太空探測如何避免微生物的侵?jǐn)_

文/ 李會(huì)超

▲ 返回地球

除了要提防載人航天器在軌工作期間，儀器設(shè)備和航天員可能遭受微生物的侵害外，在航天飛行中，人們還需要提防另一種形式的微生物風(fēng)險(xiǎn)——將地球上的微生物帶到其他天體上，或者將其他天體上微生物帶回地球。這兩種風(fēng)險(xiǎn)來源，分別被稱為行星際污染的正向和反向污染。針對這兩種污染，航天探測采取了多種方法來加以防范。

正向污染

從地球帶到其他天體原本不存在的微生物，不但會(huì)嚴(yán)重破壞那些天體先前存在的環(huán)境，還會(huì)對科學(xué)探索產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。

相比于地球，我們目前可以到達(dá)的其他天體的環(huán)境對于生命來說顯得過于惡劣。例如，由于沒有稠密大氣的保護(hù)，火星表面的紫外線輻射比地球上更強(qiáng)烈。過度的紫外線輻射對一切生物都是有害的。

然而，即便在這樣的環(huán)境中，一些微生物也可能頑強(qiáng)地生存下來。

例如，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，一種稱為綠球藻-藍(lán)藻的微生物可以在極端情況下繁衍生息。雖然這些微生物是特別篩選的，比大部分常見的微生物更能耐受惡劣環(huán)境，且尚未在航天器的表面上發(fā)現(xiàn)過，但這個(gè)研究結(jié)論再次警示了一種可能：一旦我們不小心將地球上的微生物帶到其他天體上去，我們煞費(fèi)苦心，千辛萬苦在其他天體上發(fā)現(xiàn)的生命跡象，可能就是搭了航天器便車的地球微生物。

為了防范這種可能的發(fā)生，進(jìn)行行星探測的航天器在制造過程中都要進(jìn)行嚴(yán)格的消毒工作。例如，為了防止火星受到污染，每個(gè)火星車都要滿足表面的微生物總數(shù)小于一個(gè)關(guān)鍵值的要求。為了達(dá)到這個(gè)要求，技術(shù)人員在組裝航天器的過程中，會(huì)用酒精溶液頻繁擦拭清潔航天器表面。發(fā)射前，有關(guān)人員會(huì)仔細(xì)地對航天器表面的微生物情況進(jìn)行取樣和測試，以證明每個(gè)航天器都符合生物清潔度的要求。降落傘和隔熱毯等耐高溫的組件則被加熱到110攝氏度或更高的溫度，以殺死微生物?；鹦擒嚿习惭b關(guān)鍵電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)主機(jī)的核心設(shè)備箱，會(huì)使用與N95口罩材料類似的高效過濾材料予以保護(hù)，可以過濾掉各類微生物。

然而，不管采取多么嚴(yán)苛的措施，都不能完全禁絕航天器微生物的存在。有些科研人員提出了另一種解決問題的思路。他們使用特定的化學(xué)物質(zhì)標(biāo)記這些微生物，一旦在后續(xù)的分析中發(fā)現(xiàn)這種標(biāo)記物質(zhì)，則可以斷定這些生物體并非是火星等天體的原住民，而是從地球偷渡過去的不速之客。

▲ 洞察號(hào)火星探測器在潔凈廠房

▲ 時(shí)任美國總統(tǒng)尼克松向移動(dòng)檢疫設(shè)施內(nèi)的航天員講話

▲ 水熊蟲

“卡西尼-惠更斯號(hào)”任務(wù)的終結(jié)方式是防止地球微生物污染其他天體的另一種方式。由于這個(gè)探測器只進(jìn)行遙感探測，并沒有著陸行星及其衛(wèi)星表面的計(jì)劃，因此在制造過程中并未采用最嚴(yán)格的消毒措施。在完成對土星及其衛(wèi)星的探測任務(wù)后，如果放任不管，在土星附近諸多天體構(gòu)成的復(fù)雜引力環(huán)境中，“卡西尼-惠更斯號(hào)”有可能墜入土衛(wèi)二。土衛(wèi)二歐羅巴是土星的衛(wèi)星，根據(jù)目前的探測數(shù)據(jù)，“歐羅巴”是一顆有著廣袤海洋的星球，這顆衛(wèi)星厚厚的冰蓋下面，可能孕育著早期的生命形式。為了避免讓地球上的微生物在那里“生根發(fā)芽”，技術(shù)人員在“卡西尼號(hào)”上的燃料還有剩余的時(shí)候，主動(dòng)命令它調(diào)整軌道，飛向土星并墜毀。

