火星車泄漏之后

編譯 劉聲遠

“好奇號”火星車（藝術畫）

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

2012年12月3日，全球媒體聚焦美國舊金山舉行的一次會議，期待來自火星的最新消息。記者們紛紛猜測：美國宇航局最新也最大的火星車——“好奇號”到底發(fā)現(xiàn)了什么？要知道，兩周前，“好奇號”項目的一位科學家在一次訪談中難掩興奮地說：“好奇號”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)據看來真不錯”。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，令萬眾矚目的美國地球物理學年度大會的新聞發(fā)布會并沒有給出什么足以引起轟動的內容。發(fā)布會強調，雖然“好奇號”的確探查到了有機分子，而有機分子是火星生命存在的先決條件之一，但這些有機物有可能來自地球。

記者們可能大失所望。然而，對于近十年來致力于“好奇號”項目的科學家們來說，“好奇號”的首批火星土壤樣本為幾十年來尋找火星過去甚至現(xiàn)在的生物活動跡象的故事添加了一個新的轉折。

意外泄漏

于2012年8月6日登陸火星的“好奇號”搭載著迄今為止被送到外星上的最復雜的科學儀器。運用這些儀器，“好奇號”不僅能在許多不同波長、不同距離（從微距直到望遠鏡視距）上進行拍照，而且還能提取空氣、土壤和巖石樣本，送到“好奇號”上的多個頂尖化學實驗室進行分析，以測定礦物學、化學、分子化合物甚至元素組分的同位素比率。在所有儀器中，最先進的或許是“火星土壤檢測儀”儀器組，簡稱“山姆儀”。它能將巖石樣本氣化、燒灼，并與液體化合物混合，以探測一些通常無法識別的有機分子。

當山姆儀在靠近“好奇號”登陸的地點，對首批為數(shù)不多的樣本進行探測時，它的確發(fā)現(xiàn)了有機分子。但科學家立即意識到，這些有機分子并非直接來自火星，而是來自火星上的一種含碳化合物和一種特殊的氫之間的反應，后者是從地球上一路被帶到火星的?！昂闷嫣枴睅в?瓶這種氫，目的是與火星土壤混合以辨識復雜得多的有機材料，例如氨基酸。很明顯，其中一瓶發(fā)生了泄漏。

泄漏，聽起來不是什么好事情，但美國宇航局科學家對此評論說：“這真是一次意義非凡的泄漏！” 他們解釋說，“好奇號”的這次泄漏帶給他們一個預料之外的好處——它顯示高氯酸鹽（一種反應性很高的氯化物）確實存在于火星土壤中。

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

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

為“海盜號”平反？

1976年，美國宇航局的一雙登陸器——“海盜1號”和“海盜2號”分別在火星的不同位置登陸，它們搭載了生命探測實驗裝置以及氣相色譜-質譜儀（一種專門用來探測有機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“海盜號”上搭載的儀器對加熱的火星土壤樣本進行分析時，它們探測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分子，這些分子在加熱時分解產生了氧和二氧化碳。然而，科學家解讀說：這是地球物質污染的后果，污染物可能來自用來清潔設備的溶劑。

不過，并非所有人都接受了這個觀點，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”的實驗結果。他們的觀點基于他們針對地球土壤樣本的實驗。他們曾對采集自智利阿塔卡馬沙漠——非常干燥，了無生機，可能是地球上最像火星的地方——的土壤樣本進行分析。當他們將高氯酸鎂添加到這些土壤樣本里并加熱時，發(fā)現(xiàn)土壤里存在的幾乎所有的有機物都發(fā)生了反應，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”實驗中發(fā)現(xiàn)的二氧化碳的確是火星當?shù)卮嬖谟袡C材料的跡象，而且可能源自于反應性很高的土壤化學。具體而言，就是高氯酸鹽作用于火星土壤中的有機化合物。

來自于美國宇航局“鳳凰號”火星登陸器的數(shù)據，也進一步支持了麥克凱和拉瓦羅有關“海盜號”的結論——“鳳凰號”在自己于火星北極附近的登陸地點的土壤中發(fā)現(xiàn)了高氯酸鹽。

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

現(xiàn)在，科學家注意到，由于高氯酸鹽在火星上不太可能廣泛存在，兩艘“海盜號”和“好奇號”在登陸地點攪起高氯酸鹽的機會不多，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物——火星土壤中的高氯酸鹽在與有機物發(fā)生強烈反應后，產生了大量氯化合物。

有機物之謎

需要指出的是，“好奇號”任務才剛剛開始，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”和“機遇號”的第一個真正重要的發(fā)現(xiàn)，是在“勇氣號”的第800個火星日取得的，而它原定的任務期僅為短短90天。

“好奇號”的任務期計劃為至少兩年，但幾乎可以肯定，它的工作時間會比這長久得多。在它一路穿越蓋爾隕擊坑，向著主要目的地——高聳的夏普山前進的過程中，它將穿越一些區(qū)域，而在軌探測器之前已清晰地探明這些區(qū)域中有黏土礦物質沉積物。對山姆儀來說，這類礦物質可能是最有趣的檢測目標，因為黏土通常形成于有豐富水的環(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，黏土層尤其適于長久保存有機化合物。因此，如果火星土壤中有大量有機材料存在，“好奇號”發(fā)現(xiàn)它們的可能性就很大。

目前，“好奇號”還得走很久才能到達夏普山。對外星生命感興趣的科學家期待“好奇號”取得越發(fā)激動人心的發(fā)現(xiàn)。例如，在黏土層之間會不會發(fā)現(xiàn)一些具備特殊生物學意義的重要化合物，譬如作為生命基本構筑單元的氨基酸。對于山姆儀實驗室的氣相色譜儀來說，一些在生物學上耐人尋味的復雜分子（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？并非如此。事實上，科學家已經在一些隕石中發(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，還遠遠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”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和任何已知的純化學過程區(qū)分開來，這就是：許多有機化合物的分子和氨基酸都是手性的（見相關鏈接《手性》）?？傮w來說，活的生物體都只具備一種手性，而不會具備另一種?？茖W家期冀“好奇號”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踐證明）。如果“好奇號”能發(fā)現(xiàn)擁有一種主要手性形式的氨基酸組合，將成為一種很強烈的生命指針，表明這些氨基酸是過去某個時期的火星生物的產物。如果真是這樣，首次發(fā)現(xiàn)外星生命將成為能寫進歷史的特大事件。

手性

手性廣泛存在于自然界中，表示一種重要的對稱特點。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法疊合。手性物體與其鏡像被稱為對映體?？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”在火星上工作（藝術畫）小圖：“好奇號”拍攝的火星巖石

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

但這或許并非是故事的終結。以往的觀測顯示,火星上的甲烷濃度會隨著時間、地點的不同而不同，而“好奇號”的這一“不發(fā)現(xiàn)”僅限于一個時間和一個地點，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動態(tài)的、持續(xù)的來源。不管這個來源的性質是生物的還是活躍地質過程的，都將是對火星狀況的一個新的、戲劇性的大發(fā)現(xiàn)。