù)量極其巨大，所以總會有一些原子找到了“另一半”，結合成分子。

當恒星點燃后，星際氣體、塵埃等被吹到一定距離外，開始形成行星。甲烷作為吸積盤中重要的物質，在各大行星上應該都有存在，那么為什么泰坦上豐富到形成海洋的地步呢？甲烷在星際氣體以及行星形成后形成的氣體中，屬于較輕氣體，所以在靠近太陽且磁場較弱的行星，以及沒有大氣層的衛(wèi)星上很容易被剝離，跑到外部空間，進入到外太陽系。那里溫度很低，甲烷可以以液態(tài)的形式被穩(wěn)定的保存下來。這就是土衛(wèi)六上甲烷形成的原因。

那么土衛(wèi)六上如此多的甲烷天然氣，能夠被我們人類利用嗎？

就現(xiàn)在的技術來講，要利用土衛(wèi)六上的甲烷難度還是很大的。我們不可能架設一個天然氣管道把那里的甲烷運輸?shù)降厍蛏蟻?。這技術上難以實現(xiàn)，成本也太高。但是，對于未來人類的深空探測也許可以發(fā)揮作用。一是，可以把土衛(wèi)六建成一個“加氣站”，例如我們的探測器可以在駛向更遙遠太空時，在途徑土衛(wèi)六時進行加氣。但問題是，甲烷的燃燒還需要氧氣，而土衛(wèi)六上沒有氧氣，如果要利用那里的甲烷，就要多準備氧氣，而這一點恐怕也是很難做到的。二是科學方面的價值，盡管甲烷本身是最簡單的碳氫化合物，但是那里有可能有大量更為復雜的碳氫化合物，有些對形成大分子有機物，甚至生命非常有利，因此是開展地外生命探索的重要對象之一。

總的來說，甲烷或者天然氣在太陽系內很多天體上都有，它們的形成方式也各有不同。對于像土衛(wèi)六這樣的外太空的天然氣資源，目前還沒有辦法去利用。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：肖龍 中國地質大學（武漢）教授

出品：中國科協(xié)科普部

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