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地球是太阳系唯一拥有生命的行星?

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发表于 2016-9-6 22:08:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
在不断搜寻地外生命的时候,太阳系内的近邻是否能给我们提供新的答案呢?地球是太阳系唯一拥有生命的行星?
就在几十年前,认为太阳系中的一些卫星或行星曾经拥有过甚至现在仍拥有生命无疑会遭到严重质疑。现在,得益于不同的无人探测器,我们的认识已大为不同——单单在太阳系中就存在数个潜在的宜居天体。但最大的问题依旧是,这些天体中是否真的有一个目前仍存在生命?我们正在越来越接近这一问题的答案,而这个答案将重新定义我们在宇宙中的地位。
从本质上讲,寻找太阳系中的生命可以分为3个波次。第一波包括环绕木星的“伽利略”探测器和环绕土星的“卡西尼”探测器,它们的探测结果证明存在可能宜居的其他天体,其中最突出的是木卫二、土卫二和土卫六,以及其他一些曾经和火星一样宜居的天体。

地球是太阳系唯一拥有生命的行星?

地球是太阳系唯一拥有生命的行星?

美国航空航天局“木卫二多次飞掠”任务的艺术概念图
探索的下一个波次是我们目前正在进行的,包括计划于2018年发射的“火星生命”漫游车和“木卫二多次飞掠”任务(EM-FM)。它们的目的是探测这些天体是否真的宜居,评估在那里能发现些什么。未来几十年将迎来最关键的第三波,回答“在太阳系中是否真的存在地外生命”这个问题。在此之前,还有一个必须要解决的关键问题。我们知道,在地球上,只要条件适宜,总会有单细胞或多细胞生物存在。从南极洲冰冻的荒原到最深的海洋底部,生命几乎无处不在。因此,如果我们发现其他天体有着和地球类似的环境,那么它们也极有可能拥有生命。唯一的问题是,我们并不确切地知道要找的是什么。
寻找生命的证据其实非常困难。科学家并不期望能找到一棵树或者一条鱼,潜在生命的迹象更加微小得多。

地球是太阳系唯一拥有生命的行星?

地球是太阳系唯一拥有生命的行星?

欧空局“火星生命”漫游车的艺术概念图
也就是说,根据目前的探测结果,太阳系的任何其他天体上可能存在的生命都是微生物。我们不可能在木卫二的海洋中找到一条悠游的鱼,也不会在火星表面看到一只乱窜的老鼠。其原因是,虽然这些天体都拥有生命的要素——水、食物源和能量源,却没有一个能承载在地球上看到的宏观生物。如果在太阳系中还有其他生命,都将是微生物。此外,我们也没有神奇的探测仪器,只要一看采集自某个天体的样本,就能告诉我们那里是不是存在微生物。那么,该如何去证明另一个天体上存在生命呢?我们不知道。现在还没有一击必中的方法。
但是,没必要悲观和沮丧。虽然现在还没有“生命探测仪”,但我们基本上知道生命应该或者可能会是什么样子。对未来的探测任务来说,有一些可以遵循的道路。生命会制造出一系列特定的有机化合物。例如,在其中的每一种分子中都包含大量的碳原子,右旋分子和左旋分子之比也会具有特定的数值,被称为手性。生命也倾向于使用较轻的碳和其他原子来构建其分子,因为移动这些较轻的同位素物质所需的能量也会较少。与之形成对比的是,在陨石或石油的有机物质里,包含的碳原子数、同位素组成和手性分布更加均匀。
寻找这些生命迹象将是一件更为复杂的事情。考虑到这一点,未来几年发射的第三波无人探测器将会致力搜寻这些生命迹象,为我们指明正确的方向。
在这些即将成行的任务中,最令人兴奋的是由欧洲主导的“火星生命”漫游车,它预计在2018年使用俄罗斯的火箭发射升空。它携带的仪器将会寻找过去以及现在火星生命的迹象,并将首次对火星表面进行钻探。由此,它可以对火星表面之下2米处的物质样本进行分析,在这个深度上预期会有液态水的存在。如我们所知,水是所有已知生命形式必需的关键要素。
“火星生命”将要探测的是火星极早期——44亿至38亿年前——可能存在的生命留下的分子信号。因此,它的钻探机必须打穿被宇宙辐射破坏的土层,采集地下深处保存完好的样本。在火星表面向下钻2米并非易事,因为之前的努力达到的最大深度只有10厘米。在开钻之前,还需要确定一个地点,在那里必须曾经有流动的水存在过很长一段时间。幸运的是,这一地点已经选定,即位于克里斯平原地区的奥克西亚平原。“火星生命”上还配备了用于矿物和有机物探测的新一代仪器。它将是一个惊艳的探测任务,会创下许多“第一”。
虽然有许多“第一”,但并非样样都是。在此之前,对火星生命的搜寻从20世纪70年代的两个“海盗”号着陆器就已经开始了。它们都进行了生物学实验来搜索生命迹象,但受限于仪器精度,得到的结果有点模棱两可。不过,这已是当时最好的结果。现在,我们对地球上的生命以及天体生物学的认识已经有了很大的进步。这使得类似“火星生命”这样的任务能够开展更为先进的生命搜寻。“火星生命”上携带了一台特别有意思的仪器,就是拉曼激光分光仪。它将在地球之外进行拉曼分光研究。这项研究可以提供有关分子振动的信息,进而识别出给定样本或地点中的分子,为搜寻生命提供潜在的线索。
在地球上,拉曼分光已被证明是一项非常灵敏且用途广泛的技术,可以用于探测爆炸物和鉴定艺术品。它还能够探测到智利阿塔卡马沙漠中生命力极强的微生物,而当地的环境与火星环境很相似。
虽然还赶不上前面提到的“生命探测仪”,但它已经很接近了。如果“火星生命”能在火星上发现类似地球上的生物分子,那就暗示火星现在或者过去是宜居的。这意味着火星上目前存在生命,或者在火星的岩石中埋藏着微生物的化石。
事实上,早在20世纪90年代,火星就在全球媒体上引起了轩然大波。1996年,科学家宣布在一块名为“艾伦山84001”的陨石中发现了微生物化石。在这一强烈猜测的驱动下,时任美国总统克林顿就发现地外生命的前景发表了电视讲话。“在历经了数十亿年时间和数亿千米距离之后,这块陨石告诉我们地外生命存在的可能性。”克林顿说,“如果这一发现被证实,它无疑会成为科学史上最令人惊叹的发现之一。它的影响将是深远而令人敬畏的。”


