靠垫儿

巷陌行吟

成员 497 本社精选 3367

下一个火星任务:到火星上寻找生命化石?
yudaoN
首推

美国宇航局下一个火星探测任务就是将火星车送到可能存在生命化石的地点,去采集岩石样本。那么,究竟哪些地点可能有这类化石呢?又有哪些岩石中可能保存有火星生物的遗迹?远在地球上的地质学家需要什么手段才能证明某些岩石构造是生物原因形成的呢?

上图是玻利维亚发现的叠层岩化石。这种岩石或许能为我们在火星上发现生命提供线索。

摄影:FRANS LANITNG, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

撰文:Mark Strauss

  大约40亿年前,当地球活跃起来时,火星逐渐窒息而亡。曾经温暖着火星的厚厚大气层向太空中逸散,骤降的温度导致火星的湖泊和河流结冰,湿润的地表变成了干涸的荒原。

  那么,在这样的时期,生命有可能在那里扎根吗?不久以后,美国宇航局的机器人将抵达火星,收集可能含有远古化石的岩石样本,或许有助于解答人类最基本的一个问题:我们在宇宙中是唯一的吗?

  但,首先,未来的火星化石“猎手”得决定要把机器人送到哪里去。

  下一代火星车名为“火星2020”,它将携带一个复杂的移动地质实验室,用于搜索微小火星生命的遗迹,比如说最有可能在远古火星上存在过的单细胞藻类和细菌。

  某些灭绝的生物可能变成了岩石中的微小化石。或者,就像是蚂蚁会留下空空的蚁穴一样,死去很久的微生物也会改变保存着化石的那些岩石的结构。

  为了缩小搜索范围,敏感度很高的科研仪器将会嗅探生物特征,即远古生物分泌的矿物质和分子微粒。

  美国宇航局心目中已经有了几个很有希望成为着陆地点的位置,比如干涸的湖床或者曾经的深海热液喷口。但是,由于火星车的活动范围有限,挑选最终的地点还需要慎之又慎。

  项目科学家及加州理工学院地球化学家Ken Farley说:“在地球上,你可以派出50个研究生走遍澳洲西部荒原去寻找远古化石。”

  “但我们可不能奢望在火星上还能那么做。我们要在某个地方着陆,然后在15公里的范围内漫游。”

化石探寻者 | 如上图所示,美国宇航局目前为火星2020探测器拟定了8个着陆地点。

挑剔的火星车

  虽然为火星2020探测器挑选着陆地点的任务十分艰巨,但是,我们也有乐观的理由:与地震活动频繁的地球不同,火星本身作为整体,就是一个保存得无可挑剔的化石。

  美国宇航局化石搜寻项目的咨询专家、布朗大学的Jack Mustard打了个比方:“在地球上,我们远古的化石已经在‘洗衣机的滚筒’里翻滚了许多次,因此,能发现某个时代的遗迹已经算是奇迹了。”

  “火星上的岩石应该没有经历过同等程度的损坏,应该没有翻滚那么多次,应该没有被拉伸、挤压、加热、埋藏又挖出。”

  他说,因此,火星大约50%的地表都含有完整的岩石,这些岩石可以追溯到火星形成之后,关键的最初那几十亿年。

  而且,美国宇航局首次,也是唯一一次遇到疑似火星化石,证明了在另一个星球寻找灭绝微生物存在证据的难度。

  20年前, 由David McKay(曾经为阿波罗计划宇航员培训过地质知识)带领的研究团队宣布,他们发现了微小的化石。那种原始的、像细菌一样的生命体遗迹出现在大约13000年前落入地球的火星陨石里,陨石的年龄约有40亿年。

  这个陨石名为ALH84001,在它广为流传的图像中,虫子一样的形状吸引了公众的大量眼球。不过,一些地质学家仍持怀疑态度,而这颗1.8公斤重的陨石,很快就成了历史上被研究最多的岩石。

  接下来的二十年间,研究人员为这些类似化石的结构找到了更为世俗化的解释,他们称这些构造是地质原因而非生物原因产生的。比如,这些特征很可能是研究人员在准备显微镜切片时进行人工增强的不规则纹理。

  这块陨石含有化石的最有力证据是其中有磁铁矿晶体。这种晶体与地球上某些细菌产生的晶体大小和化学成分很类似。

  但是,近年来,地质学家发现,当太空陨石撞入地球时,如果暴露在冲击波里,也会产生磁铁矿晶体。不仅如此,细菌产生的磁铁矿晶体有显著的“珍珠串形状”,这是在那块陨石中未曾发现的。

黏土、燧石和花椰菜

  用火星2020号火星车收集岩石样本的地质学家,同样要面临证据方面的问题。不过,与随机落入地球的陨石ALH84001不同的地方在于,火星车收集到的岩石将根据其品质进行挑选,以便选出那些保存有可辨认的火星生命遗迹的岩石。

