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如何防止人类破坏在火星上寻找生命

俄克拉荷马州的罗孚遇到了麻烦。当行星科学家帕斯卡·李(Pascal Lee)感到月球车向后倾斜时,黄色悍马正缓慢地在寒冷的、超凡脱俗的地面上行进。在挡风玻璃外,美国国家航空和宇宙航行局霍顿火星计划的主任李只看到了天空。后面的履带已经从海冰上的裂缝中裂开,正在沉入冰冷的水中。

的确,火星上有水的迹象,但没有那么多。李和他的船员驾驶着“奥加林号”(以埃德加·赖斯·巴勒斯的小说《火星战神》中的黄色火星人命名)穿越加拿大的北极,来到豪顿火山口的一个研究站。在沿西北航道长达496公里的旅途中,机组人员假装自己是长途穿越火星的探险者,以测试人类登陆火星的可能性和时间。

他们在2009年4月的那次飞行中学到的东西可能很快就会变得重要起来。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)宣布计划在2030年将人类送上火星(SN Online: 5/24/16)。私营企业计划更早到达火星:今年9月,埃隆•马斯克(Elon Musk)宣布,他的目标是最早于2024年向火星发射首个载人SpaceX探测器。

“这不是一个印刷错误,”马斯克在澳大利亚国际宇航大会上说。“尽管这是一种抱负。”

马斯克长达六年的时间安排让一些天体生物学家感到恐慌。这些研究人员担心,如果人类过早到达火星,那么任何在火星上发现过去或现在生命迹象的机会都可能被毁掉。

马德里和康奈尔大学天体生物学中心的天体生物学家Alberto Fairen说:“这真的很紧迫。人类到处携带大量的微生物,不加区别地传播这些细菌。

美国宇航局喷气推进实验室的行星地质学家Matthew Golombek对此表示赞同,他补充说:“如果你想知道那里现在是否有生命存在,在你派人去之前,你必须先解决这个问题。”

关于如何严格保护其他行星不受地球生命侵害,以及如何最好地保护地球上的生命不受其他行星侵害的长期争论正在升温。人类登陆火星的前景引发了一系列的会议和对“行星保护”真正含义的研究。

其中一个大问题是,火星上是否有适合生命生存的区域,因此值得特别保护。另一个问题是地球微生物对火星潜在生命的威胁有多大(最近的研究表明这种威胁比预期的要小)。尽管如此,在生命猎取任务甚至可以发射之前,人类的生物群落就把这颗红色星球搞得一团糟,这一幽灵在火星研究领域引起了激烈的分歧。

头脑空白

在任何火星机器人发射任务之前,航天器都会被擦洗、擦洗,有时还会被烧焦,以清除地球上的微生物。因此,如果科学家们在火星上发现了生命的迹象,他们就会知道,生命并不仅仅是从卡纳维拉尔角搭便车来的。这项努力还旨在防止引入有害的地球生物,这种生物可能会杀死任何火星人,类似于入侵物种如何将原生生物排挤出地球栖息地。

加州山景城SETI研究所的天体生物学家John Rummel说:“如果我们把地球上的生物送到一个它们可以生长和茁壮成长的地方,那么我们可能会回来发现地球上的生物,尽管那里以前有火星生物。”这对火星人不好。我们会很伤心的。

为了避免这种情况,航天组织历来同意保持航天器的清洁。各国政府和私营公司都遵守1967年《外层空间条约》第九条,该条约要求行星探索避免污染所访问的环境和地球。用最简单的话说就是:不要乱扔垃圾,回家之前先擦一擦脚。

但这一指导原则并没有告诉工程师如何避免污染。因此,国际空间研究委员会(COSPAR)从那时起就一直在辩论和完善符合条约要求的行星保护政策的细节。最新的版本可追溯到2015年,其中有一页是关于人类任务的指南。

在过去的几年里,国际空间组织已经开始在人类规则中加入定量成分——例如,在发射前如何彻底清洁航天器,或者有多少微生物被允许从人类聚居地逃逸。

“大家都很清楚,我们需要的是更完善的技术要求,而不仅仅是指导方针,”欧洲航天局行星保护官员、COSPAR行星保护委员会主席格哈德•克米内克(Gerhard Kminek)表示。而现在,他说,“我们所知道的还不足以把工作做好。”

2015年3月,100多名天文学家、生物学家和工程师在美国国家航空航天局(NASA)位于加利福尼亚州莫菲特场(Moffett Field)的艾姆斯研究中心(Ames Research Center)会面,列出了25个“知识鸿沟”,需要进行更多研究才能写出定量规则。

