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      探尋火星生命

      2020-05-20 15:08:31林揚挺
      知識就是力量 2020年4期
      關鍵詞:隕石宜居火星

      林揚挺

      19世紀晚期,歐洲天文學家利用當時新研制的望遠鏡,發(fā)現(xiàn)火星表面的線性網狀條紋,并把它們解釋為“運河”,自此“火星人”成為科幻作品的主角;1976年,海盜1號(也稱維京1號)在火星表面拍攝到一張酷似人臉的照片,再次引發(fā)人們對“火星人”的遐想。

      自始至終,生命的探尋一直是火星探測的主要任務。一方面,科學探測的初始結果,基本上否定了火星高級生物的存在;另一方面,不斷深入探測的發(fā)現(xiàn)表明,早期的火星環(huán)境完全滿足生命的需求,甚至現(xiàn)代火星在地表以下的一些區(qū)域,仍存在宜居的環(huán)境。

      生命探尋歷程

      ·火星探測器搜尋生命信息·

      從1960年蘇聯(lián)發(fā)射首顆火星探測器,至2018年美國國家航空航天局(NASA)洞察號在火星著陸,人類共進行了45次火星任務發(fā)射,成功率約50%,包括8次成功著陸。在這8次成功著陸中,除了洞察號任務以探測火星內部結構為主要目標之外,其他了次任務都把火星古環(huán)境探測和搜尋生命信息作為重要目標。為此,這些著陸器或火星車都把著陸點選擇在最有可能發(fā)現(xiàn)生命的區(qū)域,例如古老的撞擊盆地(可能是古湖泊)、古河口、火星南北交界帶(可能是濱海帶)等。

      火星隕石NWA 7034,昵稱“黑美人”(圖片來源/Wiki)

      為了探測生命,海盜1號、2號著陸器專門設計了微生物防護罩,以避免地球的微生物污染火星表面。但即便如此,維京號攜帶的色譜/質譜儀檢測到的有機質,還是被認為來自地球的污染。好奇號火星車的主要任務是探尋火星的古環(huán)境,其著陸區(qū)位于蓋爾隕石坑內。好奇號取得了眾多與生命和古環(huán)境相關的發(fā)現(xiàn),主要包括:火星大氣中甲烷存在的確認;在火星土壤中檢測到含氯有機質;原位分析了火星表面巖石的年齡,并在30多億年的泥巖中分析出2.4%的水含量,以及氫的同位素組成;分析了火星大氣的氣體組成和碳同位素組成;證實蓋爾隕石坑曾經是個古湖泊。

      ·火星隕石提供生命存在證據(jù)·

      探尋火星生命的另一條重要途徑是火星隕石。迄今為止,火星隕石仍是唯一能獲得的火星樣品,它攜帶了火星形成與演化的信息,以及火星古環(huán)境和可能的生命痕跡。目前全球已經收集到約300塊火星隕石樣品,其中5塊是目擊降落的隕石;其他主要發(fā)現(xiàn)于沙漠或南極,屬于發(fā)現(xiàn)型隕石。

      知識鏈接

      目擊降落隕石最大的特點是新鮮,它們是降落后不久即被發(fā)現(xiàn)和收集到的。而在沙漠或南極發(fā)現(xiàn)的隕石,由于降落的年代久遠,受到不同程度的地表風化和污染,這對于火星古環(huán)境和生命的探尋可能產生明顯的影響。

      1815年,第一塊目擊降落型火星隕石降落在法國,但直到1983年這些隕石的火星來源才得到確認。1996年,NASA的科學家聲稱在一塊南極火星隕石(ALH 84001)中發(fā)現(xiàn)生命存在的證據(jù):在隕石中發(fā)現(xiàn)了碳酸鹽脈以及相關的有機質,類似磁細菌中磁小體鏈的形態(tài)、磁鐵礦和黃鐵礦等。但是,大多數(shù)學者認為,除了碳酸鹽脈,其他的證據(jù)有多種成因解釋,甚至是污染或制樣中產生的結果。2011年,一塊火星隕石降落在摩洛哥沙漠,經過分析,中美科學家在該隕石中分別發(fā)現(xiàn)了有機質,這一發(fā)現(xiàn)是目前支持火星存在生命的重要證據(jù)。

      宜居環(huán)境演化

      行星環(huán)境的演化是生命起源、繁衍和進化的基礎。因此,地外生命的探尋往往從研究行星的宜居環(huán)境開始。雖然火星曾經有過宜居的環(huán)境,甚至現(xiàn)代火星的地下也有滿足生命的條件,但火星生命的探尋仍需找到生物本身或其遺跡才行。