  比如说,火星2020号火星车将会寻找燧石和硅石,这两种矿石在地球上是埋藏和保存生物材料的理想材质。黏土矿也是地质学家喜闻乐见的东西,因为,它的出现就暗示那里大量积水曾在那里存在过很长时期。

  当然,地质学家还会特别关注某些独特的岩石构造。2008年,勇气号火星车在火星的古瑟夫撞击坑(Gusev Crater)里拍摄到了非比寻常的花椰菜状硅石构造。该构造与地球温泉中的细菌所塑造的物体惊人地相似。

西澳大利亚鲨鱼湾的潜水中生长的现代叠层石。

摄影:MICHAEL & PATRICIA FOGDEN, MINDEN PICTURES, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE

  另外一种岩石,叠层岩,也是现存生命的主要居住场所。在地球上,这种浅水中层层叠叠的岩石是由微生物席(类似于粘液的物质将小生物体聚在一起形成的薄饼状聚居场所)生成的。微生物席就像是捕蝇纸,能够捕捉沉积物。随着微生物不断地往沉积物上方涌动,便形成了叠层岩。

  今年8月份,一支地质队宣布,他们在格陵兰岛发现了一个已有37亿年历史的叠层岩,是迄今为止地球上发现的最古老的化石。但是,即便有地球上的岩石样本,也并非所有科学家都确信这些远古的结构就是化石,因为,没有微生物席,叠层岩也能形成。

  Farley说:“观察叠层岩跟观察一片树叶的形态结构可不一样。那种东西非常微妙。”

  不过,他仍然坚信火星车能够通过岩石的纹理、单颗微粒的大小和有机化合物的分布来鉴别出火星上可能存在的叠层岩。

  Farley说:“你肯定能鉴别出你期望微生物席产生的那种岩石类型。”

那些东西到底在哪?

  虽然搜寻化石的科学家们已经知道他们要去寻找什么,但是,横亘在他们面前的还有一个更加复杂的问题:从哪里开始搜寻?

  寻找生命时,美国宇航局的口头禅是“跟着水走”。该机构甚至已经在火星上划定了可能存在现代微生物的“特区”,比如在某些撞击坑陡峭的岩壁上定期往下流的液态盐水区域。

  但是,探索这些特区,会对行星保护带来巨大挑战:太空探测器永远不能完全无菌化,探索火星特区可能会造成污染,并因此妨碍我们寻找真正的外星生物。

  幸运的是,火星2020号火星车将只探索曾经有水而现在无水的区域。

  最有可能存在岩石构造的地点已有41亿年至37亿年历史。地质学家将这一时期成为“诺亚纪”。这一时期内,火山爆发将火山灰和气体喷向大气层,困住了太阳的热量,使火星变暖,液态水可能同时存在于地表以上和以下。

  这一时期也与随后的“大轰炸”重合,当时,靠近太阳的几个岩质行星遭遇了彗星和小行星的无情冲撞。科学家认为,这种宇宙撞击为生命创造了有利条件。强力撞击会为火星地表带去更多的水,并将地下矿物质激发出独特的化学特性。

  在某些情况下,这种撞击会造成裂缝,并产生大量热能,形成热井,而许多人认为,热井是酝酿生命所需有机化合物的天然实验室。

  有了这样那样的标准之后,美国宇航局目前为火星2020号火星车拟定了8个曾经有生命居住过的着陆地点。

  包括Mustard在内的一些研究人员所支持的地点靠近伊希地平原(IsidisPlanitia)的边缘。这片宽1496千米的平原是一个大天体与火星碰撞形成的。

  Mustard看好这个区域有几个原因。首先,地表特征,如远古撞击坑湖泊和沟壑显示,水曾流经过这里;另外,地质活动产生了一条明显的时间线。大约39亿年前,撞击形成了伊希地平原,而附近的大瑟提斯高原(Syrtis Major)则是在大约36亿年前的一场火山喷发后形成的。

  Mustard认为:“两者相差的3亿年空窗期里,发生了许多活动。”他认为该地区的矿藏中存在这些活动的有力证据:橄榄石。

  他说:“这种美丽的矿石能制成极佳的珠宝,而且还有一些非常有意思的特征。它很容易被化学反应风化、分解,而在此过程中,它会产生氢气。”而氢气,是维持微生物种群的极佳原料。

  一些研究人员认为,在地球转变成生机勃勃的星球过程中,这种化学反应非常关键。不仅如此,橄榄石分解的过程中还会产生碳酸盐化合物,而伊希地平原里也存在这种物质。

  “如此看来,哇哦,我们已经彻底弄清楚了地球上的地质变化过程与微生物息息相关。那么,火星上是否也是如此呢?这些矿物质给了我们自然而然而又激动人心的理由,去寻找岩石中保存的生物特征。”

丘陵里的生命?

