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寻找火星生命痕迹

2015-01-16 11:03 作者:苗千来源:三联生活周刊 2015年第3期
火星是太阳系中除了地球之外,人类最感兴趣的行星,它的环境曾经与地球非常相似。

“好奇号”火星探测器(Curiosity Mars Rover)在2012年8月6日以有惊无险的复杂过程登陆火星,之后一直在火星表面忠实地进行着探测工作。如今,它正在向地球发回越来越多的探测信息,人类也正在为它在火星上做出的每一个发现而兴奋不已。在美国航空航天局(NASA),有将近500位科学家操纵着“好奇号”携带的10个科学探测仪器,对火星进行各种探测,为将来人类登陆火星做前期准备,而“好奇号”还有一个重要的职责,就是寻找火星上可能存在的生命痕迹,正是因为如此,它在火星表面做出的每一个发现都会引发人类无限的遐想。

“好奇号”火星探测器在火星上的自拍照

“好奇号”火星探测器在火星上的自拍照

在大约38亿年前,地球上首先衍生出了生命现象,而根据行星科学家的推测,当时火星的自然环境应该与地球情况接近,有较为致密和温暖的大气层,存在有机物,有大量的液态水,还曾经在火星表面形成过河流和湖泊。那么,是否与地球的情况类似,在当时的火星上也衍生出了生命现象?虽然后来火星大部分的水资源都流失,逐渐变成了一颗干涸的红色星球,但是如果火星上曾经存在生命,也许它们当时留下的痕迹现在仍然保留着。

正是因为人们还抱着这样的希望,所以“好奇号”的最新发现迅速吸引了全世界的关注。2014年12月16日,美国航空航天局喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory)的科学家在《自然》(Science)杂志以快报的形式发表了文章《在盖尔火山口的火星甲烷探测与变化性》(Mars Methane Detection and Variabiliy at Gale Crater),汇报“好奇号”在火星上的盖尔火山口附近进行空气探测的最新结果。在超过20个月的探测时间里,“好奇号”通过它自身携带的火星样品分析实验室(Sample Analysis on Mars)对火星大气层的成分进行分析,发现了其中有极小部分的甲烷存在。

甲烷在地球上并不是一种受人们欢迎的气体,它是一种远比二氧化碳效果更明显的温室效应气体。地球上超过90%的甲烷都是由生物排放的,动物在消化食物时可能就会产生甲烷。探测显示在火星大气中的甲烷含量极低,只有不到十亿分之一,而“好奇号”在两个月的探测中,就有四次探测到火星大气中的甲烷含量忽然上升到平时含量的10倍以上,然后又迅速降低。

这个发现让人类陷入了无限的猜测之中,是否在火星的表面,岩石下,或是更深的土壤里,还有着某种生物,就是这些火星生命释放的甲烷正好被“好奇号”捕获?答案远没有这么简单。有很多种方式可能使火星大气中的甲烷含量忽然增多,在火星地下的地质运动就可能忽然释放出一定的甲烷,另外紫外线照射在一些化学物质上也有可能产生出甲烷。在盖尔火山口的甲烷含量忽然提高10倍以上又忽然下降,说明释放甲烷的源头一定是在“好奇号”附近,但是并不一定是由火星生命所释放的。

不仅如此,“好奇号”在火星表面一个曾经是湖底的区域进行钻探,提取了一些湖底的沉积物进行分析,通过火星样品分析实验室,首次在火星的土壤里确认发现了有机物。虽然这些有机物同样可能是由非生命的过程所形成,比如是由湖水和水中的物质相互作用所产生,或是由其他天体运送到火星的表面,发现这些有机物的存在也不能证明火星生命的存在,但是毫无疑问,有机物是构建地球所有生命形式最基本的材料,如果火星生命(曾经存在的话)与地球生命的形式类似,它们也有可能留下一些有机物的痕迹,这些有机物的发现大大增加了人们发现火星生命痕迹的希望。

这样的探测结果,让人们热情高涨,但遗憾的是,凭借“好奇号”所携带的科学仪器,它并不大可能分辨出火星生命的迹象,也很难分辨出火星上可能存在的微生物化石。毕竟它的主要科学任务是探寻火星生命曾经存在的迹象,而不是发现现存的生命,而且它还要攀登在盖尔火山口内部一个陡峭的5000米高的山峰,探索火星地质活动的历史,这都需要大量的时间和能量。“好奇号”所携带的火星样品分析实验室,在分析样品时,需要把样品加热到1700摄氏度,使之气化,然后分析其中的成分,但是这个过程有可能使样品的各种成分在极高的温度条件下发生化学反应,产生出本来并不存在于火星表面的物质,有些物质甚至有可能是“好奇号”自己带到火星表面的,因此,在地球上的科学家们只能利用一个和“好奇号”相似的实验室尽量模拟在火星上的实验,分析实验的过程。要想通过“好奇号”找到火星生命曾经存在的证据,更值得信赖的方法是分析在火星上一些物质中同位素的含量。

很多元素都存在多种稳定的同位素,它们对于元素的质量有影响,也有可能影响物质的物理和化学变化,例如水在蒸发时,更有可能是携带着更轻的氧原子的水分子蒸发变成水蒸气,而携带有更重的氧原子同位素的水分子则更可能仍然保持着液体的状态。碳13原子的质量比它的同位素碳12原子的质量高出8.3%,这使得碳12原子更活泼,更容易发生化学反应。因此,生物体内的碳元素具有更高比例的碳12原子。正是因为如此,如果“好奇号”有足够的时间和能量,可以排出大量的二氧化碳,逐渐收集火星大气中的甲烷气体,然后分析甲烷气体中的碳12和碳13原子的比例,就有可能确定火星大气中的甲烷,究竟可能是由非生命过程产生的,或是由生命过程所产生的。

人类探索火星的手段会越来越丰富。美国航空航天局正在研制下一代的火星车——“好奇号”的升级版MARS 2020探测器,它将装备一个更加灵敏的SHERLOC紫外线探测器(与夏洛克·福尔摩斯同音),必将能够提供更精确的火星探测数据。人类是如此期待可以在火星上发现生命曾经存在的痕迹,这将对人类理解地球上的生命起源有很大的帮助。生命的出现究竟是一定条件下的必然情况,还是纯粹的好运气?火星如果曾经存在和地球类似的生命现象,那么地球生命和火星生命是否出自同一个起源?或是各自独立产生的?火星生命的进化过程又是怎么样的?这些问题对于人类都至关重要,因此人类急切需要更多的样本进行研究。实际上,在太阳系内,火星并不是除了地球以外最有可能存在生命的天体,木星与土星的某些卫星,都有可能在表面下储藏着大量的液态水,并且在其附近有稳定的热量来源,在那里同样有可能蕴藏着生命现象。

(本文写作参考了《科学》杂志和美国航空航天局网站的报道)

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