该图示展示了复杂有机分子如何在太阳系原行星盘中形成。紫外线辐射驱动了这些分子的生成，随后它们在盘内迁移。最新研究表明，类似过程同样发生在木星的周围行星盘中；当伽利略卫星形成时，其内部已含有构成生命的部分基础分子。图片版权：西南研究所

　　太阳系的冰质卫星是探索宜居性与生命存在可能性的重要目标。其中，木星的三颗伽利略卫星——木卫二、木卫三和木卫四尤为引人关注。它们的环境条件对潜在宜居性具有重要影响，而化学组成同样关键：若缺乏必要的分子构建单元，生命便难以起源。

　　最新研究表明，复杂有机分子（COM）——即生命形成所必需的关键化学前体——在伽利略卫星形成时期便已存在，并被整合进这些卫星的内部结构中。这一发现提升了其冰下海洋中存在简单生命的可能性。

　　两项新研究提供了相关证据。

　　木星周围行星盘中复杂有机分子的形成与存续，《行星科学杂志》。通讯作者为西南研究所太阳系科学与探索部的奥利维尔穆西斯。

　　另一篇论文题为《复杂有机分子向木星系统的输送》，发表于《英国皇家天文学会月刊》。通讯作者为艾克斯马赛大学、法国国家科学研究中心、法国国家空间研究中心、起源研究所的汤姆库齐努，奥利维耶穆西斯也是该文的合著者。

　　我们知道，生命的存在离不开复杂有机分子（COMs）。实验室实验也表明，某些复杂有机分子可在原行星盘中的微小冰质尘粒表面形成。其能量来源包括来自恒星的紫外辐射或盘内物质运动所产生的热量。一旦这些复杂有机分子在原行星盘中生成，便可能被正在形成的行星所获取。

　　那么，围绕单个行星运行的行星周盘（即环绕行星的物质环状结构）呢？其中是否也能形成相同的复杂有机分子？这些分子能否进入在行星周围原位形成的卫星中？

　　通过将盘演化模型与颗粒输运模型相结合，我们能够精确量化冰质颗粒所经历的辐射和热环境条件。主要作者穆西斯在一份新闻稿中表示，随后，我们将模拟结果直接与在真实天体物理条件下开展的、用于生成复杂有机分子的实验室实验进行了对比。结果表明，复杂有机分子的形成既可能发生在原太阳星云环境中，也可能发生在木星的环行星盘环境中。

　　在他们的研究中，研究人员构建了两个详细的模型。其中一个用于描述原太阳星云的演化过程。原太阳星云与原行星盘略有不同，但二者密切相关，本质上属于更早期的演化阶段。该术语更侧重于表征这一早期物质储库的整体成分及化学环境。

　　他们开发的第二个模型是针对木星及其周行星盘的。周行星盘和原太阳星云都能形成天体，但周行星盘中心没有恒星，因此不具备相同的能量来源，这是一个关键差异。

　　研究人员随后将这两种模型与冰质颗粒在盘状结构中运动的动力学机制相结合。这使他们能够基本重现盘状结构内的环境，以及最终形成木星卫星的物质所经历的物理与化学演化历程。他们的研究聚焦于伽利略卫星——即该气态巨行星的四颗最大的天然卫星：木卫二、木卫三、木卫四和木卫一。

　　木卫二是一个极有可能拥有冰下海洋的天体，该海洋具备潜在的宜居性；木卫三也可能拥有一片被多层冰壳夹在中间的地下海洋。木卫四存在地下海洋的可能性也已获得一定观测支持，但证据强度不及木卫二和木卫三。木卫一地质活动以剧烈火山作用为主，不具备维持生命存在的基本环境条件，无论其形成过程中是否合成了多少有机分子。

　　该团队模拟了多种情景，部分模拟结果表明，原太阳星云中的大量冰质颗粒吸附了复杂有机分子（COMs），并被高效地输运至木星周围行星盘中伽利略卫星形成的区域。在部分情景中，约50%的冰质颗粒将复杂有机分子成功输送至该目标区域。

　　研究人员写道：假设伽利略卫星是在木星周围的低温环行星盘中形成的，那么其内部可能存在的含氮物质，或许源自原太阳星云中复杂有机分子的形成。

　　该图展示了原行星盘在演化约28万年后二维温度分布情况，反映了两种不同粒径的颗粒在两种初始盘温度条件下的运动轨迹。各面板分别呈现了粒径为1厘米和1微米的颗粒在初始盘温度为20K（面板a和b）及80K（面板c和d）时的运动轨迹。三角形表示颗粒的初始位置，叉号表示其最终位置。每个面板右侧方框内突出显示了单个颗粒的详细运动轨迹。作者写道。图片版权：Couzinou等，2026年，《英国皇家天文学会月刊》。

　　但研究结果揭示了一个更为有趣的现象：木星周围行星盘中的热量足以促使复杂有机分子（COMs）形成，从而进一步提高了这些分子抵达卫星形成区域的可能性。因此，根据这项研究，复杂有机分子抵达卫星、并最终进入其地下海洋的路径存在两种不同的来源。

　　总体而言，我们的模拟结果表明，不同尺寸的颗粒在原行星盘演化过程中于不同位置释放后，会经过温度足够高的区域，从而对氨与二氧化碳冰等冰物质进行热处理，进而形成复杂的有机分子。

　　这意味着这些海洋，尤其是木卫二的海洋，不仅可能具备生命存在的条件——液态水、能量来源以及抵御有害辐射的保护，还可能含有构成生命的一些基本化学成分。

　　我们的研究结果表明，木星的卫星并非以化学上原始的状态形成。穆西斯表示，相反，它们可能在诞生之初就吸积或积累了大量复杂有机分子，从而奠定了化学基础，这些分子日后可与其内部的液态水发生相互作用。

　　为有机分子（COMs）的形成与输送建立可信的路径，可为科学家解读木星表面及次表层化学成分的后续观测数据提供关键框架。穆西斯表示，通过将实验室化学、原行星盘物理及颗粒输运模型相结合，我们的工作有助于揭示宜居条件如何植根于行星形成的最初阶段。

　　此类研究十分重要，因为目前有两项任务正在前往木星卫星开展探测：NASA的欧罗巴快船和ESA的木星冰卫星探测器。这些任务将揭示有关这些卫星的成分与结构的关键信息。类似的研究可为理解这些任务的探测结果提供重要背景。

　　为有机分子（COMs）的形成与输送建立可信的路径，可为科学家解读木星表面及次表层化学成分的后续观测数据提供关键框架。穆西斯表示，通过将实验室化学、原行星盘物理及颗粒输运模型相结合，我们的研究有助于揭示宜居条件如何根植于行星形成的最早阶段。

　　相关知识

　　木卫二是木星的第四大卫星，表面被厚厚的冰层覆盖，冰下可能存在全球性液态海洋，是太阳系中最有可能存在地外生命的地方之一。其冰壳上分布着大量裂缝和条纹，暗示内部存在地质活动。科学家推测潮汐加热作用为地下海洋提供了热量，维持了液态水环境。探测器已观测到水蒸气喷流现象，进一步支持其潜在宜居性。

　　编辑：陈方

　　一审：李慧

　　二审：汤世明

　　三审：王超