從火星生命到火星殖民:那些希望與擔憂
2017年12月18日07:46

  據國外媒體報導,就在今年九月份,美國科技巨富埃隆・馬斯克正式宣佈了他殖民火星的宏偉計劃。他表示,到2024年,他旗下的SpaceX公司計劃使用巨型火箭將人類宇航員送上火星表面,並且表示從2018年就將開始建造這種超級火箭。

  當然馬斯克的這番說法在很多人看來顯得很不靠譜,簡直就像是科幻小說一樣。但不管怎麼說,他的這種設想確確實實反映了我們長久以來的一個疑問,那就是火星真的能夠支援生命生存嗎?或者說,火星上曾經有過生命存在嗎?

好奇號火星車,自從2012年8月份著陸火星以來,這輛火星車一直在盡職盡責的搜尋者火星潛在宜居環境的證據
好奇號火星車,自從2012年8月份著陸火星以來,這輛火星車一直在盡職盡責的搜尋者火星潛在宜居環境的證據

  火星上存在生命嗎?

  1976年,美國宇航局的“海盜1號”和“海盜2號”飛船成功降落火星,當時它們的主要任務便是要回答有關火星上有無生命,或者至少有沒有適合生命生存的環境條件的問題。探測的結果是,兩艘著陸器並未在火星地表找到任何與生命有關的線索,但是在軌道上飛行的兩艘“海盜”號軌道器卻在拍攝的圖像中發現了火星上曾經存在過大量液態水的證據――火星表面存在大量彎彎曲曲的乾涸的溝槽,非常類似地球上的河道。美國宇航局埃姆斯研究中心的研究科學家阿方索・達維拉(Alfonso Davila)指出:“如果你假定生命的生存只需要液態水的話,那麼這就是在火星上過去可能曾經擁有生命生存環境條件的第一個證據。”

  更多的後續探測任務開始勾勒出一張更加清晰的關於火星潛在宜居環境的畫像。比如說,在2000年代初,美國宇航局的火星漫遊車勇氣號以及機遇號發現了只能在液態水存在的條件下產生的沉積物和一些特殊礦物成分。而在更近的時間,2012年8月份登陸火星,目前正在火星考察的好奇號火星車在靠近火星赤道附近的蓋爾隕坑內探測到簡單的有機化合物成分。

  儘管有越來越多的證據表明這顆紅色星球在很久之前可能曾經存在生命,但探測結果同時也表明,今天的火星已經是一個荒涼乾涸的死亡星球。由於缺乏較為厚重的大氣層,也缺乏全球性磁場的保護,火星表面每時每刻都直接暴露在有害的紫外線和殺傷性劇烈的宇宙射線轟擊下。這些特徵,再加上火星表面的低溫低壓環境,在英國開放大學行星科學高級講席教授馬內什・佩特爾(Manish Patel)教授看來,“讓火星環境非常不利於生命的生存”。

  然而,科學家們後來發現,火星上或許仍然存在適宜生命存在的局部環境。儘管這樣的機會很小,但它們對於未來火星探測任務具有重要的指導意義,並且,當然,對於未來人類的殖民計劃也意義重大。

紅色星球的危險。人類一直在夢想著殖民火星的那天,但是在那之前我們必須考慮清楚如何應對火星上嚴酷的自然環境。宇航服可以隔絕低壓和缺氧問題,但是強烈的輻射仍然會帶來嚴重的威脅
紅色星球的危險。人類一直在夢想著殖民火星的那天,但是在那之前我們必須考慮清楚如何應對火星上嚴酷的自然環境。宇航服可以隔絕低壓和缺氧問題,但是強烈的輻射仍然會帶來嚴重的威脅

  水的證據

  火星上水的痕跡仍然是暗示火星曾經擁有宜居環境的最佳證據之一。好奇號採集的數據表明在數十億年前火星上可能曾經存在大量液態水體。科學家對此的分析認為當時的火星可能擁有適宜生命存在的條件:相對中性的pH值,較低的鹽度,以及構成生命的必要元素物質,包括碳,氧,氫,硫,氮和磷等。

  好奇號還在火星上探測到簡單有機化合物成分,包括甲烷,氯苯,並且似乎還檢測到具有較長分子鏈的脂肪酸成分。在地球上,所有這些成分的產生都與生命活動有關。佩特爾表示:“一個共識是,火星在久遠的過去曾經擁有很多水分,那時候生命可能存在於那裡並不斷繁衍生長。”