  Mustard补充说,他并不怎么看好湖床环境,而是更关注那些曾经是热井的地点。

  他说:“必须要有光合作用或其它进化方式才能产生地球湖泊里所保存的那种生物环境。万一火星上没有这种条件呢?”在他看来,火星上的生命更有可能靠地热或矿物质丰富的热区产生的能量来生存的。

  行星科学研究所的Jim Rice也非常渴望能探索远古的火星温泉,更具体地说,就是美国宇航局的勇气号火星车在古谢夫撞击坑里所发现的那些温泉。勇气号在一个名叫“本垒”的地方发现了乳白硅石矿。 

火星轨道探测器拍摄的这张拼图显示了古谢夫撞击坑的地貌。

供图:NASA

  曾担任勇气号与机遇号火星车地质研究团队负责人的Rice说:“自然状态下,要形成硅石,必须要有大量的水和高温。这就说明,‘本垒’周围曾有大量的水和热量。那里很可能曾经有温泉,甚至可能有间歇泉喷发。”

  与伊希地平原一样,古谢夫撞击坑也有许多碳酸盐岩,这一点让人更加兴奋,因为这类岩石不会在酸度很高的水中形成。

  Rice解释说:“碳酸盐岩说明,那里的水的pH值更接近中性。”这就表明,古谢夫撞击坑的水比机遇号火星车在子午线平原(MeridianiPlanum)发现的水更适合生命存在,因为后者的水散布多处,而且“化学成分像是蓄电池酸液一样”。

  黏土矿的存在进一步证明了古谢夫撞击坑曾是一个活跃的地方。黏土矿要在水里多年才能形成,而且与碳酸盐岩一样,黏土无法在酸性环境中形成。“从地质学角度来说,水必须存在相当长一段时间。可不是像唾沫星子一样,一会儿就没了。”

  今年早些时候,亚利桑那州立大学的两名地质学家对勇气号的发现有了另外一种很有意思的解读。硅石矿的独特形状(像是从火星土壤中钻出来的花椰菜),与智利阿塔卡马沙漠的间歇泉中某些细菌形成的硅石构造极其类似,而该沙漠里的环境可能与数十亿年前古谢夫撞击坑的环境很相像。

美国宇航局的勇气号火星车拍摄的这张硅石构造照片,与地球上的微生物塑造的花椰菜状结构非常相似。

供图:NASA

  与叠层岩一样,花椰菜状硅石也可能是自然形成的,而且科学家们需要进一步研究才能得出确切结论。

  许多这类矿藏和构造,都集中在古谢夫撞击坑里一片直径960多米的哥伦比亚丘陵(Columbia Hills)里。Rice称,如此众多的地质奇观集中在这么一个相对较小的区域,使这个地点成了一个非常吸引人的着陆地点。他还指出,我们已经调查过这片区域了。

  他说:“回到那里似乎是很自然而然的事情。我是一个野外地质学家。在野外地质学领域,你会尽可能多地返回到各个地点。”

近距离邂逅

  火星2020号火星车上搭载的仪器设备会有鉴别岩石样本,辨别其中是否含有化石的能力,但是,火星车本身无法确认化石的存在。

  这就要等到岩石被送回到地球的那一天,这要么通过未来的人类登陆计划实现,要么通过机器人样本回收项目实现。地球上的地质学家们一旦能用双手触摸到这些岩石样本,他们就可以使用最先进的仪器设备来寻找化石。

  正如研究古代化石需要付出艰辛努力一样,要证明岩石构造是生物原因而非地质原因形成的,也需要大量证据。而火星研究人员将面临着史无前例的压力,来证明那些岩石所包含的生命迹象与我们地球上发现的任何东西都不一样,亦即,真正的“外星”。

  Mustard说:“真是棒极了。生命形式绝对有可能拥有一种不同的生物化学构成。如果它们与我们面对面邂逅,希望我们能够鉴别出其生物性的一面,而不要将其确认为一种地质构造。

点击左下角“阅读原文”,将世界收入囊中!

查看来源 本文内容来自网友,如侵犯了您的权利,请举报
转发精选,轻松获客 创建微名片
举报 你为什么要举报此投稿?
举报说明:(可选)
提交
取消

确认退出

退出后,您将无法继续关注本社的点点滴滴

确认
取消

加入

我再想想
加入
本社精选
都读到这儿了,下载个靠垫儿APP吧

来源

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MTExNTQ5NDc4MQ==&mid=2656720126&idx=2&sn=c43ded0ae51735a09b9a158eb5ca92c8&chksm=