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尋找海盜號錯過的火星秘密

（2008年08月07日 12:56:30） 來源︰太空探索

□作者: 謝　懿

[1]

　　1976年夏天，人類的觸角第一次觸及到另一顆行星的土壤。兩個海盜號探測器從它們的著陸地點挖掘了土壤樣本，並將這些樣本倒入從地球帶來的分析設備中。在這些分析儀器中技術最先進的也許就是氣相色譜-質譜聯用分析儀（GC-MS）了，它的主要作用是探測火星土壤中是否存在有機化合物。但在運轉了幾個月之後，它沒有發現任何生命跡象。
　　2008年5月26日，另一架質譜儀隨著鳳凰號探測器一起登陸火星北極。從著陸地點就可以猜到，鳳凰號實際上是1999年12月失蹤的“火星極地著陸者”的姐妹探測器，而且它還是美國航宇局一系列低成本“偵察”計劃中的第一個探測器。盡管鳳凰號與海盜號相比就像是別克轎車與勞斯萊斯相比，但是一些化學家卻相信，雖然設備更精良的海盜號沒有發現有機分子，但鳳凰號會找到有機化合物的證據，甚至發現更多海盜號錯過的秘密。
　　
　　有機物之謎
　　
　　氣相色譜-質譜聯用分析儀是一種專門用來探測有機分子混合物中不同成分的儀器。當樣本穿過色譜儀時，由于小分子運動得快，大分子運動得慢，管道中的化合物會以大小排序，進入質譜儀，進行整個分子或者分子碎片的質量測定。
　　當海盜號抵達火星後，科學家們期望能發現有機化合物。火星表面布滿的環形山表明它曾經遭受過多次隕石的轟擊，在地球上，20世紀60年代人們就已經在一些隕石中發現了有機化合物的痕跡。因此，即使火星本身無法制造任何有機物，也應該能找到它們的蹤跡。因此，當時一些海盜號的研發人員擔心氣相色譜-質譜聯用分析儀會淹沒在大量的有機物中。
　　

　　但是，海盜號探測器發現從被加熱的火星土壤中散發出來的只有水和二氧化碳，它們或者是被土壤中的粒子捕獲的，或者就是由無機物釋放出來的。
　　然而，有些科學家認為火星可能確實含有一些有機物，只不過海盜號沒有探測到而已。這些有機物可能是以苯六酸的形式存在的，當組成隕石中有機物的碳沒有被完全氧化時就會形成苯六酸。在火星這樣一個氧化環境中它非常穩定,不會進一步氧化而且難熔，並且無法溶解在其他任何物質中。將它加熱時它也不會釋放任何的揮發物，因此海盜號可能沒有發現它。科學家們研究估計，在30億年的過程中,火星表面每平方米會產生2千克的苯六酸。但不幸的是，需要很高的溫度才能破壞苯六酸，而其分解之後的主要產物苯恰恰是用來清洗儀器的溶劑之一。如果海盜號能把采集來的樣本加熱到600℃而不是500℃的話，它們也許就能從中發現這些物質的蹤跡。但是海盜號當時無法加熱到600℃。
　　幾乎與此同時，另外兩組科學家也在做著類似的分析，得出的結果驚人地相似。
　　一組科學家在2004年機遇號火星車發現了黃鉀鐵礬後，重新研究了海盜號對有機分子的檢測。他們使用西班牙里奧廷托地區含黃鉀鐵礬的土壤重復海盜號的實驗，發現使用化學方法提取這些有機物相對較為容易—而使用加熱方法卻很困難。盡管土壤中存在大量的有機物，但是在實驗後得到的沉積物中卻沒有探測到有機分子，這十分奇怪。
　　

