火星上有生命吗?

2020年7月下旬至8月上旬探测火星?发射窗口?阿联酋的希望号已经领先,紧随其后的是中国的田文一号和美国的毅力号。美国?火星2020任务?我们的科学目标之一是确定火星上是否有生命。几十年前,美国国家航空航天局?维京任务?生物标志物实验结果显示有生命存在。虽然官方报告说没有提供明显的证据,但到目前为止一些科学家还没有放弃火星上有生命的假设,甚至提出了火星蘑菇这个令人惊讶的假说?。到底谁对谁错,或许执着的探索之旅会给我们答案。

2020年,地球命运多舛,但灾难并没有阻止人类探索太空的脚步。阿联酋7月20日?希望?(希望)带头,中国?田文一号?美国人?毅力?(锲而不舍)很快也会跟随,带着人类科学家的美好期待,前往5500万公里外的红色星球。

调查火星上的生命痕迹是这次探索的重要科学研究任务之一。虽然不在火星上?火星人?然而,是否存在低级或原始的生命形式,能否为解释生命起源提供思路,一直是科学家们努力的问题。在火星生命探索的历史上,美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)是最有经验的,他们之前也没有给出特别明确的说法。然而,一些科学家总是坚持说是的。

这都是半个世纪前开始的?维京任务?

自20世纪60年代以来,美国国家航空航天局就着眼于这种蓬勃发展?战神?星球。从1964年的水手4号,1969年的水手6号和水手7号,到1971和1972年的水手9号,美国国家航空航天局一直在一步步探索火星。实际上,是的?太空竞赛?稍后,美国国家航空航天局的下一个目标是让宇航员登陆火星。

时间是1975,美国国家航空航天局正式上线?维京任务?(维京任务,又称海盗任务)。就像中世纪时,雄心勃勃的维京人从斯堪的纳维亚起航,以惊人的勇气和毅力,走遍了欧洲大陆和北极的广袤领土,创造了?维京时代?。两艘维京飞船承载了地球人的愿望。发现?战神?毕竟,除了了解火星的气候和地质属性,另一个目标是寻找生命的痕迹。

那年夏天,两艘宇宙飞船相继去了火星。经过一年的飞行,维京1号于1976年7月20日在火星的Chryse Planitia西坡着陆,而维京2号于9月3日在4000英里外的Utopia Planitia着陆。

维京?这个称号似乎赋予了这个使命无与伦比的坚韧?维京精神?最初计划进行为期90天的探索任务,轨道器和着陆器的使用寿命远远超过了设计预期。尤其是海盗1号轨道飞行器,在火星轨道上?勤奋?工作了四年。随着气体燃料的逐渐耗尽,整个探索任务于5月21,1983正式落下帷幕。

海盗号着陆器由五个基本部分组成:着陆器主体;生物保护罩和底座;机身;底盖和降落伞系统;和着陆器子系统。携带的仪器用于着陆器的主要科研目的:生物研究、化学成分分析(有机和无机)、气象学、地震学、地磁和地貌学、火星表面和大气物理学。丨图片来源:美国国家航空航天局

寄予厚望?维京任务?生物实验

在任务期间,着陆器上的科学仪器获得了比预期更多的数据。生物实验包括气象质谱(GCMS)、气体交换实验(GEX)、标签释放实验(LR)和热解释实验(PR)。此外,在海盗任务期间拍摄了许多优秀的照片,包括着陆器拍摄的4500张照片和轨道器拍摄的52000张照片。

在上述四个生物实验中,生物学家对标记释放(LR)实验项目寄予厚望。具体实验过程并不复杂。Viking-1和Viking-2着陆器收集火星土壤样本,然后向样本中注入一滴稀释的营养液,然后检测土壤上方的空气中是否会出现代谢副产物。在注射之前,营养物质已经用放射性碳14进行了标记。如果土壤中的微生物代谢营养物质,它们应该会释放出放射性副产物,如标记的二氧化碳或甲烷。

在海盗号飞船发射之前,研究人员在世界各地的极端环境中?从死亡峡谷到南极洲?试验方案在不同土壤上进行了测试。每一次实验都是积极的结果。同时,研究人员还逐一做了对照组实验,将样品加热到160℃的高温杀死所有生命形式,然后重复实验操作,每次实验都是阴性。为了确认实验过程不会产生假阳性结果,研究人员还使用了已知的无菌土壤样本,如来自月球的岩石样本和来自冰岛附近的火山岛Satoshi的土壤样本,最终产生了预期的阴性结果。

研究人员满怀信心地期待着海盗一号和海盗二号在火星上的实验结果。然而,他们没想到的是,这个实验竟然是历史上最有争议的火星实验,也让美国国家航空航天局在接下来的50年里对这个实验保持沉默。

从最有希望的实验到最有争议的实验。

LR实验的主要研究者是吉尔伯特·莱文博士。吉伯特·莱文有着丰富的人生经历。第二次世界大战期间,他在美国海军服役,在马里兰州卫生部担任公共卫生工程师,并成立了自己的生物技术公司Biospherics Research Inc(现在的合气道制药公司)。从65438年到0963年,他在约翰?霍普金斯大学工程学院获得环境工程博士学位。他的发明获得了许多专利,尤其是探测微生物的创新方法引起了美国国家航空航天局的注意,因此后者在20世纪70年代初与他签署了一系列合同,邀请他开发一个适合太空任务的探测地外生命的实验方案。

