还没找到金星人,好奇号开掘水星有机物

2019-05-02 05:48栏目:澳门新葡亰手机版登录网址

很遗憾,NASA这次又没有在火星上找到外星人!不过最近好奇号火星车的两个发现,让人类在搜寻火星生命的道路上又向前迈进了一步。

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图片 2好奇号火星车发现,它周围大气中的甲烷含量一度飙升了10倍。此外,它还在一块岩石中确凿无疑地检测到了火星上的其他有机物。不过,这不意味着火星上现在或者过去一定存在过生命。图片来源:NASA

图片 3好奇号火星车。图片来源:NASA

这张“好奇”号的低角度自拍展示了它在夏普山(MountSharp)中钻取一块岩石样本的情景。图片来源:NASA官网

美国航空航天局(NASA)的好奇号火星漫游车(Curiosity)发现,它周围火星大气中的甲烷含量出现了升幅达到10倍的峰值。此外,好奇号还在岩石上钻孔获取的粉末样本中检测到了其他有机分子。

在条件恶劣的火星地表,NASA检测到了有机分子。更重要的是,这让科学家现在愈加确定,有机分子能够存在于火星地表。而这一点,我们之前并不知道。

据美国国家航空航天局官网近日消息,NASA于北京时间6月8日凌晨2点举行新闻发布会,宣布了两项关于火星的重要发现:“好奇”号漫游车在火星表面的沉积岩中发现了有机分子,说明火星可能曾存在远古生命;此外还发现火星大气中甲烷浓度存在季节性变化,或与现在的火星生命有关。

“甲烷含量的短暂提升,也就是迅速上升然后又回落下来,意味着周围必定存在甲烷的源头。”好奇号漫游车科学团队成员、美国密歇根大学安娜堡分校的苏希尔·阿特雷亚(Sushil Atreya)说,“甲烷的来源存在许多种可能性,有生物过程形成的,也有非生物过程产生的,比如水和岩石发生反应。”

第一个发现就是,好奇号在火星表面下有30亿年历史的沉积岩中发现了有机分子。

NASA称,虽然这些线索不一定是火星存在生命的必要证据,但对未来火星表面和地下探索来说,新发现无疑是个好兆头。相关的两篇论文发表于6月8日出版的《科学》杂志。

在长达20个月的火星探测期间,科学家利用好奇号上的火星样本分析仪(SAM),对火星大气中的甲烷进行了十几次探测。其中有两个月,也就是2013年底和2014年初,4次测量的平均值为7 ppb(1 ppb为十亿分之一),而在此前及此后,测量平均值只有这一数据的1/10。

图片 4好奇号在火星表面的沉积岩中发现古老的有机物。图片来源:NASA

远古有机分子现身

好奇号还在一块被称为Cumberland的岩石上钻孔,并在钻出的岩石粉末中检测到了其他火星有机化合物,这是在火星表面首次确凿无疑地检测到有机物。这些火星有机物有可能是在火星上形成的,也有可能是由陨石带到火星上去的。

第二个发现则是,在超过3个火星年(差不多6个地球年)的时间里,好奇号观察到火星大气中的甲烷含量在发生季节性变化。这两个发现表明,尽管火星表面条件极其恶劣,曾经宜居甚至可能拥有生命的证据,在火星上保存至今的可能性似乎更大了。

在盖尔陨石坑,“好奇”号钻入一块约30多亿年前的沉积岩仅5厘米时,发现了有机分子。此次识别出的分子包括噻吩、苯、甲苯、以及丙烷、丁烯等短链碳,有机碳含量达百万分之十的数量级,甚至更多,与火星陨石检测到的有机碳的含量接近,约为此前在火星表面探测到的有机碳含量的100倍。

有机分子含有碳元素,通常也含有氢元素,是生命的化学构建原料,不过它们的出现并不意味着就存在生命。好奇号对大气及岩石粉末样本的这些分析结果,并不能揭示火星上是否存在过活的微生物,但这些发现确实揭示了今天的火星在化学上仍在活跃,也揭示了远古的火星上存在适宜生命的环境。

图片 5这些沉积岩在远古时代曾是火星上一座湖泊的湖底。图片来源:NASA

有机分子由碳、氢组成,可能还包含氧、氮和其他元素。虽然有机分子通常与生命有关,但也可以通过非生物过程产生,并非存在生命的必要指标。

“我们会继续研究由这些发现引出的难题,”美国加州理工学院的好奇号项目科学家约翰·格罗青格(John Grotzinger)说,“我们能不能了解是什么样的化学过程导致火星大气中的甲烷含量出现如此起伏?我们能不能从一大堆岩石目标中挑出存在有机物可以被检测到的探测对象?”

