好奇号将开展“湿”化学实验分析 探寻火星生命分子

2017年02月14日07:46  来源:《中国科学报》
 
原标题:探寻火星生命分子

  

  在2016年9月好奇号的自拍中,在漫游器主相机的右方可以看得见远处的夏普山。

  图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

  美国宇航局(NASA)好奇号探测器的控制者们一直在耐心等待,他们已经为启动一项重要实验等待了太久。这个漫游器腹部折叠了9个不锈钢套管,每个都装着溶剂,它们是该探测器探寻古代海洋生命迹象的最佳装置。现在,在登陆火星的第五个年头,好奇号已经到达一个被认为是富有潜力的狩猎点的山峰,任务科学家已经准备好将新钻出的泥土置入其中一个珍贵的湿化学杯中。但目前出了一个小故障——从2016年12月开始,好奇号已经不能钻探了。

  问题类似于机械设备上延长钻头的停车刹车出现故障,这有些严重。“我们有一些忧虑。”加州帕萨迪纳市喷气推进实验室好奇号项目科学家Ashwin Vasavada说,但该钻头依然会间歇性地做出回应。“我们还没有处于它完全罢工的情况”。

  时间依然在为这个年老的探测器而流逝,一些外部科学家后悔没有利用湿化学杯。岩石已经刺破了它的轮子,其衰变放射性电源的能量产出已经下降了15%。布朗大学行星科学家Jack Mustard说,他理解该团队的犹豫。但他希望“该任务能够用湿化学设备更快地向前推进”,他说,“我非常渴望见到可以了解的内容。”

  马里兰州戈达德空间飞行中心的Paul Mahaffy也是如此,他带领的团队负责该漫游者的机载实验室——火星样本分析仪(SAM)。SAM团队已经嗅到了出乎意料丰富的有机分子,他们还发现了衰变脂肪酸的诱人迹象(在理论上这是古微生物细胞壁的潜在痕迹)。但这些和其他有机分子也可能来自地球上的污染,抑或来自于古火星火山或是陨石。现在,该团队希望了解更多。“痕迹就在那里。”Mahaffy说,“获得更确切信息的方式就是湿化学方法。”

  SAM的工作方式是接收钻探或收集来的火星沙砾,将其置入可以放在炉中加热到1100℃的套管中。科学家会在形成的烟气中筛选,探寻分子标记。在圆盘传送带上的74个杯子中,大多数是用来开展“干”化学实验的石英管,其中有29个已经被使用。但机载的9个溶剂杯却用铝箔密封,旨在分析诸如氨基酸和衰变脂肪酸等有机分子,否则它们会抵制蒸发。

  即便是使用干实验杯,该团队也必须克服一些障碍。火星土壤高氯酸盐(富含氧气的盐)饱和。除了在地表分解有机分子之外,高氯酸盐还会在SAM中产生恶作剧——它们会与该设备采样的有机物发生反应。此前还有一件明确的事情,其中的一个湿杯发生溶剂泄漏,产生了稳定的背景污染,这需要若干年才能化解。但这次泄露也提供了一个机遇:在低温下烘烤样本释放其高氯酸盐,使其在周围的溶剂中暴露两天,然后恢复加热,SAM团队即可得到一些有机“猎物”。

  几年前,该团队利用好奇号在降落地点盖尔陨坑附近黄刀湾钻探的泥岩样本,发现了氯苯(含有6个碳原子的环形分子)和其他氯代有机物。这些分子据认为来自与炉中高氯酸盐的反应,从而使其来源蒙上了一层神秘的面纱。但它们的出现是一个非常重要的线索,法国普瓦捷大学地质化学家Claude Geffroy说,他正在研究欧空局计划发射的天外火星探测器的类似SAM的仪器。“它意味着火星环境中存在有机物”。

  2014年年底,好奇号进入默里地层。根据最近观察的泥岩裂缝验证,它是另一块据认为可追溯至35亿年前的泥岩。漫游者钻探了处于高温之下的岩石,它会释放含硫的有机物质。这些分子不可能是污染物,因为好奇号探测器此前从未探测到它们。这个样本和其他若干样本还产出了浓度惊人的有机片段,浓度可达百万分之几。Geffroy说,这样的结果是20世纪70年代海盗号火星探测器观测到浓度的100倍,非常“令人吃惊”。实际上,现在大多数SAM科学家认为,“有机物在很多样本中更为普遍”,Mahaffy 说。

  现在,更有趣的是一些链条更长、质量更大的有机分子,它们是由于溶剂泄露到周围环境而检测到的。它们的身份并未辨明,但很多类似于脂肪酸的残留物。生命通常会以偶数形式炮制出脂肪,其链条为12、14、16和18个碳原子的长度,发现类似模式的痕迹是Mahaffy梦寐以求的生物标记。脂肪是非常好的目标,华盛顿特区卡内基科学研究所地球物理实验室执行主任George Cody补充说。但它们也可能是常见的实验室污染,是由技术人员的指印留下的。任何相关发现都面临着考证其起源的严格考察。

  科学家可能会通过一次湿化学测试跟踪这些线索。但在2016年12月停工两周修理钻头之后,好奇号团队决定再次开始前行,其身后留下的是一个有潜力的钻探点和潜在的湿化学目标。

  同时,工程师仍在继续了解为什么钻头的刹车有时不能释放。火星上的研磨或刨屑使钻头造成的磨损可能让它失灵。到目前为止,科学家尚无修复它的明确方法。

  即便钻头最终不能使用,NASA的科学家也有应对设备失灵的后备方法。好奇号还有一个铲臂,它们可能会非常幸运地发现一些近日暴露的非常容易抓取的物质。

  现在,好奇号已经有机会用一只湿化学杯检验保存了有机质的另外两块不同的泥岩。Mahaffy 希望,他们还有另一次机会。(晋楠编译)

(责编:魏艳、赵竹青)

推荐阅读

“天神任务”等同时入选全球和中国十大航天新闻2016年全球十大航天新闻和中国十大航天新闻评选结果揭晓。“墨子号”、“天宫二号和神舟十一号任务”以及“长征五号”成为2016年度热点,同时入选全球十大航天新闻和中国十大航天新闻。【详细】

中国民营商业航天大热 “首单”花落谁家?在“国家队”为主的商业航天市场中,民营组织正在快速进场,包括运载火箭、卫星研制等领域的一大批民营企业,期望尽快占领“国家队”以外仍旧广阔的市场份额。……【详细】