零距離科學:火星任務——尋找遠古生命痕跡

零距離科學:火星任務——尋找遠古生命痕跡

我們想讓你知道的是

今集《零距離科學》會為大家介紹近年正在進行中的火星探索計劃,和經歷在新冠肺炎的大流行下不一樣的火箭發射倒數。

文:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

從好奇心到鍥而不捨——火星生命探索計劃

太陽系有八大行星,小行星帶內有四個有岩石外殼的行星,其中水星太近太陽,金星的大氣全是二氧化碳,都不適合我們已知的生物生存。火星則在構成成份和地貌上和地球相似,只是表面沒有液態水,如果說要在太陽系內找尋第二個有生命的地方,火星就是首選。

由好奇號開路——火星上的三角洲

2012年,火星探測器好奇號(Curiosity)登陸火星,在一個類似地球上的三角洲的地貌中,發現了被沖擦得圓滑的石頭。科學家認為這顯示火星上曾經有河流,地球上的三角洲是由河流匯聚而成,沉積著由上游累積而來的有機物,當中夾雜著很多不同種類的微生物。

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好奇號在火星上找到的圓滾石頭,顯示火星上曾經有河流。

地球和火星為鄰,同樣有由岩石形成的地殼。通過分析地貌和其他資訊,科學家認為早在約三十多億年前,地球和火星表面的環境很相似,同樣存在著液態水,只是在氣候上火星比地球冷一點而已。所以,當時在地球上出現的生物——微生物——很可能也存在在火星上。

有合適的地形是不夠的,生物生存需要一系列化學元素,科學家稱為CHNOPS:碳(Carbon)、氫(Hydrogen)、氮(Nitrogen)、氧(Oxygen)、磷(Phosphorus)、硫(Sulphur)。而好奇號也在火星上的泥土找到含有這些元素構成的化合物,下一步就是要計劃再次把探測車送上火星實際上要做甚麼。

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科學家相信,約在三十多億年前,地球和火星看上去就像孖生兄弟,也很可能同樣存在生命。

由毅力號搜集——火星上的疊層石

NASA的科學家特地到了澳洲西部考察,觀察已知地球上最早由生物留下的痕跡一疊層石。疊層石的外表就是一塊石頭,但切開可以看到一層層的結構,是微生物找到基底後分秘黏性物筫積聚而成,科學家們知道未必能直接找到微生物化石,所以會集中尋找微生物留下的痕跡。

2021年2月,火星探測車毅力號(Perseverance)登陸火星。有別於其他探測車會找平坦而空曠的地面降落,這次任務選擇了耶澤羅撞擊坑(Crater Jezero)。看地形相信是一個由不同河流滙合而成的湖泊,約在36億年前形成,十分符合尋找可能存在過的微生物的痕跡。

如果是在地球上,科學家可以收集大量様本,並帶回實驗室用各式儀器研究,但帶上火星的物品每1克都是金錢,而且這是無人太空任務,只能靠探測車的人工智能自行應變,所以不能做太繁複的實驗,比較可行的方法是先收集樣本,留待下一個火星任務把它們帶回地球。

不過,攜帶把樣本送回地球的火箭的探測器,可能要數年以上才能到達。所以在毅力號起程前,已經要準備好下一次送上火星,用來辨認裝著樣本的試管的儀器。

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毅力號會把裝了様本的試管掉到地上,讓下一架探測車辨認及裝上返回地球的火箭。

在好奇和毅力之外的各種考量

如果以平常的方式在地球上遙控火星上的探測車,每傳達一個指令就需要十多分鐘,絕對趕不上應付緊急狀況,所以好奇號和毅力號都需要有自己的「大腦」自行判斷下一步行動。為了讓探測車練習, NASA的科學家設計了一個盡量接近火星表面的沙土和地型的環境,讓另一架同款的探測車進行測試和修正,而真正上太空的一輛則需要作特別處理。

要知道,尋找地外生命最大的難度,是確保找到的生物不是從地球帶上去的。這不是一件容易的事,地球上所有地方都滿佈著看不見微生物和有機物碎屑,所以開始建造探測車前要先製造一個盡量無菌的環境,每件進入的物品都要消毒。每個進入的人都要清潔和穿著保護衣,雖然理論上只要不停更換手套和護目鏡之類的防護用品就能保持清潔,反正換出來的物品比外面的清潔,不難處理,但換得太過頻密不但影響工作效率,也會消耗很多防護用品,特別是在新冠肺炎大流行的時期,更要能省則省。

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科學家為了確保送上火星的探測車不攜带地球上的微生物,會在出發前一直進行採樣及種菌測試。

毅力號還搭載了不少為人類登陸火星做各種準備的儀器,像是協助觀測火星表面地貌的小型直升機,用來繪製更仔細的地圖,讓將來登陸火星的太空人能更準確定位;能利用火星大氣中的二氧化碳製造氧氣的裝置,計劃將來人類登陸火星的任務不需要帶回程用的燃料等。

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火星的大氣比地球的稀薄一百倍,在火星上使用的直升機需要盡量輕身,和配上更大片能產生上升力量的螺旋,

今集《零距離科學》,會為大家介紹近年正在進行中的火星探索計劃,和經歷在新冠肺炎的大流行下不一樣的火箭發射倒數,不要錯過!

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於5月21日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

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責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


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