这两个发现都归功于好奇号火星车上的SAM化学实验室。SAM的意思是“火星取样分析”,能够分析采集样本的化学构成。

两篇论文主要作者、NASA戈达德太空飞行中心的珍妮弗·艾根布罗德说:“‘好奇’号尚未确定有机分子的来源,不管这些有机物是远古生命留下的记录、是生命的食物、抑或没有生命也能存在,都能提供与火星环境和演变过程相关的化学线索。”

科学家花了好几个月的时间来确定,在Cumberland样本中检测到的有机物是否真的来源于火星。好奇号上的SAM先前也在几份样本中检测到了一些有机碳化合物,但事后证明,那些有机物是藏在火星车内部从地球上被带过去的。不过,大量的检验和分析研究现已确定,这一回检测到的有机物确实来自火星。

图片 6好奇号上的SAM化学实验室。图片来源:NASA

艾根布罗德称,新发现表明,有机分子可以在苛刻的火星表面环境中保存数十亿年。

要辨明岩石中的火星有机物到底是哪种化合物,这是相当复杂的,因为火星的岩石和土壤中存在高氯酸盐。当样本在SAM中被加热时,高氯酸盐会改变有机物的结构,因此火星岩石中到底存在哪种有机物,现在仍然未知。

好奇号对火星岩石进行了检测。 先用机械臂选取碎岩样品,把它们送入SAM加热,再把释放出来的气体送入分析室,用电子流分解其中的物质,分析它们的化学构成。

尽管火星表面现在并不宜居,但有确切证据表明,在遥远的过去,火星气候使液态水——生命必不可少的成分在地表聚集。“好奇”号火星车提供的数据显示,数十亿年前,盖尔陨石坑内的水湖拥有生命所需的所有成分,包括化学分子与能源等。

“首次确定火星岩石中存在有机碳,给我们带来了极大的希望,”美国麻省理工学院参与好奇号合作研究的科学家罗杰·萨蒙斯(Roger Summons)说“有机物很重要,因为有机物能够告诉我们它们是通过什么样的化学途径形成并被保存下来的。进而,这可以让我们了解地球和火星的差异,并确定盖尔环形山(好奇号正在探测的火星区域)沉积岩所代表的特定环境是否或多或少有利于有机物的积聚。现在的挑战在于,要在夏普山上找到其他岩石,其中可能存在不同甚至更多种类的有机化合物。”

SAM发现的是火星古老岩石中保存的大型有机分子碎片。科学家认为,这些岩石来自远古的火星湖底。这些有机分子由碳和氢组成,还可能包括氮、氧等其他元素。这有可能来自古老的火星生命…… 不过,非生物过程也可以制造出有机分子。

艾根布罗德说:“火星表面暴露于宇宙辐射中。辐射和刺激性化学物质都会使有机物分解,此次能在火星宜居时沉积下来的沉积岩顶端5厘米处发现远古有机分子,对我们来说是个好兆头。未来我们将继续向下挖掘,进一步揭开火星上有机分子的‘庐山真面目’。欧洲空间局的‘火星太空生物’漫游车将向下深挖,一直挖到地下两米处,有可能挖到未经受严重太空辐射的岩石。”

图片 7好奇号在一块被称为Cumberland的岩石上钻孔,并在钻出的岩石粉末中检测到了其他火星有机化合物。图片来源:NASA/JPL

SAM做的另一件事是“嗅探”空气。

为了识别出火星土壤中的有机物,“好奇”号对来自盖尔陨石坑四处区域的沉积岩进行了取样。这种泥岩由数十亿年前泥沙在古湖底淤积而逐渐形成。研究人员用“好奇”号的火星样品分析仪对样品进行了分析。

科学家还报告了好奇号对火星水的探测结果,这些水在30多亿年前被“封存”在了Cumberland岩石的湖床矿物质当中。好奇号的研究结果表明,在这片湖床形成前火星就已经丧失了大量的水,在形成之后也仍在继续损失大量的水。

图片 8SAM用于“嗅探”空气的设备。图片来源:NASA

研究人员称,2013年,SAM在盖尔陨石坑最深处的岩石中检测到一些含氯有机分子,此次新发现进一步丰富了火星远古湖泊沉积物中的分子种类,也有助于解释这些分子为何得以留存至今。

数十亿年前被封存在岩石样本中的这些水分子,在SAM加热样本时被释放了出来。SAM分析了其中的氢同位素,揭示了火星上水的演变历史。水分子中重氢同位素(即氘)与最常见氢同位素(即氕)的比值,提供了一个重要的标记,可以与火星演化历史的不同阶段进行比对。

