整個(gè)8月份，全世界最令人興奮的科學(xué)新聞無(wú)疑屬于火星。2008年7月31日，美國宇航局（NASA）科學(xué)家宣布：“鳳凰”號火星探測器在火星上加熱土壤樣本時(shí)鑒別出有水蒸氣產(chǎn)生，從而確認火星上有水存在。
從19世紀70年代起，火星和它上面的水持續不斷地挑逗著(zhù)公眾和科學(xué)家們的好奇心。隨著(zhù)“鳳凰”號2008年5月25日成功登陸火星北極區之后，答案逐漸顯現。一個(gè)火星與水的故事由此變得完整。
但是，8月5日，“鳳凰”號發(fā)現的一種高氯酸根，又讓這個(gè)故事頓生波瀾，一時(shí)間在全世界引起廣泛關(guān)注。
日前，多次參與NASA及歐空局火星探測研究的圣路易斯華盛頓大學(xué)地球與行星科學(xué)系華裔科學(xué)家王阿蓮接受《科學(xué)時(shí)報》采訪(fǎng)，解密“鳳凰”號火星探測任務(wù)，帶來(lái)這一神奇太空故事的完整版本。
火星發(fā)現水意味著(zhù)什么
對火星上生命的探索是人類(lèi)最核心的追求，這也是持續數十年水與火星纏綿故事的主題。無(wú)疑，火星發(fā)現水的消息是迄今這一故事最令人興奮的高潮。
“‘鳳凰’號此次發(fā)現的水實(shí)際是以冰的形態(tài)存在的。這的確是非常令人興奮的發(fā)現，但事情都是一步一步做過(guò)來(lái)的。‘鳳凰’號的發(fā)現只是火星探測一系列發(fā)現中最近的一次。”王阿蓮十分理解公眾的關(guān)切，但她更強調火星上水的發(fā)現是一個(gè)長(cháng)期探索的自然結果，并非由“鳳凰”號一蹴而就。
如何評價(jià)這一發(fā)現在人類(lèi)火星探測歷史上的地位？王阿蓮表示，科學(xué)家們一直相信火星上有水的存在，并不斷通過(guò)發(fā)射火星軌道衛星和登陸探測器進(jìn)行求證。從“奧德賽”火星軌道衛星在火星赤道地區發(fā)現大量的氫，到此后火星登陸車(chē)“勇氣”號和“機遇”號發(fā)現含水礦物，再到這次“鳳凰”號在北極地區找到大量水冰存在的直接證據，科學(xué)家們對于火星水的探測是一步一步走到今天的。“毋庸諱言這一發(fā)現的重大意義，但這是一個(gè)歷史延續的結果。”
實(shí)際上，美國在1999年曾發(fā)射過(guò)一臺“火星極地著(zhù)陸器”，但在著(zhù)陸時(shí)失蹤了。兩臺火星登陸車(chē)“勇氣”號和“機遇”號的成功著(zhù)陸和在近4年的探測中發(fā)現的大量含水礦物，既錘煉了隊伍也鼓舞了精神。此次“鳳凰”探測器利用了原來(lái)的“火星極地著(zhù)陸器”的部分探測儀器，將其命名為“鳳凰”號，是取鳳凰涅槃重生的意思。因此，也可以說(shuō)，“鳳凰”號對火星水的突破性發(fā)現是集大成的結果。
“鳳凰號”眼前的火星一片荒涼 |
神秘的高氯酸根
在7月31日NASA的正式消息公布的同時(shí)，有美國媒體援引NASA和科學(xué)界消息人士的話(huà)說(shuō)，在火星上不但發(fā)現了水，而且在數星期后還將公布一項在研究火星土壤過(guò)程中獲得的“更為實(shí)質(zhì)性”的發(fā)現。該報道宣稱(chēng)，這項所謂的“更為實(shí)質(zhì)性”的發(fā)現涉及到了在火星上“可能有生命存在”的問(wèn)題。
報道確有其事，不過(guò)據王阿蓮透露，當時(shí)獲得發(fā)現的科學(xué)家非常激動(dòng)，一不小心走露了消息，“耳朵很尖”的美國媒體趕緊報道，反而顯得十分神秘。“NASA歷來(lái)的外空探測項目都是由科學(xué)團隊發(fā)布結果，一點(diǎn)沒(méi)有要隱瞞的地方。”
