NASA火星探測器「毅力號」採樣的岩石標本不見了!科學家想在標本裡找什麼?

NASA火星探測器「毅力號」採樣的岩石標本不見了!科學家想在標本裡找什麼?
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我們想讓你知道的是

科學家或許無法發現火星上有任何生命跡象,但如果他們成功發現了,並且證明火星生命與地球上的生命具有共同的進化譜系,那我們至少能知道一件事:我們在宇宙中並不孤單。

編譯:Yi-ching Kuai

NASA毅力號火星探測器的岩石標本不見了

美國NASA火星探測器「毅力號」執行任務近六個月後,第一次採集岩石標本:它2公尺長的機械臂末端,有鑽孔和取芯的裝置,能夠切割並取出手指大小的岩石標本,然後把標本送到探測器內的處理系統,讓處理系統把岩石裝進鈦金屬圓柱中密封起來。

理想上是這樣沒錯,但在密封前,用相機和探針評估收回收標本的量時,卻發現金屬管中空空如也:岩石標本連個影子都沒有。

毅力號發送回任務控制中心的初始圖像顯示,毅力號確實鑽了一個孔,看似從岩石中提取標本後,按照計劃在機體內進行了處理。NASA噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)裡的一些人,甚至公開慶祝了毅力號採集岩石標本成功。

但是毅力號發送的最新數據和圖像顯示,毅力號在鑽探過程中並沒有採集到岩石。任務團隊挖空心思企圖找出問題所在。目前最受支持的理論,是把問題歸咎於火星岩石出乎意料的特性,而非毅力號本身有機械故障。任務團隊期望更多從火星傳回的圖像和遙測數據可以解開這個謎團。

「起初的想法是,管子是空的可能是因為目標岩石在取芯過程中,反應並不如我們所預期,不太可能是因為採樣和存放系統的硬體問題。」美國NASA位於加州的噴射推進實驗室的毅力號計畫的經理珍妮弗・卓斯珀(Jennifer Trosper)說。「接下來的幾天,團隊會花更多時間分析我們手頭上有的數據,並取得一些額外的診斷數據,來了解空管的根本原因。」

岩石標本採集不是易事

火星探測器在火星地表中敗下陣來已經不是第一次。2007年,NASA的「鳳凰號」發現火星「北極」地區的土壤具有黏性,使得探測器難以將標本送入機載實驗室;2018年,「洞察號」努力將溫度儀器送入地面,但最終失敗了,因為火星地質出乎意料地有抗性。

毅力號於今(2021)年2月登陸火星,位於寬45公里的耶澤羅撞擊坑(Jezero)。它的任務是試圖確定火星上是否存在或曾經存在過生命。

到目前為止,小毅(Percy,是毅力號Perseverance的暱稱)一直忙於在火星上安頓下來。在它的機器人夥伴,「獨創號」(Ingenuity)無人直升機,圍繞耶澤羅一次又一次飛行成功的同時,小毅還在四處逛逛——欣賞風景、用雷射射擊石頭、拍下10多萬張照片、製作周圍地區的地圖,以及從富含二氧化碳的大氣中製造氧氣。

這些都只是小毅主要任務的序幕而已,重頭戲是研究岩石、尋找古代生命。理論上來講,車載成像儀和化學感測器都有可能做出劃時代的發現,但若沒有把火星岩石帶回地球分析,任何發現都不能算是圓滿。

這個看似微小的地質採樣行動,其實標誌著「火星標本返回」運動的開端,這是一項跨機構、多任務的目標,旨在把這個標本——和未來的更多標本——帶回地球。

這次採樣工作的重要性對於整個毅力號團隊,乃至於對地球上的大多數行星科學家來說,意義非凡。毅力號的行動是一場宏大探索的開端,可能會徹底改變我們對火星和生命本身的看法。多虧了幾代科學家和工程師的汗水、鮮血和淚水,這一切才得以實現。

在毅力號計畫收集的43個標本中,第一個來自一個名為「隕石坑斷裂粗糙處」(Crater Floor Fractured Rough)的古老地質單位,是毅力號2月份登陸火星位置的岩石。雖然小毅從那之後一直在這塊岩石上漫遊,但科學家對它仍然所知甚少。比如,他們還不能確定岩石的起源是火山——如果是火山形成,那它可能是探測器遇到最古老的岩石,還是沉積物——由流水或風覆蓋更古老的物質而形成。

解決這個基本難題,研究人員就能確定耶澤羅的地質資訊。「不管它是什麼,它對於整個盆地的地質歷史都意義重大,」NASA詹森太空中心(Johnson Space Center)毅力號返回標本科學家賈斯汀・西蒙(Justin Simon)說。

