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李会超:NASA的新发现令人兴奋,但还不足以证实火星存在生命

2018-06-13 14:37:34来源:

原标题:李会超:NASA的新发现令人兴奋,但还不足以证实火星存在生命

  在侦探小说中,对于扑朔迷离的奇案,精明的侦探们往往能够根据与罪案相关的蛛丝马迹,找到破案的线索,最终揭开案件的谜团。每一条线索虽然不能直接告诉侦探犯罪的过程是怎样发生的,也不能立即确定罪犯到底是谁,但将种种线索背后的信息联系到一起后,就能展示案件背后的大图景。今天,研究火星生命的科学家们正像那些侦探一样,利用在火星工作的探测器传回的科学数据,寻找生命曾经或现在在火星存在的线索,希望最终能够理解生命在火星产生和存在的过程。

自人类能够向火星发射探测器以来,对火星生命迹象的探测主要集中在水的存在、土壤和岩石中有机物等生命迹象的存在和大气中甲烷等生物标记的存在这三个方面展开。对于水的存在,勇气号、机遇号和好奇号火星车及火星全球勘察者等环绕火星的探测器已经找到了许多有力的证据。

(现今火星的环境并不适合生物体生存,人们早已经知道想象中的火星人是不存在的。)

6月8日,NASA宣布好奇号在火星土壤中发现了有机物分子,在大气中发现了甲烷气体含量的季节性波动,为火星生命探测的后两个方面增添了新的进展。有关研究论文已经在《科学》杂志上发表。本次的两个发现都不能直接证明火星现在或从前存在生物体,但这些发现一方面为科学家们增加了新的研究素材,另一方面也为未来的火星探测任务指明了进一步探测的重点和方向。

撞击坑中的有机物

对于地球上所有已知的生物,含有碳、氢、氧等元素的有机物是构成生命体的基本化学单元。因此,如果火星上存在有机物,则意味着火星上可能存在有适合生命产生的条件。早在上世纪七十年代,维京1号和维京2号火星着陆器就进行了有机物的搜寻,但却并没有发现有机物存在的迹象。进入21世纪后,对维京探测数据的深入研究发现,火星物质样本在维京号仪器中进行分析的过程中,其本身发生的化学反应有可能使有机物分解。因此,维京号的探测结果并不能否定火星上有机物存在的可能。2013年,好奇号火星车探测器利用其安装的火星样品分析仪(SAM),在耶洛奈夫湾采集的岩石样品发现了有机物。然而,当时使用的分析方法还不足以厘清有机物到底是在样品中原始存在,还是产生于仪器分析过程中的化学反应。

于是,在随后的两年中,科学家们将好奇号移动到了位于盖尔撞击坑中心的夏普山附近,对四个探测点沉积岩进行了取样。一般认为,这里的沉积岩由35亿年前古湖泊底部的淤泥沉积而成。在此次探测中,SAM分析仪将样品加热到了500摄氏度以上。这样的温度已经足够排除在分析过程中产生的有机物。经过仔细分析,科学家们确认了此次采集的样品中噻吩(CH4H4S)和 二甲基硫醚(C2H6S)等有机物分子的存在,其丰度达到了10ppm,比之前探测到的有机物分度高出了100倍。这样的有机物丰度与30亿年前地球上的有机物丰度基本相当,可能意味着当时火星和地球上正在发生一些相似的生物过程。

(好奇号在夏普山附近工作时的场景)

此前,好奇号曾经在盖尔撞击坑中发现了液态水存在的证据,本次有机物的发现增加了盖尔撞击坑曾是火星生命温床的可能性。然而,有机物的发现并不能直接证实生命在火星的存在。除了生命体本身,地质现象和陨石都可能带来有机物,而目前的探测尚不能搞清有机物的来源。此外,科学家们也无法确定,在三十多亿年的漫长时间中,这些有机物发生了怎样的变化。

随季节变化的甲烷

许多微生物活动都会释放甲烷。例如,甲烷是沼气的主要成分。在农业生产中利用粪便、秸秆和杂草发酵产生沼气,依靠的就是一些细菌释放甲烷的代谢过程。2003年,ESA的火星快车首次探测到了甲烷在火星全球的广泛分布。据计算,由于甲烷在火星大气中并不能长期稳定存在,火星上每年必须通过某些过程产生270吨的甲烷,才能维持火星大气中的甲烷浓度,而火星上现在或曾经存在的微生物则被认为是甲烷的可能来源之一。

在本次公布的发现中,好奇号上的SAM仪器探测到了火星大气中甲烷含量随季节的稳定变化。在一个火星年(约等于两个地球年)中,甲烷的含量在火星北半球的夏季达到最高,一年中的最高值大致是最低值的两到三倍。科学家们推测,在火星的地表之下存在着丰富的甲烷储藏,温度的增高会使这些甲烷释放到火星大气中的速度加快,因此才形成了这种季节性的变化。虽然甲烷的季节变化是现在探测到的现象,但地下的甲烷储藏究竟产生于什么时间还不能确定。这些甲烷储藏既可能在远古时代就已经产生,随着时间的推移而逐渐释放,也可能产生于近期甚至现在。

(火星上甲烷含量随季节变化的探测数据(标颜色的点)和拟合曲线(黑色实线))

由于微生物发酵产生甲烷的过程并不需要氧气,产甲烷细菌可以生活在火星的地下,成为甲烷地下储藏的产生者。然而,除了生物过程外,温度较高的水和某些岩石的化学反应也能够产生甲烷。和有机物的发现一样,甲烷季节性变化的发现也只提供了火星生命探测的线索,无法直接证实火星上生命的存在。

谜题还待未来解开

虽然本次公布的两个发现都不能直接证实火星上生命的存在,但它们为未来火星的进一步探测指出了更明确的方向。

今年4月刚刚在火星附近完成了轨道调整的“气体追踪轨道器”,将对火星上甲烷的全球分布进行比较精细的探测。一旦发现甲烷释放量较多的区域,就可以将此处定为2020年发射的ExoMars火星车的潜在探测点。ExoMars火星车上装备的仪器可以对甲烷中的碳元素同位素进行探测。由于生物过程和非生物过程产生甲烷时,甲烷中碳13同位素的含量存在差异,因此通过对甲烷碳13丰度的探测,就可以更确切的确定甲烷的来源,进而直接回答甲烷是否是由生物体产生这一问题。 本次对有机物的发现使科学家们对火星有机物的进一步探测更加具有信心。而发现有机物的远古湖床,也有望成为ExoMars火星车进一步开展有机物探测的目标区域。

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