簡(jiǎn) 要
尋找火星上過去或現(xiàn)在的生命是我們向這顆紅色星球發(fā)射的每一項(xiàng)任務(wù)(從軌道器到著陸器再到探測(cè)車)的唯一驅(qū)動(dòng)力。然而,科學(xué)界仍然擔(dān)憂地球微生物會(huì)搭乘前往火星的航天器,也就是所謂的“前向污染”。
這種擔(dān)憂在于,我們可能會(huì)將地球微生物誤認(rèn)為是火星生命,或者地球微生物可能會(huì)影響我們可能發(fā)現(xiàn)的火星生命樣本。雖然NASA致力于盡可能地降低這種風(fēng)險(xiǎn),但新的方法能否幫助我們確定地球微生物在火星上能夠存活多久,從而減輕人們對(duì)前向污染的擔(dān)憂呢?
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美國(guó)宇航局的“毅力號(hào)”火星車在火星表面。最新研究表明,大多數(shù)暴露在外的航天器表面會(huì)在一天之內(nèi)完成消毒。
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現(xiàn)在,由加拿大約克大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)推出了火星微生物存活(MMS)模型。他們指出,該模型可用于估算地球微生物對(duì)火星造成的污染量。更具體地說,在發(fā)射前未被捕獲的地球微生物抵達(dá)火星后,能在火星日內(nèi)存活多久?作為參考,一個(gè)火星日等于一個(gè)火星日,比一個(gè)地球日略長(zhǎng),為24小時(shí)39分鐘。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),研究人員分析了航天器在巡航階段和表面階段如何應(yīng)對(duì)微生物滅菌。在巡航階段,航天器會(huì)受到太陽風(fēng)(以紫外線C (UVC) 輻射的形式)的轟擊,因此研究團(tuán)隊(duì)分析了航天器在真空環(huán)境下,隨著溫度和太陽輻射的變化會(huì)如何響應(yīng)。在表面階段,由于火星缺乏像地球一樣的保護(hù)性臭氧層和磁場(chǎng),航天器不僅要承受火星表面的溫度和壓力,還要承受太陽輻射。
研究人員分析了過去火星任務(wù)(包括海盜號(hào)、探路者號(hào)、勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)、好奇號(hào)和毅力號(hào))中 14 個(gè)先前使用過的火星著陸點(diǎn)或墜毀點(diǎn),以確定未來航天器可能遇到的消毒程度。
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最終,MMS模型確定航天器外部已免受太陽風(fēng)的影響,而封裝的探測(cè)車或著陸器也免受太陽風(fēng)的影響。然而,它們?nèi)匀槐┞对谡婵窄h(huán)境中,溫度會(huì)發(fā)生變化,因此這些環(huán)境也能夠起到殺菌作用。
對(duì)于表面階段,MMS模型預(yù)測(cè),朝上的航天器表面大約需要一個(gè)火星日才能完成消毒,而整個(gè)航天器完成消毒則大約需要一個(gè)火星年(687個(gè)地球日)。MMS模型還考慮了有毒的月壤、表面壓力和干燥等因素對(duì)進(jìn)一步消毒的影響。最后,MMS模型估計(jì),由于內(nèi)部組件的加熱,航天器內(nèi)部完成消毒大約需要100個(gè)火星日。然而,研究人員指出,未加熱的內(nèi)部組件的消毒可能需要長(zhǎng)達(dá)25個(gè)火星年的時(shí)間。
該研究得出結(jié)論:“MMS模型預(yù)測(cè),在所考察的14個(gè)著陸點(diǎn),無論是巡航階段的氣動(dòng)外殼還是著陸后的航天器,生物負(fù)荷的存活率都非常低。所有航天器外部表面可能僅通過UVC紫外線就已達(dá)到滅菌效果,其他殺菌因素的作用微乎其微。航天器內(nèi)部表面的生物負(fù)荷很可能主要通過溫度和低壓的協(xié)同作用而降低,但僅考慮低壓因素,可能需要長(zhǎng)達(dá)25年的時(shí)間才能達(dá)到完全滅菌。雖然維持高標(biāo)準(zhǔn)的行星保護(hù)對(duì)于成功的火星科學(xué)任務(wù)至關(guān)重要,但我們估計(jì),航天器寒冷內(nèi)部表面上的少量微生物可能在火星上存活數(shù)十年。”
美國(guó)宇航局的行星保護(hù)計(jì)劃,正式名稱為美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)生物技術(shù)與行星保護(hù)小組(BPPG),其唯一目標(biāo)是通過確保航天器在發(fā)射前進(jìn)行最大程度的消毒,來防止前向污染。與所有事業(yè)一樣,BPPG也在不斷努力改進(jìn)自身,持續(xù)開展研究以提升消毒程序,包括開發(fā)更高效、更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。
地球上的微生物如今是否還存在于火星表面?
MMS模型結(jié)合了巡航階段和火星表面的殺菌效果,估算了14艘著陸或墜毀在火星上的航天器上的生物負(fù)荷降低率。截至本文撰寫之時(shí)(2025年1月15日),火星上的航天器上是否存在任何存活的地球微生物?顯示了本研究中考慮的火星航天器在發(fā)射時(shí)的估計(jì)生物負(fù)荷。發(fā)射時(shí)每艘航天器的平均生物負(fù)荷為2.12 × 10?個(gè)存活微生物,考慮到巡航階段和著陸后的生物負(fù)荷降低,每艘航天器和著陸器在一個(gè)火星年內(nèi),生物負(fù)荷降低1個(gè)SAL(-12 log)即可實(shí)現(xiàn)無菌化。
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火星微生物生存模型將在未來幾年和幾十年內(nèi)如何為行星保護(hù)做出貢獻(xiàn)?時(shí)間會(huì)給出答案,而這正是我們投身科學(xué)的原因!
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