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期待已久的破土

今夏稍早,毅力號團隊相中了毅力號附近一塊布滿灰塵的岩石,作為期待已久「破土」動工的對象。小毅擦掉一小塊表面上的灰塵後,用它的兩個小工具:「X射線岩石化學行星儀器」(Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry,簡稱PIXL)和「拉曼和發光現象掃描宜居環境中的有機物和化學物」儀器(Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals,簡稱SHERLOC「夏洛克」〔註〕)了解更多關於火星地質的化學成分。

噴射推進實驗室毅力號計畫系統工程師瑞克・韋爾奇(Rick Welch)解釋,直到現在,「重大事件」才發生。

8月5日晚間,地面控制人員向毅力號發送命令,使用2公尺長的機械臂接近並鑽入岩石,提取圓柱形岩芯標本,尺寸接近粉筆大小。在毅力號內第二支更粗壯的機械臂接手標本,通過多個儀器,標本檢視並拍照,然後最終密封存放。

從取芯到存放,整個過程不到8個小時就完成了——這是一項工程壯舉,尤其是對於那些熱切想知道這些岩石是否包含生命證據的科學家。

結果,岩石標本卻丟了。

美國NASA科學任務局副局長湯瑪斯・朱布肯(Thomas Zurbuchen)在最近的一份聲明中說:「雖然這不是我們所希望的『一桿進洞』,但開闢新天地總是存在風險。我相信我們有合適的團隊來解決這個問題,我們會堅持不懈地尋求解決方案,確保未來會成功。」時機成熟時,他們將再次嘗試採樣岩石。

科學家想在岩石標本裡找什麼?

西班牙太空生物學中心研究員、毅力團隊歐洲返回標本顧問瑪麗亞-帕斯・佐爾扎諾(María-Paz Zorzano)說,無論是在火星還是地球,太空生物學家在研究岩石時,尋找的目標都是由微生物產生富含礦物質的結構。

樂觀來說​​,這些結構會類似於地球的疊層石(Stromatolite),疊層石是一種雖然如今很少見,但在部分35億年前的岩石中數量豐富的層狀微生物群化石。但是,沒有人會把賭注押在這麼明確的發現上。

大多數其他聲稱很古老、生物產生的礦物結構都飽受爭議,因為就連在我們自己的星球上,一些被認為是有機體起源的結構,也常常在之後證明是非生物起源。要把這種推斷延伸到地球之外——就像現在臭名昭彰的「火星隕石微化石」之說——確實前景堪憂。

這就是為什麼任何有可能的結構,都需要用生物標誌物(以某種方式表明生命存在的分子)來證實。我們熟悉的生化指標,如DNA、RNA和蛋白質,都因為容易受到輻射和地質活動的降解而不適合這類搜索;用於細胞膜的脂肪「脂質」可以保存更長時間,因此可以用作古代生命的標記;與生命有關的其他化學物質的集合,包括磷、硫和各種氮基化合物,能保存上萬年;能夠吸收特定波長光線的生物色素,如葉綠素,也能保持一定程度的完整。

人類在宇宙裡並不孤單?

撇除將標本送回地球所需的10年不提,科學家對古代生命的調查也會是一個無比漫長的過程:月復一月、年復一年,每個對岩石樣本似是而非的非生物性解釋都得一個接著一個排除。與此同時,任何假定的生物標誌物都必須與火星的環境不相違背:如果某個有確鑿古代生物特徵的岩石,同時記錄了已知對生命不利的條件,那研究人員就只是找到一個可能需要往後數個世代的人接力解開的深奧謎團。

科學家或許無法發現火星上有任何生命跡象,但如果他們成功發現了,並且證明火星生命與地球上的生命具有共同的進化譜系,那我們至少能知道一件事:我們在宇宙中並不孤單。

但是,如果我們發現火星上獨立出現的生命,「從科學和哲學的角度來看,(這項發現的)價值難以估量,」加州大學戴維斯分校進化生物學家強納森・艾森(Jonathan Eisen)說。這樣的發現將證明,生命幾乎可以在任何地方出現,就像花朵總是從被遺忘已久的磚牆上冒出來一樣。生命可能是整個宇宙的規則,而不是例外。

火星標本返回之旅才剛剛開始。從第一次嘗試採集所遭遇到的困難來看,這條道路之漫長,看不見盡頭。沒有人能確定踏上此路的人,終有一天能夠抵達太空生物學的應許之地,但有朝一日能夠發現隱藏在火星岩石中的外星生命的夢想仍然相當迷人。

「從統計學上講,宇宙中一定有生命存在。宇宙這麼大,肯定有,」艾森說,「但口說無憑,意義不大。」

註:時常搭配「操作暨工程用廣角地形感應器」(Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering,簡稱WATSON「華生」)相機使用,NASA的科學家借用了大偵探夏洛克・福爾摩斯和搭檔約翰・華生的名字,期待這對組合可以解開火星地質之謎。

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責任編輯:羅元祺
核稿編輯:翁世航


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