如果你能把冥王星和土卫六反射的阳光耐心拆解成一道光谱,你会发现一件古怪的事——在5.11微米的红外区域,有一小段色彩莫名其妙地消失了,无论你怎么调整仪器,那个暗色的缺口始终安静地躺在那儿。今年夏天,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)真的捕捉到了这个现象,而且是在两个看上去八竿子打不着的冰冷世界上同时出现的。研究人员说,这个信号很可能来自一种此前从未在太阳系乃至任何系外行星上现过身的未知分子。

对天文学家来说,光就是宇宙的条形码。每一种元素、每一种分子都有自己偏爱的电磁波“指纹”——它们会吞掉特定波长的光,在光谱上留下一道又一道细细的黑线,叫吸收线。比如熟悉的氧气分子,会在230纳米的位置刻下一道鲜明的凹痕。远方的星光穿过行星大气,反射到望远镜里,光谱上那些缺失的颜色就成了科学家辨认远处世界化学成分的密码。韦布望远镜自从升空以来,靠着一双能看穿红外迷雾的眼睛,已经在系外行星大气、远古星系和恒星周围找到了一个又一个化学分子的印记,甚至曾在某颗外星世界上瞥见了一种可能与生命活动有关的分子信号。

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这一次,望远镜把目光投向了太阳系内的两个“异类”——冥王星和土星最大的卫星土卫六。这两个世界一个像被遗忘在太阳系边缘的冰疙瘩,一个却有液体河流和海洋在表面流淌,几乎没有什么地方长得像。可偏偏在它们的光谱深处,研究人员盯上了一段此前几乎没被仔细打量过的波段,发现了一个尖锐的、一模一样的暗痕,稳稳落在5.11微米的位置。

这项研究6月11日上传到了预印本平台,尚未经过同行评议。研究团队仔细翻阅了其他行星光谱的文献,越翻越觉得蹊跷:在已经公开发表的所有数据里,没有任何一个谱带能够对上这个位置的吸收特征。换句话说,冥王星和土卫六身上同时出现了一种理论上应该存在、但现实中谁也没见过的分子痕迹。

为什么说这个发现特别奇怪?因为冥王星和土卫六实在太不像了。土卫六是土星身边一颗胖月亮,个头甚至比水星还大一圈,也是除地球之外唯一一个表面有液体河流、湖泊和海洋的天体,只不过那些“水”换成了液态甲烷和乙烷。而冥王星是矮行星,整个表面被冻得结结实实,体型只有土卫六的一半左右,到太阳的距离更是土卫六的四倍远,终年淹没在幽冷的黑暗里。一个流淌着甲烷的河流,一个封存着古老的冰层,乍看之下,它们共有的化学故事本应到此为止。

但仔细看一眼它们的大气,又会隐隐约约觉得这个谜底也许就藏在空气里。冥王星和土卫六都披着一层以甲烷和氮气为主的稀薄大气。这为它们提供了某种共同的语言,可研究人员核查了甲烷、乙烷、乙烯、氮氧化物等已知分子在红外波段的所有已知吸收线,没有一条能解释那道5.11微米的缺口。也就是说,这道幽灵般的暗线既不是来自甲烷,也不是来自任何我们已经记住条形码的化合物,而是一个全新的、尚未命名的分子正在两个世界的上空悄悄吸收着望远镜发送来的每一个光子。

这听起来可能有点像侦探小说里还没揭开身份的嫌疑人——明明指纹在现场,数据库里却查不到是谁的。对光谱学家来说,每一根吸收线对应的波长就像分子的名字,5.11微米这个位置在实验室里也极少被系统丈量过,因为过去的地面望远镜很难穿透地球大气看清楚这个波段,而更早的太空红外望远镜要么波长覆盖不到,要么灵敏度不够。韦布望远镜的厉害之处,恰恰就在于它能够连续、高精度地拿到这个中红外区间里纤毫毕露的光谱,让过去模糊的空白地带第一次被清晰勾勒出来。

研究人员并没有急着给这个新身份下结论。他们翻遍了已有的数据库,也请出了实验室中各种复杂有机分子在相似条件下的光谱模型做比对,但都无法匹配。他们谨慎地推测,这个未知分子可能是某种含有碳、氮、氢元素的复杂有机化合物,甚至可能跟早期太阳系物质演化有关,但这一切还仅仅停留在推论的层面。唯一确定的是,在目前所有被观测过的太阳系行星、卫星、小行星乃至遥远系外行星的大气光谱里,只有冥王星和土卫六在这同一个波段出现了这根独特的黑线。

这件看似微小的光谱异常,其实打开了一大片我们过去从未真正看清的化学空间。太阳系形成的早期,无数有机分子在冰冷的原始星云中混合、碰撞、重组,最终被封存在行星和卫星的深处或稀薄大气里。冥王星来自太阳系边缘的柯伊伯带,那里保存着大量太阳系诞生之初的原始物质;而土卫六作为土星的卫星,它的化学富集可能来自完全不同的演化路径。两个截然不同的世界却共享了一个从未被发现的化学指纹,这本身就像在暗示,宇宙中制造复杂有机分子的工具箱可能比我们原先想象的更丰富、更普遍。

不过,现在说这个信号一定来自全新的分子还为时尚早。一项科学发现要走的路远比捉住一道暗线要长。目前这份分析还处于预印本阶段,等待着同行评审的仔细审视。之后,其他的研究团队需要用韦布望远镜再次观测冥王星和土卫六,看看这道5.11微米的缺口是不是依然安稳地待在那儿,去排除仪器噪声、数据处理误差或者短暂大气现象的干扰。如果信号被反复确认,下一个要解的谜就是找出这个分子到底是哪一种化合物,在地球上的实验室里能不能重现它的吸收特征。

有意思的是,这样的未知分子或许也能帮助解释其他星球上相似的大气化学谜题。过去,科学家们经常在系外行星的光谱中看到一些无法归属的吸收特征,只能笼统地标注为“未知物质”或归因于气溶胶。如果冥王星和土卫六上的这个神秘分子能被最终确认,那么它就有可能成为一把新钥匙,用来打开那些遥远世界大气成分的密锁。

现在,那台飘荡在150万公里外的韦布望远镜还在静静地收集着来自太阳系边陲的光。冥王星和土卫六继续各自沿着轨道旋转,一个在深空里慢慢冻结着阳光,一个在土星环的映衬下吞吐着甲烷的云层。那道5.11微米的缺口就这样悬挂在两个世界的光谱之上,像一个还没被翻译成人类语言的单词。它正在等着某一天,有人在实验室里亲手合成出那个分子,然后对着光谱图轻轻说一句:“原来是你啊。”