吉尔伯特·莱文的同事帕特丽夏·安·斯特拉也来自约翰?霍普金斯大学。斯特拉特是霍普金斯大学的助理教授,研究分子生物学和酶系统。Straat在电视上观看了1969登月,希望参与美国国家航空航天局宏大的太空探索计划。当时,莱文设计的实验刚刚被美国国家航空航天局选中并成为?维京任务?其中一个生物实验,两个志同道合的科学家交流后,Straat被LR实验深深吸引,立刻加入了团队。

她仍然无法忘记和整个团队一起在加州JPL实验室观看海盗号着陆的情景。当时在场的一半人都认为着陆器可能会坠毁,但突然一个响亮的声音传来:我们安全着陆了?大家都好开心。?她回忆道。然后LR实验的最终结果让他们更加兴奋。

在1976发表在《科学》杂志上的论文中,吉尔伯特·莱文(Gilbert Levin)和帕特里夏·安·斯特拉(Patricia Ann Straat)详细报道了火星生命探索实验的所有结果。论文中提到,在火星样本中加入含有放射性碳14的营养物质后,相距4000英里的两个着陆点的土壤测试检测到了类似的放射性气体释放。为了排除火星强紫外线辐射可能产生的假阳性结果,着陆器还特意选取了埋在岩石下的土壤样本,也获得了阳性结果。在土壤中活动?在18℃时反应稳定,加热3小时后升温至50℃时活性减弱,而160℃无菌火星土壤样品作为对照组显示阴性结果。

但是除了LR实验,同期的其他实验,比如气体质谱实验,在着陆点附近都没有发现有机化学的痕迹?争议开始了。美国国家航空航天局最终的官方报告说:?没有明确的证据表明着陆点附近的土壤中有活的微生物。?此外,美国国家航空航天局自己实验室的科学家无法重现莱文的LR实验结果。

此外,根据美国国家航空航天局的解释,火星具有自我绝育的功能。参与该任务的生物学家认为,太阳紫外线辐射、极度干燥的土壤和土壤化学的氧化特性相结合,将阻止火星土壤中生命体的形成。所以关于火星上有生命的结论还是有争议的。

在美国国家航空航天局看来,LR实验中发现的模拟生命活动可能是未知的化学反应。Levin和Straat也认为当时LR结果可能还不清楚,所以在报告的最后说:?目前还没有化学实验可以定量重复LR火星数据。虽然有(非生物)假说理论,但最合理的可能性是我们在火星上观测到了生命活动。?

在接下来的几十年里,随着美国国家航空航天局发射更多的火星探测任务,使用更先进的技术手段,科学家对这颗行星的认识变得更加清晰,包括液态水和甲烷。尤其是2014年,好奇号不仅在大气中探测到了高浓度的甲烷,还首次证实了火星岩石粉末中含有有机碳等有机分子,这可以说是半个世纪以来美国国家航空航天局火星探测最重要的发现之一。同时,这个结果也让莱文坚持了当年的LR实验结果。

其实从1997开始,莱文又旧事重提,频频发声支持当年LR实验中微生物活动的结论。2016,Levin和Straat再次在天体生物学上联合发表了一篇观点文章。根据近年来火星上的新发现和无机物模仿代谢活动的观点,重新讨论了70年代的LR实验。人们认为非生物物质不能完全解释LR实验的结果,但最好的解释是火星微生物。

Viking-1注射实验结果显示,第一次注射后,土壤样本呈现强放射性*红色(,说明内部有代谢活动,而对照组土壤样本没有反应(蓝色)。来源:Levin和Straat,1977,Biosystems。爱思唯尔

莱文在接受媒体采访时说:?自从我在1997第一次坚定地提出生命被LR实验探测到后,大部分综述期刊都拒绝投稿我们的文章。Straat和我每年都在光学工程学会(SPIE,包括天文学)的国际会议上提交论文,但大多数论文都被天体生物学家忽略了。?他只能把这些文章放在个人网站上。

作为坚定的支持者,Straat在2019接受了《科学美国人》的采访。她说,她起初并不完全同意莱文的说法,但随着越来越多的证据被美国国家航空航天局在火星上发现,她开始认为他们当年确实发现了微生物生命。?确实在火星上发现了一些复杂的有机分子,但是没有发现丙氨酸、甘氨酸这样的简单有机分子?,她讲道。她期待着未来的火星探测实验,希望最终证实或证伪他们的实验发现。

对此,美国国家航空航天局JPL实验室的行星科学家卢瑟·比格尔(Luther Beegle)认为,事实真相其实很简单:维京计划并没有在火星上发现生命。?他们做了很多实验,得到了很多他们无法理解的结果。?鉴于美国国家航空航天局当时对火星土壤和大气的了解有限,他说我们应该从地质和化学实验入手,而不是一下子跳到生物代谢活动检测实验。LR实验的结果其实很暧昧。

惊人之语:长在火星上了吗?蘑菇??

在火星探索过程中,官方机构和科学家一直是中流砥柱,但美国国家航空航天局将公布他们拍摄的照片,这给了其他一些研究人员研究的机会。

10月27日,美国国家航空航天局在官方网站上发布了一张火星探测器机遇号2004年在鹰坑附近执行任务时拍摄的彩色照片。照片显示,火星表面出现了圆形物体,发出灰蓝色的光泽。官方昵称是?火星蓝莓?实际上,这是一种富含赤铁矿的矿物石,证明火星这一地区曾有古代的水环境。