水是地球生命不可或缺的要素。因此，這種液體也被視為其他星球存在生命的必要條件。數十年來，科學家對外星球宜居性的定義始終基于這一假設。

近日，麻省理工學院的研究人員發現，某些行星的宜居性或許與水幾乎毫無關聯。事實上，在那些水難以存續的星球上，一種完全不同的液體理論上可以支撐生命系統。

通過實驗室研究，科學家發現一種名為離子液體的特殊流體，完全可能由某些巖石行星和衛星表面普遍存在的化學成分形成。離子液體是在約 100 攝氏度以下呈液態的鹽類物質。研究團隊證實，當硫酸與某些含氮有機化合物混合時就會產生這種液體。在巖質行星上，硫酸可能是火山活動的副產品，而含氮化合物已在太陽系多顆小行星和行星上被檢測到，暗示這類物質可能廣泛存在于其他行星系統。

離子液體具有極低的蒸氣壓且不會揮發，它們能在比液態水更嚴苛的高溫低壓環境中穩定存在。研究人員指出，這種流體可以成為某些生物分子的理想載體，例如某些蛋白質能在其中保持結構穩定。

研究人員據此提出，即使在溫度過高或大氣壓過低而無法維持液態水的行星上，仍可能存在離子液體形成的“生命綠洲”。只要有液態環境存在，就可能孕育生命，盡管這類生命體可能與地球水基生物截然不同。

“我們之所以認為水是生命必需品，只是因為地球生命需要它。但如果采用更廣義的定義，生命真正需要的是能支持新陳代謝的液態介質。”該研究負責人、麻省理工學院地球、大氣與行星科學系博士后 Rachana Agrawal 解釋道，“若將離子液體納入考量，所有巖質世界的宜居帶范圍都將大幅擴展。”

研究合著者包括麻省理工學院 1941 屆行星科學教授、地球大氣與行星科學系兼物理系及航空航天系教授 Sara Seager，以及 Iaroslav Iakubivskyi、Weston Buchanan、Ana Glidden 和 Jingcheng Huang。合著者還包括伍斯特理工學院的 Maxwell Seager、卡迪夫大學的 William Bains 和波蘭弗羅茨瓦夫科技大學的 Janusz Petkowski。

從劇毒云層到生命信號

研究團隊對離子液體的探索源于尋找金星生命跡象的努力。這顆被劇毒硫酸云籠罩的行星，其云層中可能潛藏著生命信號，科學家計劃通過即將開展的金星大氣探測任務驗證這一假說。

Agrawal 與領導“拂曉星”（Morning Star Missions）任務的 Seager 原本在研究硫酸的收集與蒸發方法?！胺鲿孕恰比蝿帐且幌盗幸蕴祗w生物學為重點的探測金星的任務，其主要目標是研究金星的云層，以確定它們是否能支持微生物生命，并尋找生命存在的跡象或生命本身。

若探測任務從金星云層采集樣本，必須先蒸發掉硫酸才能分析殘留的有機物是否存在生命跡象。

研究人員使用專門設計的低壓系統進行實驗，測試硫酸與有機化合物甘氨酸混合溶液的蒸發特性。他們發現：每次實驗中，雖然大部分液態硫酸會蒸發，但總會殘留一層頑固的液態膜。團隊很快意識到，硫酸正與甘氨酸發生化學反應——酸中的氫原子轉移至有機化合物，最終形成由鹽類（離子）組成的混合液體。這種離子液體能在極寬的溫度和壓力范圍內保持液態。

這一意外發現催生了革命性猜想：在那些因溫度過高或大氣稀薄而無法存留液態水的行星上，是否可能自然形成離子液體？

“由此我們展開了大膽想象，”Agrawal 解釋道，“地球火山會釋放硫酸，而小行星等天體上已發現有機物。這讓我們思考：外行星上是否可能天然存在離子液體？”

揭開離子液體的形成之謎

在地球上，離子液體主要被人工合成用于工業用途。除此之外，兩種敵對螞蟻的毒液混合可能會產生天然離子液體。

研究團隊開始探索離子液體自然形成的條件及其溫壓范圍。實驗中，他們將硫酸與多種含氮有機化合物混合。Seager 團隊先前研究發現，這些化合物在硫酸中表現出驚人的穩定性?！爸袑W化學告訴我們酸會釋放質子，但有趣的是，我們早前對金星云層主要成分硫酸與含氮化合物的研究發現，氮原子會主動捕獲氫原子。這就像一個人的垃圾是另一個人的寶藏?！?/p>

當硫酸與含氮有機物以 1:1 比例混合時，反應會產生少量離子液體。在新研究中，Seager 與 Agrawal 讓硫酸與 30 多種含氮有機物在不同溫壓條件下反應，隨后觀察蒸發硫酸后各試管中是否形成離子液體。他們還在玄武巖（已知存在于多顆巖質行星表面）上進行了混合實驗。

“離子液體在如此多樣的條件下都能形成，這令我們非常震驚。即使將硫酸與有機物滴在巖石上，多余的硫酸會滲入石縫，但巖石表面仍會殘留離子液滴。無論嘗試何種方法，離子液體總會生成?！盨eager 表示。

實驗證實，這些反應在高達 180 攝氏度的極端低壓環境（遠低于地球大氣壓）中仍能產生離子液體。這表明在液態水無法存續的行星上，只要條件適宜，離子液體仍可能自然形成

“我們設想一顆比地球更炎熱、沒有水資源的行星，在其歷史或現階段存在火山活動產生的硫酸。當這些硫酸流經有機物沉積區時就會形成液態綠洲。”Seager 說道。

她指出，這些液滴可能在行星表面存續數年甚至數千年，理論上可為基于離子液體的簡單生命形式提供生存空間。研究團隊下一步將探索哪些生物分子及生命成分能在離子液體中存活甚至繁衍。

https://news.mit.edu/2025/planets-without-water-could-still-produce-certain-liquids-0811