　　另一組科學家在阿塔卡馬沙漠中進行土壤研究，並且也開始懷疑海盜號的結果並不全面。他們的研究論文中顯著地指出“和高溫分解法相比使用化學萃取的方法可以釋放出多1000倍的氨基酸”——而海盜號使用的正是高溫分解方法。
　　除了雷奧提托地區的沉積物和阿卡塔馬沙漠的樣本之外，科學家們還檢測了來自其他類似火星環境的不毛之地——南極干旱河谷和利比亞沙漠—的土壤樣本。化學萃取方法發現了少量的有機化合物。例如在來自南極的樣本中，每克土壤中含有20微克~90微克的碳。只有把溫度升高到750℃時，才開始在超過半數的樣本中發現有機物的信號。
　　
　　升溫的爭論
　　
　　科學家們認為，在海盜號實驗的加熱過程中，由于火星土壤中鐵化合物的催化作用，釋放出的有機物在進入氣相色譜-質譜聯用分析儀之前就變成了二氧化碳。海盜號發現的一部分二氧化碳可能就來自于氧化的有機物，即使這僅僅是其中微小的一部分，火星表面的有機物含量也會比之前預期的高1000倍。
　　

　　另外一些科學家認為,地面實驗所采用的實驗裝置的靈敏度只有海盜號的1/1000,因此在500℃沒有發現任何有機物而在750℃發現了並不能說明任何問題。如果地面使用的實驗裝置擁有和海盜號氣相色譜-質譜聯用分析儀相似的靈敏度的話，那麼在500℃的情況下也能輕松探測到有機分子。科學家們認為氣相色譜-質譜聯用分析儀的運轉是完美無瑕的，但問題可能出在高溫分解有機物上。
　　確實，負責鳳凰號儀器的科學家們已經注意到了這一點。鳳凰號的主要目標是探測火星土壤中冰和礦物的特性，但是它也具備探測有機物的能力。最初為“火星極地著陸者”設計的熱與逸出氣體分析儀（TEGA）可以以恆定的速度加熱土壤樣本，測量升溫率的變化由此可以探測相變——當物質熔化或蒸發時會吸收熱量而不改變溫度。但是鳳凰號的TEGA與“火星極地著陸者”上的不同，還裝有一個小型的質譜儀，它將用來探測被加熱到1000℃的土壤樣本的成分。這一溫度是海盜號的加熱器所能達到的兩倍，而且足以分解絕大多數的難熔化合物。
　　“如果我們沒有發現有機化合物，那麼我們至少可以肯定這不是由于這些物質的難熔性質造成的，”科學家們說，“它同時也意味著火星特殊的環境不適合保護有機分子免遭破壞。”
　　

　　繼續尋找生命
　　
　　科學家們或多或少地相信鳳凰號的加熱裝置會發現苯六酸以及有關的鹽——這是他們的第三次機會。他們原先希望在勇氣號和機遇號火星車上搭載拉曼光譜儀來探測有機化合物，但是由于時間太緊而被迫取消。而歐空局的獵兔犬2號本來也應該探測火星土壤中的有機物，並且還專門設計了一個巧妙的裝置可以從岩石下面采集樣本，可惜的是獵兔犬2號離開火星快車之後，就與地面失去了聯系。
　　

　　如果TEGA確實在高溫下探測到了有機物，那麼這些有機物來自隕石的可能性要比源于火星的大得多。但是它們的存在依然可以說明火星的土壤並不像海盜號之後一致認為的那樣具有極強的氧化性，這也許為在火星的某個地方還存在著原生的有機物提供了希望。科學家們指出，如果火星上的冰是由涌出的地下水凝結而成的，那麼冰中可能就含有來自地下水中的有機物，這些有機物來自具有氧化性的火星土壤層之下，而且會在隨後的冰凍中得以保存。如果探測到這些有機物，並不能證明海盜號的結果就是錯的，它只能說明火星不同地區的不同環境對于承載同一種有機分子的能力不同。
　　

　　2009年，美國航宇局計劃發射的火星科學實驗室，上面安裝了“火星樣本分析系統”。“火星樣本分析系統”將是自海盜號以來第一個裝有氣相色譜-質譜聯用分析儀的系統，同時它還搭載了一台激光分光儀，它將同時采用化學萃取和高溫分解這兩種方法，以此來進行對比並使它們互補。
　　

　　但是在此之前必須先找到火星上存在有機分子的證據。
　　令人期待的鳳凰號，令人期待的新證據。

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文章作者:謝　懿
責任編輯:skylook

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