很快謎底揭曉。8月5日，美國國家宇航局在其網(wǎng)站公布的最新消息中作出澄清，“鳳凰”號探測器在火星土壤中檢測到了高氯酸根。高氯酸鹽是一種強氧化物質(zhì)，通常認為其對微生物在火星上的存活不利，但在地球上的自然環(huán)境中又多有發(fā)現，例如其在智利干旱的阿塔卡瑪沙漠土壤中自然存在。一些地球上微生物的食物也含有高氯酸根，并且某些植物能夠濃縮這類(lèi)物質(zhì)。人工合成的高氯酸鹽多被用來(lái)制造慶典時(shí)使用的煙火和火箭燃料。
對于生命存在具有重要意義的水在火星上被證實(shí)，本來(lái)是一個(gè)好消息，但被視為“生命的毒藥”的高氯酸根的出現，似乎給那些希望找到火星生命的公眾當頭潑了一盆冷水。但科學(xué)家們卻并不這樣看。NASA網(wǎng)站上的消息公布了發(fā)現高氯酸根的全部過(guò)程。“發(fā)現高氯酸鹽對于生命而言既不是好事也不是壞事，但它使我們重新評估對于火星生命的認識。”NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗室的MECA（顯微、電子化學(xué)及傳導分析儀）首席科學(xué)家Michael Hecht表示。
“這是NASA一貫的政策。”王阿蓮在接受《科學(xué)時(shí)報》采訪(fǎng)時(shí)表示：“自NASA成立之日起，它就要面對公眾，因為它花的是納稅人的錢(qián)，就要不斷地發(fā)布消息，讓公眾知道它做了哪些事情，借此吸引公眾的注意，同時(shí)激勵年輕孩子們，他們將會(huì )成為下一代NASA的科學(xué)和工程團隊。”
據王阿蓮介紹，這次“鳳凰”號上裝備了兩臺重要的儀器，一個(gè)是MECA，是一種濕化學(xué)儀器，它有4個(gè)類(lèi)似化學(xué)實(shí)驗室中用的“小燒杯”。“鳳凰”號機械臂把挖掘到的土壤放入其中，進(jìn)行濕化學(xué)分析。MECA帶有一些探測器，可以探測各種陰陽(yáng)離子。“這次就發(fā)現了高氯酸根的信號，但不能肯定是哪一類(lèi)高氯酸鹽，因為樣品已經(jīng)溶化掉了。”另一個(gè)重要儀器是TEGA（熱萃取氣相質(zhì)譜儀），它有8個(gè)“小爐子”，加熱樣品時(shí)會(huì )有氣體逸出，其后有探測精度很高的質(zhì)譜儀可以探測這些氣體中到底含有什么成分。
“這次兩個(gè)儀器獲取的結果不完全一致，MECA檢測到了高氯酸根，但是TEGA并沒(méi)有捕捉到科學(xué)家們預期中的氯氣逸出。”王阿蓮說(shuō)：“雖然不確定到底是哪種高氯酸鹽，但是NASA還是要發(fā)布結果，這是為了更好地吸引公眾。嚴謹的科學(xué)結論將最終發(fā)表在《自然》、《科學(xué)》和《地球物理雜志—行星科學(xué)》等學(xué)術(shù)期刊上。”#p#分頁(yè)標題#e#
公眾擔心高氯酸根會(huì )對火星生命不利，對此王阿蓮認為，高氯酸根并非是一種從根本上會(huì )抑制生命出現的有毒物質(zhì)，生命物質(zhì)中也發(fā)現有高氯酸根。“目前尚不確定‘鳳凰’號發(fā)現的是哪一種高氯酸鹽。不同的高氯酸鹽有不同的性質(zhì)，哪種陽(yáng)離子與高氯酸根結合會(huì )對生命產(chǎn)生根本威脅尚待確定。”