  然而,今天我們唯一在火星上確認的水體是以水冰的形式存在的,主要集中在火星的南北兩極地區,當然最近也有一些線索表明在火星靠近赤道的某些局部地區地下也同樣存在水冰。但是,至少是我們目前所瞭解的生命形式,它們的生存是需要依賴於液態水的存在的。

  在2000年,科學家們在火星上發現一類小規模的溝渠(gullies),這些小溝渠似乎與地球上流動的水體侵蝕出的溝槽很相似。火星全球勘測者(MGS)拍攝的圖像顯示這些小溝槽存在於一些撞擊坑和穀地的邊緣。分析認為這些溝槽的形成年代相對比較年輕,因為它們附近並沒有大量撞擊坑,沙丘或者其他明顯的地質活動跡象。

  這些圖像都暗示火星上過去可能曾經存在流動的液態水,甚至到今天都有可能存在於地表。幾年後,隨著更多證據的出現,美國宇航局召開了一次發佈會,宣佈火星上一類被稱作所謂“季節性斜坡紋線”(RSL)極有可能暗示火星上今天仍然存在高鹽度的液態水體,因為這種暗色條紋似乎只會在溫暖的夏季出現。不過,有關這種神秘條紋的成因,後來也出現了不同的看法,認為其形成與水體沒有任何關聯。

此前,科學家們宣佈火星上一類被稱作所謂“季節性斜坡紋線”(RSL)極有可能暗示火星上今天仍然存在高鹽度的液態水體,因為這種暗色條紋似乎只會在溫暖的夏季出現。不過,有關這種神秘條紋的成因,後來也出現了不同的看法,認為其形成與水體沒有任何關聯
此前,科學家們宣佈火星上一類被稱作所謂“季節性斜坡紋線”(RSL)極有可能暗示火星上今天仍然存在高鹽度的液態水體,因為這種暗色條紋似乎只會在溫暖的夏季出現。不過,有關這種神秘條紋的成因,後來也出現了不同的看法,認為其形成與水體沒有任何關聯

  高鹽度水體

  關於今天的火星上可能仍然存在液態水的想法至少有一點是合理的。那就是火星地表發現了大量的高氯酸鹽。高氯酸鹽的存在會降低水的冰點和蒸發率,從而允許液態水在火星這樣的低溫低壓環境下存在。另外,在地球上,高氯酸鹽還能充當一些微生物的能量來源。

  英國愛丁堡大學的天體生物學博士生詹妮弗・瓦德沃斯(Jennifer Wadsworth)表示:“人們對於這個消息感到非常興奮,因為他們會想,有些細菌能夠借助高氯酸鹽進行新陳代謝,那就意味著或許這些地方可以被選作未來進一步考察的目的地。”她說:“於是我們便想,那好,我們就來專門測試一下,看看細菌能夠真的依賴高氯酸鹽物質,在火星的嚴酷環境中生存下來。”

  實驗的結果是,當加入火星環境中的那種高通量紫外線照射,這些高氯酸鹽實際上將變得非常致命。當瓦德沃斯和同事們將地球土壤中常見的枯草芽胞杆菌暴露在高氯酸鹽環境下,並加入高劑量紫外線輻照,以便模擬火星表面環境時,卻發現這些細菌在短短幾分鍾內便全部死亡。

  瓦德沃斯表示:“高氯酸鹽到處都存在,而根據模型,紫外線輻射一般難以穿透火星地表幾米厚的土層。因此,這就表明火星表土層下方幾米深度內的範圍實際上是不適合生命生存的。”不過,瓦德沃斯也同時謹慎地指出,這項研究並不能排除一種可能性,那就是或許存在某種極端生物,它能夠忍受這種環境,也或許在更加深層的土層下,可能隱藏有火星微生物。

  在更深的地下,紫外線和離子輻射強度都大大下降,而壓強和溫度卻逐漸回升。佩特爾表示:“抵達一定深度後你會發現所有對生命有害的東西都被阻擋在外了,而溫度和壓強條件也逐漸上升到對生命較為友好的程度。這就暗示,如果我們想要尋找火星上的生命,那我們最好去火星地下深處找找看,因為那裡遠離各種危險的氧化物和環境影響。”

