火星上是否有生命

2022-03-17 01:58:44 字數 4406 閱讀 8826

1樓:自報調查

2023年7月下旬到8月初是探測火星的「發射視窗」,阿聯酋的希望號已經率先出馬,中國天問一號和美國毅力號也將緊隨其後。美國「火星2020任務」的科學目標之一就是確定火星上是否有生命。在數十年前,美國國家航空航天局「維京任務」的生物標記實驗得出了存在生命的結果。

儘管官方報告稱其沒有提供明顯證據,但至今仍有科學家沒有放棄火星生命假說,更有甚至提出了驚人的假設——「火星蘑菇」。究竟誰是誰非,或許毅力號的探尋之旅將給我們答案。

2023年地球命運多舛,但災禍沒有阻擋住人類探索太空的腳步。7月20日,阿聯酋的「希望號」(hope)率先出發,中國的「天問一號」、美國的「毅力號」(perseverance)很快將緊隨其後,帶著人類科學家的美好期望,奔赴5500萬公里之外的紅色星球。

考察火星上的生命蹤跡是此次探索的一個重要科學研究任務之一。雖然火星上沒有「火星人」,但是否存在低階或者原始生命形式,能否為解釋生命起源提供思路,一直是科學家們孜孜以求的問題。在火星生命探索的歷史上,要屬美國國家航空航天局(nasa)經驗最為豐富,此前他們並沒有給出特別明確的說法。

可是,卻有科學家始終堅持說yes。

一切始於半個世紀前的「維京任務」

從上世紀60年代起,nasa就把目光瞄準了這顆紅紅火火的「戰神」星球。從2023年的水手四號(mariner 4),2023年水手六號和七號先後飛掠火星,一直到2023年和2023年水手九號的軌道任務,nasa步步為營,始終堅持對火星的深入探索。事實上,在 「太空競賽」後期,nasa的下一個目標之一就是讓宇航員登陸火星。

時間到了2023年,nasa正式啟動「維京任務」(viking mission,也被稱為海盜任務)。正如中世紀時,野心勃勃的維京人揚起風帆,從斯堪的納維亞半島出發,憑藉著驚人的勇氣和毅力,足跡踏遍歐洲大陸以及北極遼闊的疆域,創造了「維京時代」。兩艘維京號探測飛船承載著地球人的壯志,一探「戰神」究竟,除了瞭解火星的氣候地質屬性外,另一目標就是尋找生命蹤跡。

該年夏季,兩艘太空飛船先後奔赴火星,經過一年的飛行,維京一號著陸器於2023年7月20日率先登陸火星克里斯平原(chryse planitia)西坡,而維京二號於9月3日登陸4000英里外的烏托邦平原(utopia planitia)。

「維京」這一稱號似乎賦予了此次任務無與倫比的頑強「維京精神」,原本計劃90天的探索任務,軌道器和著陸器的使用壽命都遠遠超過了設計預期。尤其是維京一號軌道器,在火星軌道上「勤勤懇懇」工作了四年之久。隨著氣體燃料的逐漸耗盡,整個探索任務在2023年5月21日正式劃上句號。

寄予厚望的「維京任務」生物實驗

在執行任務期間,著陸器上的科學儀器獲得了比預期更多的資料。的生物實驗包括氣象質譜實驗(gcms)、氣體交換實驗(gex)、標記釋放實驗(lr)和熱解釋放實驗(pr)。另外,維京任務期間還拍攝了很多質量精良的**,其中著陸器拍了4500張,軌道器拍攝了52000張。

在上述四大生物實驗中,生物學家們對標籤釋放(labeled release,簡稱lr)實驗專案寄予厚望。具體實驗過程並不複雜,維京一號和二號著陸器收集火星土壤樣本,然後將一滴稀釋過的營養液注射入樣本中,然後檢測土壤上方的空氣中是否會出現代謝副產物。在注射之前,營養物質已經加入放射性碳14標記。

如果土壤中存在的微生物對營養物質產生了代謝作用,那麼它們應該會釋放出放射性副產物,比如帶標記的二氧化碳或者甲烷。

在發射維京號太空飛船之前,研究人員在地球各地的極端環境下——從死亡峽谷到南極洲——不同陸地土壤中檢測了實驗方案。每一次實驗都是陽性結果。同時,研究人員還一一做了對照組實驗,將樣本加熱到160℃的高溫,以殺死所有的生命形式,然後重複實驗操作,結果每一次實驗都是陰性結果。

為了確認實驗過程不會產生假陽性結果,研究人員還用到了已知的無菌土壤樣本,比如來自月球的岩石樣本和冰島附近薩特西火山島上的土壤樣本,最終產生了預期的陰性結果。

研究人員滿懷信心地期待著維京一號和二號在火星上的實驗結果。然而,讓他們沒有想到的是,這場實驗竟然成為了史上最具爭議的火星實驗,還讓nasa在接下來的近50年內對此實驗採取了閉口不談的態度。

從最有希望的實驗到最富爭議的實驗

lr實驗的首席研究員是gilbert levin博士。gibert levin一生經歷豐富,曾在第二次世界大戰期間服役於美軍海軍,又在馬里蘭衛生部擔任過公共衛生工程師,並且成立了自己的生物技術公司biospherics research inc.(現aikido pharma inc.

