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發現水就等於發現生命?了解液態水對於生命的重要性

今年四月底在維也納的一次會議上,科學家們認為歐羅巴(Europa, 木衛二)可能有地下的液態海洋,因此提出建議,希望美國國家航太總署(NASA)與歐洲太空總署(ESA)能在歐羅巴的登陸任務上進行合作。

歐羅巴

  但令人困惑的是:為甚麼每次科學家發現水就那麼興奮呢?到底「水」在生命形成的過程中,占有多麼重要的地位?今天就要來跟大家一一說明:



圖一、歐羅巴的冰下海洋想像圖



良好的溶劑



  首先,水是良好的「溶劑」,能帶動養分、廢物在生物體內快速移動,使物質不會堆積在同一處,就像醫生告訴大家要多喝水便能促進新陳代謝的意思。而生物體內幾乎所有的反應都是在有水份的環境下進行,諸如各種合成與分解反應等等,也是因為反應物溶解在水中能促進化學反應發生。



擁有高比熱



圖二、液態水模擬圖,其中藍色虛線表示氫鍵



  第二,水的「氫鍵」使其擁有在液體中僅次於氨的高比熱,也就是說具有良好的溫度調節能力,能夠降低生物體在溫度變率大的極端環境中所受到的影響。將一公斤的水從0℃加熱至完全蒸發,所需的熱量約為639大卡,差不多是吃三碗白飯所攝取到的熱量,比起其他化合物又高了許多。

  因此,就像在醫院打針前擦上酒精時感覺到冰冰涼涼的,水的蒸發也能迅速地帶走大量生物體多餘的熱量!



組成簡單



圖三、水分子的二維組成結構



   水(H2O)是由氫(H)與氧(O)所組成,在宇宙中分別為排名第一及第三豐富的元素。其構造簡單且易於形成,使得尋找水的任務比起其他溶劑容易許多。



表面張力



圖四、水的表面張力



  在20℃時,水(73mN/m)具有僅次於汞(476mN/m)的高表面張力,這使得浮在水面上的有機物質較容易彼此聚集在一起,對生面的演化有其一定的影響力。

  總的來說,科學家並不是盲目的追求長得像地球的環境,而為了使行星帶有液態水的可能性增加,必須與他的母恆星保持適當的距離,我們稱之為「適居帶」。



圖五、不同恆星系的適居帶比較圖



  然而適居帶又因其母恆星的大小、年齡、溫度等因素而有所改變,並非每一個恆星系的適居帶皆相同。其中,Kepler-452b行星被稱為是迄今為止發現最像地球的行星,到底人類有沒有機會在外星球上發現生命體呢?真是讓人期待呢!



 



 



圖源:

封面圖、歐羅巴

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia00502_crop.jpg

圖一、歐羅巴的冰下海洋想像圖

https://spaceplace.nasa.gov/europa/en/

圖二、液態水模擬圖,其中藍色虛線表示氫鍵

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_water_hydrogen_bond.png

圖三、水分子的二維組成結構

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:H2O_2D_labelled.svg

圖四、水的表面張力

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006-01-15_coin_on_water.jpg

圖五、不同恆星系的適居帶比較圖https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/452b_system_comparison.jpg



參考資料:

泛科學《Kepler-452b真的是「地球2.0」?》

http://pansci.asia/archives/82294

泛科學《奇怪耶你,找外星生命一定要先找水嗎?》http://pansci.asia/archives/72564

維基百科-表面張力https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%A0%E5%8A%9B

Space News〈Scientists want NASA and ESA to work together on a Europa lander mission〉

http://spacenews.com/scientists-want-nasa-and-esa-to-work-together-on-a-europa-lander-mission/

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