火星車泄漏之后

編譯 劉聲遠(yuǎn)

“好奇號(hào)”火星車（藝術(shù)畫）

美國(guó)宇航局最新火星車“好奇號(hào)”上發(fā)生的一次泄漏事故，為數(shù)十年來(lái)尋找火星生命的故事添加了一個(gè)新的轉(zhuǎn)折。

2012年12月3日，全球媒體聚焦美國(guó)舊金山舉行的一次會(huì)議，期待來(lái)自火星的最新消息。記者們紛紛猜測(cè)：美國(guó)宇航局最新也最大的火星車——“好奇號(hào)”到底發(fā)現(xiàn)了什么？要知道，兩周前，“好奇號(hào)”項(xiàng)目的一位科學(xué)家在一次訪談中難掩興奮地說(shuō)：“好奇號(hào)”分析了它從一堆火星沙塵中舀起的最初幾瓢火星土壤，“這些數(shù)據(jù)看來(lái)真不錯(cuò)”。這意味著什么？只可能是一件事，那就是：發(fā)現(xiàn)火星生命跡象。

然而，令萬(wàn)眾矚目的美國(guó)地球物理學(xué)年度大會(huì)的新聞發(fā)布會(huì)并沒有給出什么足以引起轟動(dòng)的內(nèi)容。發(fā)布會(huì)強(qiáng)調(diào)，雖然“好奇號(hào)”的確探查到了有機(jī)分子，而有機(jī)分子是火星生命存在的先決條件之一，但這些有機(jī)物有可能來(lái)自地球。

記者們可能大失所望。然而，對(duì)于近十年來(lái)致力于“好奇號(hào)”項(xiàng)目的科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，“好奇號(hào)”的首批火星土壤樣本為幾十年來(lái)尋找火星過去甚至現(xiàn)在的生物活動(dòng)跡象的故事添加了一個(gè)新的轉(zhuǎn)折。

意外泄漏

于2012年8月6日登陸火星的“好奇號(hào)”搭載著迄今為止被送到外星上的最復(fù)雜的科學(xué)儀器。運(yùn)用這些儀器，“好奇號(hào)”不僅能在許多不同波長(zhǎng)、不同距離（從微距直到望遠(yuǎn)鏡視距）上進(jìn)行拍照，而且還能提取空氣、土壤和巖石樣本，送到“好奇號(hào)”上的多個(gè)頂尖化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，以測(cè)定礦物學(xué)、化學(xué)、分子化合物甚至元素組分的同位素比率。在所有儀器中，最先進(jìn)的或許是“火星土壤檢測(cè)儀”儀器組，簡(jiǎn)稱“山姆儀”。它能將巖石樣本氣化、燒灼，并與液體化合物混合，以探測(cè)一些通常無(wú)法識(shí)別的有機(jī)分子。

當(dāng)山姆儀在靠近“好奇號(hào)”登陸的地點(diǎn)，對(duì)首批為數(shù)不多的樣本進(jìn)行探測(cè)時(shí)，它的確發(fā)現(xiàn)了有機(jī)分子。但科學(xué)家立即意識(shí)到，這些有機(jī)分子并非直接來(lái)自火星，而是來(lái)自火星上的一種含碳化合物和一種特殊的氫之間的反應(yīng)，后者是從地球上一路被帶到火星的?！昂闷嫣?hào)”帶有9瓶這種氫，目的是與火星土壤混合以辨識(shí)復(fù)雜得多的有機(jī)材料，例如氨基酸。很明顯，其中一瓶發(fā)生了泄漏。

泄漏，聽起來(lái)不是什么好事情，但美國(guó)宇航局科學(xué)家對(duì)此評(píng)論說(shuō)：“這真是一次意義非凡的泄漏！” 他們解釋說(shuō)，“好奇號(hào)”的這次泄漏帶給他們一個(gè)預(yù)料之外的好處——它顯示高氯酸鹽（一種反應(yīng)性很高的氯化物）確實(shí)存在于火星土壤中。

在火星上發(fā)現(xiàn)高氯酸鹽很重要嗎？回答這個(gè)問題需要我們回顧火星探索史上最具爭(zhēng)議的篇章——“海盜號(hào)”之爭(zhēng)。