英國開放大學的火星環境模擬艙,其內部可以模擬火星表面的強輻射,低溫低壓等環境條件
英國開放大學的火星環境模擬艙,其內部可以模擬火星表面的強輻射,低溫低壓等環境條件

  排除汙染

  當然,確認火星上存在生命的最可靠證據便是直接在火星上採集到活的,或者曾經存在過的生命的樣本。歐洲正在開發一款稱作“ExoMars”的火星車,計劃在2020年登陸火星。這輛火星車上將裝備有鑽頭,能夠鑽探深度超過兩米的土層並提取樣本開展分析,這一深度超過了以往任何火星探測器的取樣深度。這輛火星車的內部還專門裝備有自動檢測設備,能夠對獲取的土壤樣本進行細緻分析。另外一方面,美國宇航局也在籌劃名為“火星2020”的火星車項目,這輛火星車計劃在火星上進行取樣並封裝,等待後續探測器將這些樣本送回地球。

  當我們對於這顆星球上究竟有沒有生命,有什麼樣的生命都還一無所知,人類宇航員如果抵達火星,我們將難以預料究竟會遭遇什麼樣的情況。佩特爾問道:“你該如何去搜尋一種你根本不知道的東西?而這正是我們目前所面對的問題。我們所能做的就是去尋找我們所瞭解的東西,但即便是這樣,要想弄清各方面的信息也是異常困難的。”

  但是,要想直接探測火星上的生命還有一個問題必須予以嚴肅考慮,那就是你必須小心排除汙染問題。或者說,你必須弄清楚,有沒有可能從地球上有少量微生物搭乘飛船抵達了火星?儘管將這種風險完全消除是難以做到的,但科學家們仍然可以採取各種措施儘可能將其降到最低。比如說好奇號火星車便被禁止前往前文中所提到的疑似含有鹹水的“季節性斜坡紋線”(RSL)區域進行考察,原因就是好奇號火星車沒有經過完全的消毒,不能完全排除帶有地球微生物的可能性。

  美國宇航局行星防護辦公室主任卡西・康利(Cassie Conley)表示:“要想在發射前對飛船進行徹底的清潔消毒,100%消除任何來自地球的微生物,從而能夠在一旦在火星上發現微生物時能夠很快查明是火星本地來源還是地球殘餘來源,這一點實際上是極難做到的。”未來發射的火星車將經曆更加嚴格的消毒措施,隨後才會進行發射。包括在探測器表面塗抹消毒劑,對耐高溫部件進行高溫烘烤消毒,並使用高靈敏度生物檢測儀檢測有無任何微生物的存在。

  研究人員還必須設法確保計劃在2030年代登陸火星的地球宇航員們不會對這顆星球造成汙染――這個任務更加艱巨,因為絕大部分用於飛船消毒的措施是不能應用在人身上的。卡西表示:“我們能夠有把握地知道有多少汙染物被探測器攜帶並送上了火星,因為我們能夠比較精確地測量出來並且這個數量不會增加。但是一旦人類開始踏足火星,人體會攜帶大量微生物同行。”

  對宇航員體內的微生物情況進行檢測對於保證宇航員的安全同樣很重要。在今年年初進行的一項研究中,一名參與行星保護項目的美國宇航局高級研究科學家和同事們發現,當4個人在一個模擬國際空間站的封閉空間內達到30天后,他們生活的環境中某些真菌――包括那些與過敏和哮喘有關聯的真菌的數量出現了上升趨勢。而在另一項近期進行的研究中,研究人員報告稱,在容納6名乘員達到520天的生活之後,一個封閉式的模擬飛船艙室內的細菌環境出現了明顯改變。但是在所有這些案例中,使用消毒劑都能夠非常顯著地將細菌群落控製在可控範圍內,這一結果凸顯了在太空中必須遵循消毒規範的重要性。

  當然,反過來,防止任何來自火星的微生物搭乘從火星出發返回地球的飛船,反過來抵達地球也是另外一個應當注意的問題。科學家和政策製定者們希望確保由探測器或者宇航員從火星取回的樣品不會在無意中將火星的微生物帶到地球上並對地球上的本地微生物造成威脅。這種“從火星到地球”的潛在生物汙染形式對於我們的公共衛生和入侵物種控製構成了新的複雜挑戰。(晨風)

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