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远古的湖泊,火星古湖泊再现微生物存活迹象

时间:2019-08-15 22:18来源:科学研究
火星古湖泊再现微生物存活迹象曾有生命存活环境?书的前言只需一句话:Livelong and prosper! “好奇号”正在探测的火星盖尔环形山,在距今大约35亿年前可能是一个巨大的湖泊,存在湖

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火星古湖泊再现微生物存活迹象曾有生命存活环境?书的前言只需一句话:Live long and prosper!

图片 2“好奇号”正在探测的火星盖尔环形山,在距今大约35亿年前可能是一个巨大的湖泊,存在湖水的时期长达上千万年。图片来源:NASA

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这里曾经有水。来源:NASA

火星;湖泊;存活;火山口;微生物

美国航空航天局(NASA)的“好奇号”(Curiosity)漫游车正在考察火星上盖尔环形山内的夏普山(Mount Sharp)。它发现,这座山峰是由一个巨大的湖泊在上千万年里沉积物质而形成的。

这张“好奇”号的低角度自拍展示了它在夏普山(MountSharp)中钻取一块岩石样本的情景。图片来源:NASA官网

美国“好奇”号火星漫游车近日又有新发现。纽约石溪布鲁克大学的研究人员报告称,“好奇”号长时间探测盖尔火山口泥岩结果表明,30亿年前填满这里的湖泊有不同的层次,均满足微生物生存需要的条件。

火星古湖泊再现微生物存活迹象

“好奇号”火星车的这些发现表明,远古的火星上曾经存在一个能够在这颗红色行星的多个区域长时间产生湖泊的气候环境。

据美国国家航空航天局官网近日消息,NASA于北京时间6月8日凌晨2点举行新闻发布会,宣布了两项关于火星的重要发现:“好奇”号漫游车在火星表面的沉积岩中发现了有机分子,说明火星可能曾存在远古生命;此外还发现火星大气中甲烷浓度存在季节性变化,或与现在的火星生命有关。

据英国《新科学家》杂志网站日前报道,自2012年8月“好奇”号在盖尔火山口着陆,它已经度过了1700多个火星日,“漫游”足迹超过16公里,此次的研究数据来自前1300个火星日的探测。

“红色星球曾拥有生命存活环境”添新证

“如果我们关于夏普山的假说站得住脚,就将挑战先前那种观点,即火星上温暖和湿润的环境只在短时间内出现在局部区域,甚至只在火星的地下存在过。”NASA喷气推进实验室的“好奇号”项目科学家阿斯温·瓦萨瓦达(Ashwin Vasavada)说,“更激进的一种解释是,火星古代更厚的大气层将全球气温提升到冰点以上,但目前我们还不知道大气层如何能够做到这一点。”

NASA称,虽然这些线索不一定是火星存在生命的必要证据,但对未来火星表面和地下探索来说,新发现无疑是个好兆头。相关的两篇论文发表于6月8日出版的《科学》杂志。

科研人员发现,火山口边缘有很多生锈的铁矿床,表明湖面附近的水中富含氧化剂,而湖床中央取样则未被氧化,铁可能在那里渗入了地下水,而不是由湖水运载并沉积在边缘。

科技日报北京6月4日电 美国“好奇”号火星漫游车近日又有新发现。纽约石溪布鲁克大学的研究人员报告称,“好奇”号长时间探测盖尔火山口泥岩结果表明,30亿年前填满这里的湖泊有不同的层次,均满足微生物生存需要的条件。

图片 4“好奇号”2014年8月7日拍摄的岩石断面,展现出了典型的、距离河流入湖口不远处湖床沉积物的特点。图片来源:NASA

远古有机分子现身

团队负责人乔尔·霍尔维茨说:“地球上的湖泊通常用相同的方式进行化学分层,因此做这个研究让我们感觉似曾相识。”他们的研究模型显示,在古代湖泊稳定的几十万年到几百万年中,周边区域气候正在缓慢变暖。尽管如此,“整个星球的气候却开始变凉”。科罗拉多大学的布鲁斯·雅克斯基补充说,“这些详细信息有助于我们了解火星湖泊是如何适应更广泛的水文循环和环境变化的”。

据英国《新科学家》杂志网站日前报道,自2012年8月“好奇”号在盖尔火山口着陆,它已经度过了1700多个火星日,“漫游”足迹超过16公里,此次的研究数据来自前1300个火星日的探测。

为什么这座具有层叠结构的山峰会位于一个环形山内,这是科学家一直难以回答的一个问题。夏普山高达5千米,低矮的山腰处暴露出来了成百上千层岩层。这些岩层中,有些形成于湖泊沉积,有些形成于河流沉积,还有些形成于风成沉积,它们见证了一个反复被湖水灌满又蒸发殆尽的火星湖泊,远比以前曾经仔细探查过的其他火星远古湖泊要大得多,湖水持续存在的时间也要长久得多。