这些差距包括三个方面:监测宇航员的微生物,最大限度地减少污染,以及了解物质如何在火星上自然传播。我们的目标不是防止污染(可能不可能),而是评估风险并确定哪些风险是可以接受的。COSPAR优先考虑了2016年10月的间隙,并将于2月在休斯顿再次会面,决定应该做哪些具体的实验。

把降落

未来火星任务所需的步骤将取决于着陆点。COSPAR目前表示,只有在机器人发射到每平方米0.03个细菌孢子的航天器之前被清理干净,机器人任务才能被允许访问火星上的“特殊区域”。相比之下,机器人进入非特殊区域每平方米可以携带300个孢子。这些“孢子”,或内生孢子,是休眠的细菌细胞,能够在通常会杀死有机体的环境压力下存活。

迄今为止,任何特殊的区域都是假设的,因为在火星上还没有确定的区域。但如果一艘航天器发现它的位置出乎意料地符合特殊标准,它的任务可能不得不在现场改变。

1976年,“海盗号”登陆器首次、也是唯一一次在火星上寻找生物的实验。在发射前,“海盗号”被放在烤箱里烤了几个小时,以使飞船达到特殊地区的标准。

“如果你像维京海盗一样干净,你可以去火星上的任何地方,”美国宇航局行星保护官员凯瑟琳·康利说。但从上世纪90年代的探路者号(Pathfinder mission)到目前的“好奇号”(Curiosity)漫游者号(Curiosity rover),再到即将到来的“火星2020”(Mars 2020)和“外太阳系”(ExoMars)漫游者号(rovers),没有任何任务获准进入潜在的特殊区域。部分原因是成本。喷气推进实验室的工程师Sarah Gavit 2006年的一项研究发现,将“勇气号”或“机遇号”(两者均于2003年发射)之类的火星车消毒至维京级,比将其消毒至较低级别要高出14%。在“维京”号对火星微生物的搜寻毫无结果地回来后,美国国家航空和宇宙航行局也放弃了寻找生命的努力。该机构将重点转向寻找过去可居住性的迹象。

虽然目前火星上没有一个地方符合特殊区域标准,但有些地方的条件接近,需要谨慎对待。2015年,美国地质调查局(U.S. Geological Survey)的地质学家科林·邓达斯(Colin Dundas)在亚利桑那州弗拉格斯塔夫(Flagstaff, Ariz)工作。“好奇号”在盖尔陨石坑(Gale Crater)发现了一些看起来像条纹的咸水,在那里出现又消失。尽管这些条纹并没有被宣布为特殊区域,好奇号团队还是将探测器驶离了该区域。

但是火星上流动的水的证据让尘埃落定。11月,邓达斯和他的同事在《自然地球科学》杂志上报道说,这些条纹更可能是微小的沙雪崩。突显出难逆转告诉如果一个地区在火星上是否特别。

然而,在1月12日的《科学》杂志上,邓达斯和他的同事报告发现了8个斜坡,在那里浅层的水冰暴露在那里(SN Online: 1/11/18)。那些非常陡峭的地点对人类或漫游者来说不是很好的着陆点,但它们表明,附近地区可能在距离地表1到2米的范围内有冰可以进入。

如果温暖潮湿的环境存在,那正是人类想去的地方。自寻路者号(Pathfinder)以来,戈罗姆贝克一直在帮助选择每一个火星着陆点,并为SpaceX提供了降落红龙号(Red Dragon)航天器的建议。(从那以后,SpaceX宣布将使用其BFR航天器,这可能需要更换着陆点。)Golombek说,对人类来说,最好的登陆地点是有水源的,而且离赤道越近越好。低纬度意味着温暖,更多的太阳能和利用地球自转帮助火箭返回地球的机会。

这就缩小了选择的范围。NASA于2015年10月在休斯顿举办了首个关于人类登陆地点的研讨会,确定了距离赤道50度范围内的40多个“探索区”,宇航员可以在那里进行科学研究,并有可能获得建筑和生命支持的原材料,包括水。

Golombek帮助SpaceX将名单精简至几个地点,包括Planitia Arcadia和Deuteronilus Mensae,这些地点显示出在薄薄的土壤下面埋藏着纯水冰的迹象。

是什么让这些区域对人类有吸引力,也让它们更有可能成为微生物生长的好地方,这让人们对地面作战产生了希望。但康利说,有很多方法可以绕过明显的障碍。特别是,人类可以从特定区域安全着陆,并派遣干净的机器人去做这些肮脏的工作。

这个建议提出了一个大问题:多远才算足够?为了找到一个安全的距离,科学家们首先需要知道地球微生物在火星上的生存状况,以及这些微生物从人类栖息地扩散到哪里。

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