“鳳凰號(hào)”登陸器的探測(cè)暗示，“海盜號(hào)”登陸器1976年可能在火星上檢測(cè)到了生命的基本構(gòu)筑單元。

為“海盜號(hào)”平反？

1976年，美國(guó)宇航局的一雙登陸器——“海盜1號(hào)”和“海盜2號(hào)”分別在火星的不同位置登陸，它們搭載了生命探測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置以及氣相色譜-質(zhì)譜儀（一種專門用來(lái)探測(cè)有機(jī)分子混合物中不同成分的儀器），目的是探查火星土壤中不同種類的分子。

當(dāng)“海盜號(hào)”上搭載的儀器對(duì)加熱的火星土壤樣本進(jìn)行分析時(shí)，它們探測(cè)到了氧和二氧化碳的爆發(fā)。這一發(fā)現(xiàn)有可能暗示火星土壤中存在有機(jī)分子，這些分子在加熱時(shí)分解產(chǎn)生了氧和二氧化碳。然而，科學(xué)家解讀說(shuō)：這是地球物質(zhì)污染的后果，污染物可能來(lái)自用來(lái)清潔設(shè)備的溶劑。

不過，并非所有人都接受了這個(gè)觀點(diǎn)，麥克凱及其同事拉瓦羅就公開挑戰(zhàn)了污染論。他們指出，只要火星上存在高氯酸鹽，就可以解釋“海盜號(hào)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他們的觀點(diǎn)基于他們針對(duì)地球土壤樣本的實(shí)驗(yàn)。他們?cè)鴮?duì)采集自智利阿塔卡馬沙漠——非常干燥，了無(wú)生機(jī)，可能是地球上最像火星的地方——的土壤樣本進(jìn)行分析。當(dāng)他們將高氯酸鎂添加到這些土壤樣本里并加熱時(shí)，發(fā)現(xiàn)土壤里存在的幾乎所有的有機(jī)物都發(fā)生了反應(yīng)，并形成了水、二氧化碳和氯化合物。

麥克凱和拉瓦羅于2010年發(fā)表論文指出，“海盜號(hào)”實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的二氧化碳的確是火星當(dāng)?shù)卮嬖谟袡C(jī)材料的跡象，而且可能源自于反應(yīng)性很高的土壤化學(xué)。具體而言，就是高氯酸鹽作用于火星土壤中的有機(jī)化合物。

來(lái)自于美國(guó)宇航局“鳳凰號(hào)”火星登陸器的數(shù)據(jù)，也進(jìn)一步支持了麥克凱和拉瓦羅有關(guān)“海盜號(hào)”的結(jié)論——“鳳凰號(hào)”在自己于火星北極附近的登陸地點(diǎn)的土壤中發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽。

“好奇號(hào)”在火星上發(fā)現(xiàn)了與地球上類似的地質(zhì)特征。大圖為“好奇號(hào)”拍攝的火星表面，小圖為智利北部的干涸河床。

現(xiàn)在，科學(xué)家注意到，由于高氯酸鹽在火星上不太可能廣泛存在，兩艘“海盜號(hào)”和“好奇號(hào)”在登陸地點(diǎn)攪起高氯酸鹽的機(jī)會(huì)不多，所以很難被探查到。而山姆儀上的泄漏事故證明，火星上的確存在有機(jī)物——火星土壤中的高氯酸鹽在與有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)后，產(chǎn)生了大量氯化合物。

有機(jī)物之謎

需要指出的是，“好奇號(hào)”任務(wù)才剛剛開始，而它從火星上發(fā)回新的驚人發(fā)現(xiàn)的前景十分廣闊。要知道，上一代火星車——“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”的第一個(gè)真正重要的發(fā)現(xiàn)，是在“勇氣號(hào)”的第800個(gè)火星日取得的，而它原定的任務(wù)期僅為短短90天。

“好奇號(hào)”的任務(wù)期計(jì)劃為至少兩年，但幾乎可以肯定，它的工作時(shí)間會(huì)比這長(zhǎng)久得多。在它一路穿越蓋爾隕擊坑，向著主要目的地——高聳的夏普山前進(jìn)的過程中，它將穿越一些區(qū)域，而在軌探測(cè)器之前已清晰地探明這些區(qū)域中有黏土礦物質(zhì)沉積物。對(duì)山姆儀來(lái)說(shuō)，這類礦物質(zhì)可能是最有趣的檢測(cè)目標(biāo)，因?yàn)轲ね镣ǔＰ纬捎谟胸S富水的環(huán)境中，而這樣的環(huán)境在火星早期的氣候條件下有利于生物發(fā)育。不僅如此，黏土層尤其適于長(zhǎng)久保存有機(jī)化合物。因此，如果火星土壤中有大量有機(jī)材料存在，“好奇號(hào)”發(fā)現(xiàn)它們的可能性就很大。