在盖尔陨石坑,“好奇”号钻入一块约30多亿年前的沉积岩仅5厘米时,发现了有机分子。此次识别出的分子包括噻吩、苯、甲苯、以及丙烷、丁烯等短链碳,有机碳含量达百万分之十的数量级,甚至更多,与火星陨石检测到的有机碳的含量接近,约为此前在火星表面探测到的有机碳含量的100倍。

新发现补充了以前掌握的火星生命存在的证据,进一步证明,火星曾拥有一切适合生命存活的环境,比如水、化学物质和能量来源等。

科研人员发现,火山口边缘有很多生锈的铁矿床,表明湖面附近的水中富含氧化剂,而湖床中央取样则未被氧化,铁可能在那里渗入了地下水,而不是由湖水运载并沉积在边缘。

“在破解夏普山形成之谜的道路上,我们正不断前进。”美国加州理工学院的“好奇号”项目科学家约翰·格罗青格(John Grotzinger)说,“现在是一座山峰的这片区域,在历史上可能是一系列的湖泊。”

有机分子由碳、氢组成,可能还包含氧、氮和其他元素。虽然有机分子通常与生命有关,但也可以通过非生物过程产生,并非存在生命的必要指标。

牛津大学的尼古拉斯·托斯卡说,盖尔火山口被证明是火星最有趣和最具研究价值的地点之一,将之作为火星车着陆点确实被认为有助于了解火星的发展历史。

团队负责人乔尔·霍尔维茨说:“地球上的湖泊通常用相同的方式进行化学分层,因此做这个研究让我们感觉似曾相识。”他们的研究模型显示,在古代湖泊稳定的几十万年到几百万年中,周边区域气候正在缓慢变暖。尽管如此,“整个星球的气候却开始变凉”。科罗拉多大学的布鲁斯·雅克斯基补充说,“这些详细信息有助于我们了解火星湖泊是如何适应更广泛的水文循环和环境变化的”。

“好奇号”火星车目前正在探索夏普山最低处的沉积岩层,这是一片高达150米的岩石断面,被命名为默里构造(Murray formation)。河流将沙子和淤泥融入湖泊,在河流入湖口处发生沉积,形成了类似地球上河流入海口的三角洲。这个过程一次又一次地循环发生过。

两篇论文主要作者、NASA戈达德太空飞行中心的珍妮弗·艾根布罗德说:“‘好奇’号尚未确定有机分子的来源,不管这些有机物是远古生命留下的记录、是生命的食物、抑或没有生命也能存在,都能提供与火星环境和演变过程相关的化学线索。”

新发现补充了以前掌握的火星生命存在的证据,进一步证明,火星曾拥有一切适合生命存活的环境,比如水、化学物质和能量来源等。

图片 5这组图片重现了“好奇号”火星车着陆的夏普山地区经历过的地质历史。图片来源:NASA

艾根布罗德称,新发现表明,有机分子可以在苛刻的火星表面环境中保存数十亿年。

牛津大学的尼古拉斯·托斯卡说,盖尔火山口被证明是火星最有趣和最具研究价值的地点之一,将之作为火星车着陆点确实被认为有助于了解火星的发展历史。

“这个湖泊一而再、再而三地反复出现,带来的最大优势是,每一次湖泊又出现时,都相当于进行了另一场‘实验’,告诉你环境如何发挥作用。”格罗青格说,“随着‘好奇号’在夏普山上越爬越高,我们将经历一系列‘实验’,显示出大气、水和沉积物之间相互作用的模式。我们或许可以看到这个湖泊的化学性质如何随时间发生变化。这个假设得到了截至目前我们观测数据的支持,给未来一年内的观测检验提供了一个框架。”

尽管火星表面现在并不宜居,但有确切证据表明,在遥远的过去,火星气候使液态水——生命必不可少的成分在地表聚集。“好奇”号火星车提供的数据显示,数十亿年前,盖尔陨石坑内的水湖拥有生命所需的所有成分,包括化学分子与能源等。

在这个环形山被厚达至少数百米的物质填满之后,那些沉积物硬化变成了岩石。层层堆积起来的沉积岩层,在随后漫长的时间里被风力侵蚀,最终形成了现在这座山峰。

艾根布罗德说:“火星表面暴露于宇宙辐射中。辐射和刺激性化学物质都会使有机物分解,此次能在火星宜居时沉积下来的沉积岩顶端5厘米处发现远古有机分子,对我们来说是个好兆头。未来我们将继续向下挖掘,进一步揭开火星上有机分子的‘庐山真面目’。欧洲空间局的‘火星太空生物’漫游车将向下深挖,一直挖到地下两米处,有可能挖到未经受严重太空辐射的岩石。”