然而,随后反对之声不绝于耳。到世纪之交的时候,这一假设已被认为是极其不可能的。这也凸显了要证明或者证否地外生命的存在是多么困难,同时彰显了全世界对最终解答这个终极问题的强烈愿望。
当你声称探测到生命迹象时,有谁会相信你?回答是,没多少。我们可以真切地渴望发现曾经存在的生命,但确认它很可能需要把样本送回地球来进行分析。
不过,这不仅仅是“火星生命”关心的事情。如前所述,在太阳系中至少还有两个天体——木星的卫星木卫二和土星的卫星土卫二——被认为在表面的冰层之下拥有巨大的海洋。最近,美国航空航天局的“卡西尼”探测器穿过了从土卫二地下海洋中喷射出来的物质,以便对其成分进行分析,分析的结果目前还未公布。不过,在未来的10年中,科学家将发射新的任务来详尽地研究这些天体的宜居性,其中最引人关注的是“木卫二多次飞掠”任务,计划发射的时间是21世纪20年代,届时,它会和“卡西尼”一样最终有一个更为正式的名称。这次任务会对木卫二实施45次飞掠,对这颗卫星及其表面展开详细的研究。它也有可能携带一个着陆器,后者会降落到木卫二的表面。虽然它不太可能对木卫二的地下海洋进行直接采样,但它仍是有史以来第一次亲临另一个类似地球的宜居天体进行探测。不过在此之前,我们还有一个大问题没有解决:行星保护规则。如果像木卫二和火星这样的天体确实非常有利于生命生存,那么由航天器意外携带去的地球生命形式就有可能在那里茁壮成长,这可能意味着未来在那里探测到的生命并非是地外的,只不过是地球生命的后裔。
科学家可不希望花20年时间好不容易把探测器送达了土卫二或木卫二的地下海洋,结果却发现了来自地球的生命。根据空间研究委员会(COSPAR)制定的指导方针,任何可能承载生命的地方,例如火星上可能有液态水的地区,都被认为是“特殊区域”,只有满足了极端严苛的消毒程序之后才能往那里发射着陆器。由于人类自身携带了大量微生物和细菌,除非规则被改变,否则这些区域也禁止人类进入。这些规则显然有充分的理由和目的。在搜寻地外生命活动不断升温的今天,有必要强调探测活动必须小心谨慎,以免对有着潜在重大科学价值的地方造成污染。
不过,在所有的问题中最根本的也许莫过于为什么。为什么在太阳系中寻找生命这么重要?如果在木卫二冰冻的表面下发现了微生物,这究竟意味着什么?
在太阳系中若有另一个天体能独立地形成生命,其意义无疑是巨大的。如果在地球之外存在着适宜生命的环境却没有形成生命,这表明我们在宇宙中也许是弥足珍贵的。但是,如果在太阳系中就有两处能独立地形成生命,那么考虑到宇宙中有远超数万亿的行星系统,生命将无处不在。
地球之外是否存在生命目前仍然是人类历史上的重大科学问题之一。但是,我们现在比以往任何时候都更接近找到它的答案。

发表于 2016-11-8 17:49:17 | 显示全部楼层
人类的科学技术发展都不断地改变人类的认知。
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