目前，“好奇號(hào)”還得走很久才能到達(dá)夏普山。對(duì)外星生命感興趣的科學(xué)家期待“好奇號(hào)”取得越發(fā)激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。例如，在黏土層之間會(huì)不會(huì)發(fā)現(xiàn)一些具備特殊生物學(xué)意義的重要化合物，譬如作為生命基本構(gòu)筑單元的氨基酸。對(duì)于山姆儀實(shí)驗(yàn)室的氣相色譜儀來(lái)說(shuō)，一些在生物學(xué)上耐人尋味的復(fù)雜分子（例如氨基酸）難以探查，而這可能正是剩下的那8瓶特殊氫的用武之地——將特殊氫刻意地而非不經(jīng)意地添加到火星土壤中，就有可能探查到氨基酸。

生命特征

如果在火星上發(fā)現(xiàn)了氨基酸，是否就能作為火星生物存在的證據(jù)？并非如此。事實(shí)上，科學(xué)家已經(jīng)在一些隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸，但就算這樣，發(fā)現(xiàn)氨基酸或其他生物意義重大的分子，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能證明形成生命所需的所有必要成分都存在。

不過，“好奇號(hào)”還可能取得更鼓舞人心的發(fā)現(xiàn)。

我們知道，活的生物體擁有一種典型行為，能夠非常清晰地把生物代謝活動(dòng)和任何已知的純化學(xué)過程區(qū)分開來(lái)，這就是：許多有機(jī)化合物的分子和氨基酸都是手性的（見相關(guān)鏈接《手性》）。總體來(lái)說(shuō)，活的生物體都只具備一種手性，而不會(huì)具備另一種?？茖W(xué)家期冀“好奇號(hào)”搭載的儀器能夠區(qū)分這類分子的不同手性形式（雖然它的這一能力還未得到實(shí)踐證明）。如果“好奇號(hào)”能發(fā)現(xiàn)擁有一種主要手性形式的氨基酸組合，將成為一種很強(qiáng)烈的生命指針，表明這些氨基酸是過去某個(gè)時(shí)期的火星生物的產(chǎn)物。如果真是這樣，首次發(fā)現(xiàn)外星生命將成為能寫進(jìn)歷史的特大事件。

手性

手性廣泛存在于自然界中，表示一種重要的對(duì)稱特點(diǎn)。如果某物體與其鏡像不同，就被稱為“手性的”，且其鏡像是不能與原物體重合的，就如同左手和右手互為鏡像但無(wú)法疊合。手性物體與其鏡像被稱為對(duì)映體?？膳c其鏡像疊合的物體被稱為“非手性的”。

甲烷之謎

大圖：“好奇號(hào)”在火星上工作（藝術(shù)畫）小圖：“好奇號(hào)”拍攝的火星巖石

迄至今日，“好奇號(hào)”還取得了另一個(gè)重要的“不發(fā)現(xiàn)”：它沒有在火星大氣層中發(fā)現(xiàn)甲烷。一些科學(xué)家聲稱，根據(jù)從地球上觀測(cè)火星以及從在軌飛行器觀測(cè)火星所獲得的資料，他們認(rèn)為火星上有甲烷。事實(shí)上，“好奇號(hào)”在初次嗅聞火星大氣時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了甲烷信號(hào)。但科學(xué)家最終分析認(rèn)為那是污染的結(jié)果——很可能是來(lái)自地球的空氣被鎖閉在“好奇號(hào)”搭載的儀器中，隨后在火星上逃逸了出來(lái)。從那以后，“好奇號(hào)”再未見到過甲烷的蹤跡。

但這或許并非是故事的終結(jié)。以往的觀測(cè)顯示,火星上的甲烷濃度會(huì)隨著時(shí)間、地點(diǎn)的不同而不同，而“好奇號(hào)”的這一“不發(fā)現(xiàn)”僅限于一個(gè)時(shí)間和一個(gè)地點(diǎn)，所以并不意味著現(xiàn)在火星上一定不存在甲烷。一旦在火星上發(fā)現(xiàn)了甲烷，其意義將十分重大——甲烷在大氣層中存在不了多久，它的存在將證明一個(gè)動(dòng)態(tài)的、持續(xù)的來(lái)源。不管這個(gè)來(lái)源的性質(zhì)是生物的還是活躍地質(zhì)過程的，都將是對(duì)火星狀況的一個(gè)新的、戲劇性的大發(fā)現(xiàn)。