图片 6这张示意图展示了盖尔环形山内的夏普山是如何形成的。左图显示了盖尔环形山被厚厚一层沉积物填满,黄色为干旱时期的风成沉积物,深色则为湿润时期的湖泊沉积物。右图则是经过漫长时间的风力侵蚀之后,这些沉积物形成了一座山峰。图片来源:NASA

为了识别出火星土壤中的有机物,“好奇”号对来自盖尔陨石坑四处区域的沉积岩进行了取样。这种泥岩由数十亿年前泥沙在古湖底淤积而逐渐形成。研究人员用“好奇”号的火星样品分析仪对样品进行了分析。

自2012年着陆以来,“好奇号”从着陆地点出发,一共行驶了8千米,才来到了夏普山脚下现在的探测位置。一路上,这辆漫游车不断发现线索,表明盖尔环形山底部的地形在湖泊时期不断发生着变化。

研究人员称,2013年,SAM在盖尔陨石坑最深处的岩石中检测到一些含氯有机分子,此次新发现进一步丰富了火星远古湖泊沉积物中的分子种类,也有助于解释这些分子为何得以留存至今。

“我们发现的沉积岩暗示,古代的小型三角洲一个叠着一个。”英国伦敦帝国学院的“好奇号”科学团队成员桑吉夫·古普塔(Sanjeev Gupta)说,“‘好奇号’火星车跨过了一道边界,从主要由河流主宰的环境,来到了主要由湖泊主宰的环境。”

大气中甲烷浓度季节性变化

图片 7河流流入湖泊的示意图。在水流速度减缓的地方,泥沙便会沉积下来,构成一个三角洲。

在第二篇论文中,科学家描述了在大约3个火星年中,火星大气层中甲烷浓度的季节性变化。SAM也检测到了这种变化。

尽管此前的几项火星任务发现的证据已经表明,古代火星上存在湿润的环境,但对古代气候的模拟尚未确定,这样的环境能够产生足够漫长的温暖时期,让水能够稳定存在于火星的表面。

这些甲烷也许来自水和岩石之间的化学反应,但科学家不能排除甲烷源自生物的可能性。此前,科学家已经在火星大气中发现过大量的、以羽状喷流形式存在的甲烷。但此次新发现表明,盖尔陨石坑内所含的少量甲烷,其浓度会在温暖的夏季月份反复出现峰值,并在冬季下降,年年如此。

NASA的火星科学实验项目利用“好奇号”评估了火星古代潜在的宜居环境,以及火星环境在成百上千万年间经历过的重大改变。这个项目是NASA正在进行的火星研究的重要一环,也为本世纪30年代载人前往火星的任务作着准备。

该论文主要作者、NASA喷气推进实验室的克里斯·韦伯斯特说:“这是我们首次看到甲烷浓度出现重复,这得益于‘好奇’号的长寿,使我们能看到这一季节性变化规律。”

NASA总部火星探测计划的首席科学家迈克尔·迈耶(Michael Meyer)说,“通过解释夏普山如何形成,我们对火星环境的演化有了更深的了解。这些知识还有助于规划未来的任务,用于搜寻火星上的生命迹象。”(编辑:Steed)

火星大气中的甲烷一直是科学研究的热门话题。甲烷无法长时间留存在大气中。既然火星大气中始终存在甲烷,就说明一定存在持续不断的甲烷来源,考虑到地球上甲烷与生物之间的联系,科学家认为必须解开这个谜团。

为未来火星探索奠定基础

此次“好奇”号漫游车在火星大气中发现甲烷、在其地表发现古代碳,让科学家们的信心大增。他们相信,NASA的“火星2020”和ExoMars漫游车还将在火星表面和浅层地表中发现更多有机物。

据悉,“火星2020”漫游车将于2020年7月发射升空,主要任务是确定火星环境的可居住性,寻找过去生命的迹象等;ExoMars漫游车也将于2020年7月发射升空,将到火星表面以下两米深处,寻找古老的甚至现在仍然存在的微生物。

这些结果有助科学家进一步厘清火星是否存在生命。NASA“火星探测项目”首席科学家迈克尔·迈耶说:“火星上存在生命吗?我们不知道,但这些结果告诉我们,我们的方向是正确的。”

NASA科学任务理事会副会长托马斯·赞布臣说:“火星借助这些有机分子和甲烷告诉我们,要继续进行,不断寻找生命的证据。我相信,我们正在进行的和计划中的任务,将在红色星球上获得更激动人心的发现。”

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