),2023年他在約翰·霍普金斯大學工程學院獲得環境工程博士學位。他的發明獲得了不少專利,尤其是對探測微生物的創新性方法引起了nasa的注意,因此後者在70年代初與他簽訂了一系列合同,邀請他開發適用於太空任務的地外生命探測實驗方案。

gilbert levin的同事patricia ann straat,也來自約翰·霍普金斯大學。當年straat在霍普金斯當助理教授,研究分子生物學和酶系統。straat在電視上**了2023年月球登陸,心裡嚮往著能夠參與nasa巨集大的太空探索計劃,而當時levin設計的實驗正好被nasa選中,成為「維京任務」的生物實驗之一,兩位志同道合的科學家一番交流之後,straat被lr實驗深深吸引,隨即加入團隊。

她至今都不能忘掉在加州的jpl實驗室和整個團隊一起**維京號著陸的場景,「當時在場的一半人都覺得著陸器可能會墜毀,但突然之間一個響亮的聲音傳過來:『我們安全著陸了』,大家都高興壞了。」她回憶道。

而接下來lr實驗的最終結果讓兩人更加激動不已。

在2023年發表在《科學》雜誌上的**中,gilbert levin和patricia ann straat詳細彙報了火星生命探測實驗的所有結果。**中提到,在向火星樣本中新增了含有放射性碳14的營養物質之後,兩個相距4000英里的著陸地點土壤測試均檢測到相似的放射性氣體釋放。為了排除火星強烈的紫外線輻射可能產生的假陽性結果,著陸器還專門選擇了埋在岩石下方的土壤樣本,同樣得到的陽性結果。

土壤中的「活性」響應在18℃時表現穩定,加熱3小時溫度提升至50℃時活性減弱,而160℃的無菌火星土壤樣本則作為對照組顯示出陰性結果。

但是,除了lr實驗,同期的其他實驗,比如氣相質譜實驗,並沒有在著陸地點附近發現有機化學的痕跡——爭議由此。nasa最終的官方報告表示:「在著陸點附近的土壤中並沒有提供明確的證據表明存在活著的微生物。

」而且,nasa自己實驗室的科學家也無法復現levin的lr實驗結果。

另外,根據nasa的解釋,火星具有自我殺菌功能。參加任務的生物學家認為,充滿火星表面的太陽紫外線輻射,加上極端乾燥的土壤,以及土壤化學的氧化屬性,三者結合起來會阻止火星土壤中形成活的生物體。因此,斷定火星生命存在尚有爭議。

在nasa看來,lr實驗發現的模擬生命活動可能是未知的化學反應。而levin和straat當時也認為lr結果可能也並不明確,因此在報告末尾表示:「目前沒有化學實驗能夠定量地重複lr火星資料,儘管存在(非生物學)假設理論,最合理的可能性仍是我們在火星上觀測到了生命活動。

」在接下來的幾十年裡,隨著nasa更多的火星探測任務,利用更加先進的技術手段,科學家對這顆星球的認識也愈發清晰,發現了包括液態水、甲烷等。尤其是2023年,好奇號不僅在大氣中檢測到高濃度的甲烷變化,還首次確認了火星岩石粉末中包含有機碳等有機分子,可以說是nasa半個世紀來火星探測的最重要發現之一。與此同時,這一結果也讓levin更加堅持當年的lr實驗結果。

實際上,從2023年開始,levin舊事重提,在公共場合頻繁發聲支援當年lr實驗的微生物活動結論。2023年,levin和straat在《天體生物學》(astrobiology)雜誌上再次聯合發表了一篇觀點性文章,根據近年來在火星上的新發現,以及無機物質模仿代謝活動的觀點,重新**了上世紀70年代的lr實驗,認為非生物性物質並不能充分解釋lr實驗結果,而最佳解釋就是火星微生物。

levin在接受**採訪時表示:「自從我2023年第一次堅定地提出lr實驗檢測到生命之後,大部分評審期刊都拒絕了我們的文章投稿,我和straat每年都會在國際光學工程學會大會(spie,包含天文學領域)上提交**,但大部分都被天體生物學家忽視了。」他只能把這些文章放在自己的個人**上。

straat作為堅定的支持者,2023年曾接受過《科學美國人》的採訪,她說自己最初並不完全同意levin的觀點,但是隨著nasa在火星上發現的證據越來越多,她開始覺得當年他們確實發現了微生物生命。「火星上確實發現了一些複雜的有機分子,但是沒有發現類似於生命所需要的簡單有機分子,比如丙氨酸和甘氨酸」,她講道。她很期待未來的火星探索實驗,希望能夠最終證實或者證偽他們當年的實驗發現。

對此,nasa的jpl實驗室行星科學家luther beegle則認為真相其實很簡單:維京專案沒有在火星上找到生命。「他們做了一堆實驗,得到了很多他們無法理解的結果。

」鑑於當時nasa對於火星土壤和大氣的認識非常有限,他表示應該先從地質學和化學實驗開始,而不是一下子就跳到生物代謝活動檢測實驗,lr實驗結果其實很模稜兩可。

奇人驚語:火星上長了「蘑菇」?

在火星探測歷程中,一直以官方機構和科學家為主,不過nasa會公佈他們拍攝的**,這就給了一些其他科研人員研究的機會。

2023年1月27日,nasa在官網上公佈了火星探測器機遇號火星車2023年執行任務期間,在老鷹撞擊坑附近拍攝的一張彩色**,**上顯示火星地表上冒出一顆顆圓形物體,泛著灰藍色光彩。官方將其暱稱為「火星藍莓」,其實這是一種富含赤鐵礦的礦物結石,證明了火星該地區曾有過古老的水環境。

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