论文标题：Searching for Habitable Conditions in the Solar System: Issues and Challenges from the Planetary Protection Perspective

论文链接：https://www.mdpi.com/2076-3263/16/6/238

期刊名：Geosciences

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geosciences

本文发表于Geosciences期刊“Planetary Science and Astrobiology”栏目，15周年特刊《太阳系的世界：行星和卫星的地质演化与宜居性》。

作者简介

Athena Coustenis，欧洲科学院院士，欧洲科学基金会空间科学委员会主席；COSPAR行星保护专家组主席；ESA载人航天与探索科学咨询委员会（HESAC）主席；以及法国国家空间研究中心（CNES）空间研究与探索评估委员会（CERES）主席。目前为法国国家科学研究中心（CNRS）特级研究主任、天体物理学家，研究兴趣聚焦行星大气与表面，重点关注太阳系外缘天体，尤其是土卫六（Titan）、土卫二（Enceladus）等冰卫星，以及木卫三（Ganymede）、木卫二（Europa）等具有高天体生物学潜力的天体。

文章导读

太阳系中是否存在宜居环境？生命是否可能存在于地球之外？这是空间探索最核心的科学目标之一。本文作者Athena Coustenis在最新综述文章中，从行星保护的视角系统梳理了太阳系宜居条件探索的现状、挑战与未来方向。

文章指出，随着对金星、火星、冰卫星等天体的深入研究，宜居环境的定义正在被重新书写：它不再局限于恒星周围的“传统宜居带”，而是扩展到木星和土星冰卫星的地下海洋。并重点强调了行星保护是空间探索不可或缺的一环，防止地球生物污染其他天体、也防止外星物质危害地球。

银河系中的宜居带，宜居条件可能延伸至雪线之外的行星和卫星——在那里，液态水可能存在于行星和卫星内部。（图片来源：Neal Powell，伦敦帝国理工学院）

文章概要

1. 宜居带概念的演变

传统宜居带指恒星周围能够维持行星表面液态水的区域。然而，伽利略号和卡西尼号等任务发现，木卫二、木卫三、土卫六、土卫二等外太阳系卫星的冰壳之下可能存在液态海洋。因此，即使位于传统宜居带之外，天体内部仍可能具备液态水、能量和有机物等生命所需条件。宜居性的研究由此从“表面环境”进一步扩展到“地下海洋和内部环境”。

2. 内太阳系：金星、火星与小天体

金星经历了失控温室效应，表面温度约460°C，大气压约为地球的90倍，是太阳系中最严酷的环境之一。但最近研究提出，金星中层和低层云中紫外线衰减、可见光充足，可能对光合作用有利；不过COSPAR行星保护评估认为，云层中极低的水活度和高酸度仍是已知地球生命难以逾越的硬限制。

火星曾是重点探索目标。约35亿年前，火星可能拥有浓厚大气和表面液态水。但由于低重力、全球磁场缺失以及太阳风剥离，火星逐渐失去大气，如今表面平均气压仅约7毫巴，平均温度约-60°C。好奇号、毅力号、MAVEN、ExoMars TGO等任务正在重建火星的气候演化史。甲烷的间歇性探测与TGO未探测到甲烷之间的矛盾，仍是一个未解之谜。（好奇号和火星快车号曾报道火星大气中间歇性存在甲烷，但 ExoMars TGO 却未能在上层大气中探测到甲烷，给出的全球上限约 0.05 ppbv，3 公里高度处低至 0.012 ppbv，比此前报道低 10 到 100 倍。这个矛盾可能说明甲烷来源是局部的、被快速破坏，或者测量灵敏度和大气化学模型仍有局限。）

小天体如小行星和彗星，虽目前不被视为宜居世界，但由于可能通过撞击向早期地球输送有机物质和水，对泛种论假说具有重要意义。OSIRIS-REx、隼鸟号、Lucy、Psyche等任务正在直接研究这些天体。

3. 外太阳系：冰卫星成为焦点

木星系统中，木卫二被认为拥有与硅酸盐地幔接触的地下海洋，可能支持热液活动；木卫三有自己的磁场和分层内部结构，其海洋可能被高压冰层与岩石核心隔开。NASA的Europa Clipper和ESA的JUICE任务将于2030年代初抵达木星系统，对这两颗卫星进行详细探测。

土星系统中，土卫二通过“虎纹”裂缝喷发水蒸气、有机分子和盐类，卡西尼号探测到分子氢、纳米二氧化硅颗粒和复杂有机大分子，暗示存在高温海底热液活动。土卫六拥有浓厚氮气大气、甲烷-乙烷湖泊和河流、复杂的有机化学，是研究前生命化学的天然实验室。NASA的Dragonfly旋翼飞行器将于2034年抵达土卫六，开展原位探测。

4. 行星保护的演进与挑战

COSPAR行星保护政策将任务分为五类，要求对可能接触宜居环境的任务进行生物清洁、轨迹分析和样品密封。随着对冰卫星认识的深入，COSPAR已更新政策：所有冰卫星默认应被视为潜在宜居环境，探测器向温度高于生命低温极限（-28°C）区域递送单个可存活地球微生物的概率在1000年内应低于10^-4。样品返回任务则须遵循最高级别的隔离要求。

文章特别讨论了火星载人探索带来的新挑战：虽然无人探测器任务和载人任务的行星保护核心目标一致，但人类活动规模、废弃物管理和设备复杂性使污染控制难度大幅增加。

依据最新COSPAR行星保护政策：太阳系天体（包括冰卫星）分类

研究总结

第一，宜居环境的范畴正在从传统宜居带扩展到外太阳系的冰卫星。地下海洋、潮汐加热和有机环境表明，支持生命存在的条件可能比此前想象的更广泛、更多样。

第二，行星保护不是空间探索的障碍，而是其可持续、负责任推进的保障。COSPAR政策是动态框架，随科学发现不断更新，其遵守成本仅占任务总成本的很小一部分。

第三，未来探索需要国际协作、技术创新和跨学科整合。JUICE、Europa Clipper、Dragonfly以及潜在的土卫二样品返回任务，将共同重新定义我们对宜居性、行星多样性和生命支持环境化学演化的理解。

第四，保护地球与保护地外环境同等重要。行星保护不仅关乎科学完整性，更是一项超越国界和学科的普遍伦理责任。