      ·火星表面曾經有水存在·

      水是支撐地球上生命的關鍵因素,因而也是探尋火星生命的主要線索。

      火星隕石坑

      火星軌道探測器獲得的大量高清晰影像,顯示了火星表面有水流形成的各種地形地貌;而火星軌道器上搭載的光譜儀,可以識別火星表面分布的各種礦物,特別是識別出石膏、碳酸鹽、黏土礦物、赤鐵礦等。這些礦物不僅佐證了水的存在(它們或是巖漿巖與水相互作用形成,或是從不斷蒸發(fā)的水體中結晶出來),而且與地球上的礦物類似,可以幫助人們確定火星液態(tài)水的鹽度、酸堿性等條件。

      所有的探測結果都指示了火星表面水流的主要活動時期早于35億年。后來,由于火星內部活動和火山噴發(fā)減弱、磁場消失、河流干涸,從30億年以來,火星就基本上處于與現(xiàn)在相似的寒冷、干旱環(huán)境。火星上的水到底去哪兒了?科學家認為,消失的地表水,一部分以地下冰川和兩極冰蓋的形式存在,還有一部分被太陽風吹離火星而逃逸進太空。

      ·火星隕石記錄古環(huán)境信息·

      科學家通過對火星隕石的研究,發(fā)現(xiàn)在一些火星隕石中存在黏土礦物,以及脈狀的碳酸鹽、石膏等蒸發(fā)鹽。更為重要的是,這些火星隕石從巖漿中結晶出來后,如果遇到地下水,就會通過水一巖反應記錄地下水存在的證據(jù)等重要信息。

      中國曾在南極格羅夫山找到兩塊火星隕石,分別命名為GRV99027(1999年發(fā)現(xiàn))和GRV020090(2002年發(fā)現(xiàn))。中國科學院地質與地球物理所的科研人員利用納米離子探針,用束斑直徑僅為100納米的銫離子轟擊GRV 020090火星隕石樣品表面,分析水的含量和氫同位素氘/氫比值。分析結果發(fā)現(xiàn),GRV 020090火星隕石記錄了當時火星地下水擴散加入的信號,科研人員還根據(jù)水的擴散速度,得到擴散過程的時間長達25萬年。這一發(fā)現(xiàn)證明,晚到1.8億年前,通過巖漿的熱量融化地下冰川,火星地下仍可以存在地下水活動,并且持續(xù)很長時間。同時,測出的地下水氫同位素很重,其氘/氫比值是地球的了倍。這說明曾有大量的水逃逸離開了火星(在逃離過程中,氫比氘丟失的更快,故留下水的氘/氫比值升高)。

      ·火星內部活動決定環(huán)境變化·

      火星表面宜居環(huán)境的變化,主要受控于火星內部活動,是后者的外在表現(xiàn),也是行星圈層相互作用的一個很好例子,對于認識地球環(huán)境的演化和生命出現(xiàn)提供了最好的類比?;鹦堑闹睆郊s為地球的一半,其產生磁場的發(fā)電機很早就已停止工作。失去磁場保護的火星大氣和電離層,在高速太陽風的侵蝕下,水和氣體分子不斷逃逸。

      火星——人類未來新家園

      人類渴望登上火星

      生命探尋突破

      ·美國致力人類登陸火星·

      2020火星采樣返回毅力號(Perseverance)的任務是NASA火星探測長期規(guī)劃的重要組成部分,其主要目標是回答天體生物學的關鍵問題——即火星生命的存在與否。該任務不僅要探索古老火星的宜居環(huán)境,還要探尋微生物本身的證據(jù)。

      毅力號火星車將攜帶鉆取裝置,用來鉆取最有可能保存生命痕跡的巖石或土壤的巖芯樣品。這些樣品會先貯存在一個地方,通過再發(fā)射一次火星任務,將樣品帶回地球,然后利用實驗室中最靈敏、最準確、最高分辨的各種現(xiàn)代儀器進行分析研究。另外,NASA的下一個里程碑目標是人類登陸火星,發(fā)現(xiàn)火星微生物存在的直接證據(jù),最終回答火星是否存在生命。

      ·中國首次自主火星探測·

      中國將以嫦娥工程為起點,開展對整個太陽系的探測,而火星則是除月球之外的最重要探測目標。2020年了月,中國將首次自主探測火星,這是首次進行軌道器、著陸器、火星車三位一體的聯(lián)合探測,將獲得不同空間尺度上火星環(huán)境的同步參數(shù)以及火星古環(huán)境的信息,理解火星宜居環(huán)境的演化。另外,中國還規(guī)劃了火星樣品的采樣返回任務,通過對火星巖石和土壤樣品的分析,探索生命的痕跡和古氣候環(huán)境的變化。

      (責任編輯/康耀武 美術編輯/張小穗)

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