它检测到了火星空气中的甲烷。这是人类第一次观察到火星大气里的甲烷存在周期性变化。在温暖的夏季,甲烷含量达到顶峰;而在寒冷的冬季,甲烷含量有所下降。

大气中甲烷浓度季节性变化

NASA戈达德航天中心的SAM首席研究员保罗·马哈菲(Paul Mahaffy)说,“好奇号对远古岩石中提取出来的气体所作的测量,能够告诉我们火星上的水是如何丧失的,这确实非常有趣。”

图片 9火星大气中的甲烷含量存在季节性变化。图片来源:NASA

在第二篇论文中,科学家描述了在大约3个火星年中,火星大气层中甲烷浓度的季节性变化。SAM也检测到了这种变化。

跟较重的氘原子相比,较轻的氕原子更容易从火星的高层大气逃逸出去,因此火星上的氘氕比一直在发生变化。为了回溯过去,看看火星上水中的氘氕比如何随时间变化,科学家可以分析测量现在火星大气中的水分子,以及火星历史不同时期被封存在岩石中的水分子。

在地球上,90%的甲烷由生物产生。这让科学家不得不考虑这样一种可能性,火星甲烷可能来自地表下的生命。当然,甲烷也可能由非生物来源产生。现在还不能确定什么,所以,人类还得继续研究火星!

这些甲烷也许来自水和岩石之间的化学反应,但科学家不能排除甲烷源自生物的可能性。此前,科学家已经在火星大气中发现过大量的、以羽状喷流形式存在的甲烷。但此次新发现表明,盖尔陨石坑内所含的少量甲烷,其浓度会在温暖的夏季月份反复出现峰值,并在冬季下降,年年如此。

地球上发现的火星陨石也能提供一些信息,但那些记录都是断断续续的。没有任何一块已知的火星陨石,与好奇号在火星上研究的这块岩石年纪相当。按照好奇号的测量结果,Cumberland岩石形成于大约39亿到46亿年前。

在火星大气中找到甲烷,发现古老的碳留存于火星地表,这些发现让科学家更加确信,NASA的火星2020漫游车和欧洲空间局的ExoMars火星车将在地表和浅层地下发现更多的有机物。(编辑:Steed)

该论文主要作者、NASA喷气推进实验室的克里斯·韦伯斯特说:“这是我们首次看到甲烷浓度出现重复,这得益于‘好奇’号的长寿,使我们能看到这一季节性变化规律。”

好奇号在Cumberland样本中发现的氘氕比,大约是今天火星大气层中水蒸气氘氕比的一半,表明自这块岩石形成以来,火星上丧失了大量的水。然而,如果假设火星上最初的水与地球上的水来源相同,即火星水的氘氕比原本比与地球上的海水相当,那么Cumberland样本中水的氘氕比就要比火星上最早的水高出大约2倍。这表明,在这块岩石形成之前,火星上水已经有过大量损失了。

火星大气中的甲烷一直是科学研究的热门话题。甲烷无法长时间留存在大气中。既然火星大气中始终存在甲烷,就说明一定存在持续不断的甲烷来源,考虑到地球上甲烷与生物之间的联系,科学家认为必须解开这个谜团。

好奇号对火星大气中甲烷浓度的观测结果,本周在线发表在《科学》杂志网站上。对Cumberland岩石中有机物的检测,也在等待发表。(编辑:Steed)

为未来火星探索奠定基础

此次“好奇”号漫游车在火星大气中发现甲烷、在其地表发现古代碳,让科学家们的信心大增。他们相信,NASA的“火星2020”和ExoMars漫游车还将在火星表面和浅层地表中发现更多有机物。

据悉,“火星2020”漫游车将于2020年7月发射升空,主要任务是确定火星环境的可居住性,寻找过去生命的迹象等;ExoMars漫游车也将于2020年7月发射升空,将到火星表面以下两米深处,寻找古老的甚至现在仍然存在的微生物。

这些结果有助科学家进一步厘清火星是否存在生命。NASA“火星探测项目”首席科学家迈克尔·迈耶说:“火星上存在生命吗?我们不知道,但这些结果告诉我们,我们的方向是正确的。”

NASA科学任务理事会副会长托马斯·赞布臣说:“火星借助这些有机分子和甲烷告诉我们,要继续进行,不断寻找生命的证据。我相信,我们正在进行的和计划中的任务,将在红色星球上获得更激动人心的发现。”

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