雖然人類制定了《外層空間條約》《 COSPAR行星保護(hù)政策》等行星保護(hù)規(guī)范，但由于這些文件缺乏強(qiáng)制性的約束力和執(zhí)行機(jī)關(guān)，實(shí)際執(zhí)行效果并沒有完全的保證。近年來，商業(yè)與私人航天的興起也給這些規(guī)范的執(zhí)行帶來了新挑戰(zhàn)。和國家航天機(jī)構(gòu)相比，私人航天機(jī)構(gòu)似乎更加別出心裁、隨心所欲。

去年，以色列私人航天公司開發(fā)的月球探測器“貝雷特希號(hào)”在著陸月球的過程中墜毀，這艘探測器上攜帶了一種試圖為地球DNA提供太空備份的裝置，里面儲(chǔ)藏了人類的血液、毛發(fā)甚至有一種名叫水熊蟲的生物。水熊蟲體型極小，最小只有50微米，而最大的則有1.4毫米，必須用顯微鏡才能看清，但已不屬于微生物的范疇，是一種更加復(fù)雜的生物。由于水熊蟲在地球上能夠應(yīng)對各種惡劣的環(huán)境，人們擔(dān)心這次事故會(huì)讓水熊蟲在月球上生息繁衍。對于水熊蟲是否已經(jīng)占領(lǐng)月球，現(xiàn)在尚無定論，但這個(gè)事件再次敲響了行星保護(hù)的警鐘。

▲ 穿著嚴(yán)格隔離服的阿波羅11號(hào)航天員

▲ “阿波羅11號(hào)”3名航天員返回地球后，在“移動(dòng)檢疫設(shè)施”艙內(nèi)

反向污染

在“阿波羅11號(hào)”完成登月任務(wù)成功返回地面后，美國總統(tǒng)尼克松第一時(shí)間會(huì)見了3名航天員。不過，在如此莊重的場合，航天員卻不得不躲在一個(gè)保護(hù)艙內(nèi)與總統(tǒng)對話。這個(gè)保護(hù)艙的目的，就是為了避免航天員們從月球帶回地球上不存在的微生物的可能。

在登月前，人們并不了解月球上的微生物狀況。如果航天員們帶回了地球上不存在的微生物，這種微生物作為外來入侵物種，有可能在地球上造成人類感染和傳播新疾病。和防控一些傳染病的方式類似，美國宇航局采取的辦法是航天員返回地球后就立即將他們隔離起來，時(shí)間為3個(gè)星期。

▲ 卡西尼號(hào)探測器

當(dāng)阿波羅號(hào)飛船的指令艙按照計(jì)劃落到海面上后，航天員在出艙之前會(huì)穿上特別的隔離服，以防他們將微生物傳播給執(zhí)行回收工作的人。在出艙之前，他們還要使用次硫酸鹽消毒液（與84消毒液成分類似）對隔離服外部進(jìn)行一次消毒。之后，他們會(huì)進(jìn)入一個(gè)名為“移動(dòng)檢疫設(shè)施”的艙室內(nèi)。這個(gè)艙室有一間嵌壁式的休息室和幾間臥室，甚至還配有小廚房。強(qiáng)大的內(nèi)部負(fù)壓和空氣過濾系統(tǒng)，可以防止設(shè)備內(nèi)部的微生物通過空氣向外擴(kuò)散。這個(gè)艙室是航天員們由海上轉(zhuǎn)運(yùn)回休斯頓過程中的居所。到達(dá)休斯頓后，他們就不用被關(guān)在這個(gè)鐵盒子中了，但隔離仍然要繼續(xù)。在研究機(jī)構(gòu)“月球?qū)嶒?yàn)室”，他們要和醫(yī)生、廚師和工程師等其他工作人員共同度過3個(gè)星期。萬一太空中帶來的微生物引起疾病爆發(fā)，傳播范圍可以被嚴(yán)格控制在該機(jī)構(gòu)內(nèi)。

通過反復(fù)的檢測，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)月球旅行并不會(huì)帶回新的微生物。因此，如此嚴(yán)格的隔離措施在后續(xù)的登月任務(wù)中并沒有繼續(xù)采用。然而，這并不意味著風(fēng)險(xiǎn)完全消失，因?yàn)樵虑蛏蠜]有微生物不代表其他星球上也沒有。而近年來，針對一些無人采樣返回任務(wù)而提出的新措施也即將實(shí)施。例如，一旦有探測器在火星取到了樣品，他們必須先經(jīng)過嚴(yán)格的消毒滅活后，才能被送回地球分析。