此外，這些高氯酸根是否是“鳳凰”號運載火箭帶上火星的殘留燃料也有待確認。王阿蓮表示，在科學(xué)研究中進(jìn)行認真的誤差分析十分必要——“鳳凰”號在火星極地的土壤中掘冰十分艱難，再將樣品準確地放入“小燒杯”也需要作很多努力。這些操作和分析過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生一些誤差，需要作出詳盡的分析。NASA“鳳凰”號的科學(xué)團隊目前正處于非常忙碌的探測器操控階段，后續還會(huì )有一些作基礎研究的科學(xué)家加入進(jìn)來(lái)，最終的結果將通過(guò)科學(xué)論文作出報告。
火星上的霜-鳳凰號的腳上的霜的變化 |
探尋火星生命：未竟的旅程
火星大氣稀薄、氣壓很低，受到太陽(yáng)輻射將快速增加動(dòng)能，帶動(dòng)火星表土形成與地球上類(lèi)似的塵暴，有時(shí)甚至發(fā)展成全球性的火星塵暴。塵暴也會(huì )對火星生命遺跡的存留構成威脅。加州大學(xué)教授喬治·德羅利曾指出，火星塵暴產(chǎn)生的電場(chǎng)，會(huì )將火星稀薄大氣里的水和二氧化碳分子割裂開(kāi)來(lái)。那些分子能夠自由地形成過(guò)氧化氫或者其他強氧化劑，這些物質(zhì)將掃除火星表面對形成生命具有關(guān)鍵性作用的任何有機分子。
然而這并不能排除火星環(huán)境下可能的生命形態(tài)與地球不盡相同。“這個(gè)想法在所有作火星探測的科學(xué)家的腦海里都存在。”王阿蓮表示。雖然不在天外生命探測的領(lǐng)域中工作，但是她通過(guò)學(xué)術(shù)會(huì )議大致了解其中的基本觀(guān)點(diǎn)。“會(huì )有一些共同點(diǎn)，如需要有長(cháng)時(shí)間的液態(tài)水存在，基本的氮、磷、氧、碳等可能還是基本的生命組成元素，但到底以什么樣的化學(xué)鍵相結合還有待探索。”
在火星上尋找生命無(wú)異于大海撈針，現在人類(lèi)僅僅走完第一步，找到了水，但接下來(lái)水的酸堿度是否適合還需要研究確證。此外，王阿蓮認為，什么樣的儀器能夠真正探測火星生命還有待研究設計及證實(shí)。“這樣的探測技術(shù)如果不成熟也不能馬上飛，畢竟一個(gè)螺絲釘沒(méi)有擰緊就可能前功盡棄，必須一步一步做嚴謹的工作。”
眼下，由于“鳳凰”號找水的巨大成功，NASA決定將它的任務(wù)再延長(cháng)至9月底。“從NASA的角度講，送一套很貴的儀器上火星，只要能夠工作就會(huì )繼續盡量爭取多出成果。”王阿蓮說(shuō)。據了解，發(fā)現高氯酸根有功的MECA的4個(gè)燒杯已經(jīng)用了2個(gè)，余下的2個(gè)將繼續用于分析火星土壤以重證高氯酸根的存在。“鳳凰”號將繼續在其周?chē)M(jìn)行挖掘，進(jìn)一步提高冰在土樣中的比率，不斷摸索提高樣品輸入的準確性，并使用熱萃取氣相質(zhì)譜儀作進(jìn)一步分析。
除了尋找水和含有生命特征的物質(zhì)之外，“鳳凰”號還承載了一臺由加拿大研制的極地低溫“氣象站”儀器，用來(lái)研究火星氣候的變化。但目前，對“鳳凰”號壽命最大的威脅是天氣，因為它很接近火星北極，日照將越來(lái)越短，它的太陽(yáng)能電池板將面臨考驗。
新的火星探測計劃正在路上。NASA將于2009年發(fā)射“火星實(shí)驗室”登陸車(chē)。歐空局的“地外火星”登陸車(chē)將于2013年發(fā)射，繼續探索火星生命。執行這一計劃的團隊以歐空局科學(xué)家為主，美國派科學(xué)家參加。王阿蓮2007年獲得NASA資助，參與這項新的研究計劃。(李曉明)
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