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在太空時代開啟之初，火星完全是一個謎.如今半個世紀過去，太空探索已經(jīng)揭示了火星在曾經(jīng)有過一段更像地球的時光。但是，還有很多問題沒有得到解答。遠古的火星是什么樣的？火星表面曾經(jīng)有過液態(tài)水嗎？很久以前，火星可能曾經(jīng)有過生命嗎？ 火星任務的歷史，由艱苦的努力和輝煌的勝利交織而成。造訪火星是非常危險和困難的。該行星的極端環(huán)境包括極寒的溫度、極具破壞力的塵暴、低重力和稀薄的大氣。很多火星任務都以失敗告終。不過，那些僥幸成功的任務已經(jīng)給我們提供了關(guān)于火星潛在宜居性的驚人證據(jù)。而NASA即將發(fā)射的迄今最野心勃勃的探測器——火星科學實驗室（注：即今天成功成功登陸火星的“好奇號”），則無疑將開啟天體生物學研究的新紀元。 一、 研究肇始1960年代，NASA新啟動的地外生命計劃吸引了很多優(yōu)秀科學家的目光。在那十年中，NASA著力推進著其月球計劃，并建造了分析月球樣本和隕石等宇宙中的物質(zhì)的儀器；而地外生命學家已將目光投向了更遠的地方，離我們最近的兩顆行星——金星和火星。 NASA水手計劃（Mariner program）的第一次成功任務，來自1962年的水手2號，它令我們首次得以對金星近距離觀察。美國宇航局局長詹姆斯?韋伯這樣評價水手二號的成功：“它給人類對金星的認識帶來的提高比有記載以來的幾千年歷史中的總和還要多?！?/P>
1965年7月14日，水手四號成為第一艘近距離探索火星的航天器。它辨認出了水可能曾經(jīng)在火星表面流淌的地質(zhì)證據(jù)。1967年水手五號再次前往金星?？茖W家們曾經(jīng)相信金星可能支持生命，但水手二號和五號對金星極端惡劣條件的觀測，進一步坐實了一個結(jié)論：火星是更好的尋找生命之地。 我們對火星的認識通過1969年的水手六號和七號得以加強，這兩個航天器對火星表面20%的面積進行了測繪，提供了該行星很多獨特特征的高清晰圖像。1971年的水手九號是第一艘進入其他行星軌道運行的航天器，它測繪了火星表面的80%。這一任務真正揭開了火星的面紗，顯示出這一行星地質(zhì)史的驚人細節(jié)，包括火山、峽谷、隕石坑及河床。水手九號最先發(fā)回了水手谷（Vallis Marineris）等地標的圖像，這一大峽谷正是為紀念該航天器而命名的。
[水手六號和七號是雙生子，它們都長這個樣] 該計劃的最后一個任務，1973年的水手十號，沒有訪問火星，但展現(xiàn)了接下來的很多太空任務可能用到的新技術(shù)。水手十號是首個造訪多顆行星的航天器，還第一次利用了“行星引力輔助”技術(shù)，即利用一顆行星（金星）的引力來加速到足夠的速度，以訪問第二顆行星（水星）。 蘇聯(lián)也將視野投向了火星，火星二號（1971年）、火星三號（1971年）和火星五號（1973年）（Mars 2/3/5）任務都將航天器駛?cè)肓嘶鹦擒壍?。盡管每次都遭遇很多困難，這些航天器還是給出了關(guān)于火星表面和大氣環(huán)境的一些數(shù)據(jù)。（編者注：詳情可參考維基的“火星計劃”詞目。）
二、 海盜雙子早在1959年，NASA就開始研發(fā)探測生命的儀器。火星很快成為應用這一技術(shù)的首選之地。早期對火星的關(guān)注導致了地外生命和天體生物學史上最偉大的里程碑之一：1976年兩艘海盜號（Viking program）航天器在這顆紅色星球表面著陸。
[著名科普作家卡爾·薩根與海盜號著陸器模型] NASA的海盜號孿生任務于1975年發(fā)射，是截至當時NASA最具野心的行星探索努力。海盜一號和二號任務都同時把一個著陸器和一個軌道飛行器發(fā)往了火星。每個著陸器肩負著14個實驗，包括一組專為搜尋火星生命跡象的調(diào)研。 1961年，NASA官方邀請英國科學家詹姆斯?拉夫洛克（James Lovelock），一個生命探測技術(shù)專家，來美國空間計劃工作。他在生命探測實驗方面有很多想法，參與了1965年一顆火星探測器的早期設(shè)計。他曾說，“我的童年是由儒勒?凡爾納（Jules Verne）、奧拉夫?斯塔普雷頓（Olaf Stapledon）等科幻作家的作品裝點的，因此我非常高興能有機會親自參與討論研究火星的計劃?！?/P> 拉夫洛克對搜尋生命有一套有意思的想法，他并不青睞傳統(tǒng)的辨認細胞中的DNA等物理結(jié)構(gòu)的思路，更傾向于利用基于細胞的生物反應來搜尋生命的方法，。他說，“我們必須注意，要擺脫“地球中心”思想，（要搜尋生命跡象）我們必須尋找熵減現(xiàn)象?！?他把行星地球看做一個整體的生態(tài)系統(tǒng)，并且開始與卡爾?薩根（Carl Sagan）、戴安?希區(qū)柯克（Dian Hitchcock）和諾蒙?霍洛維茲（Normon Horowitz）等人討論這一觀點。 拉夫洛克在NASA的工作定義了海盜號上的生命探測實驗的設(shè)計思路。這些實驗是把收集來的火星土壤樣本澆上水，以監(jiān)測任何微生物生長的跡象?；鹦谴髿獾闹饕煞质嵌趸迹挥泻哿康乃魵?。這個發(fā)現(xiàn)給拉夫洛克和他的同事，喬治?何比（George Hobby）和杰瑞?哈巴德（Jerry Hubbard）以啟示，來設(shè)計一個能夠在這樣一個干燥的行星上搜尋生命的儀器。這就是“熱解釋放實驗儀”。 而霍洛維茲對火星的新理解驅(qū)使他和他的同事在地球上那些類似火星的不適宜生存的環(huán)境中測試海盜號的設(shè)備并搜尋生命，這些地方包括南極洲的干谷（Dry Valleys）和智利的阿塔卡瑪沙漠（Atacama Desert）。吉爾?列文和沃爾夫?威史尼亞克等科學家也開始用來自南極干谷的土壤測試。當威史尼亞克在霍洛維茲及其同事認定是無菌的土壤中探測到了微生物時，火星上潛在生命的問題就更加復雜了。 因此，即使是海盜號尚未發(fā)射，該任務就已經(jīng)激勵了地球上生物的研究。科學家們努力發(fā)展出“生命”的基本定義，以使自己知道，該在火星上尋找什么。 霍洛維茲曾就此表示，“事實是我們并沒從火星上學到什么——比起金星來說——除了它是一個可能找到生命的地方以外?！薄爱斎?，在火星上的平均條件下，沒有什么我們已知的地球生物能夠存活——除非是在休眠狀態(tài)——但是如果我們承認一種可能性：火星可能曾經(jīng)擁有更加適宜生命存在的條件，只不過后來逐漸變得像現(xiàn)在這樣惡劣的，并且如果我們接受生命可能在這樣一個早期階段產(chǎn)生，那么我們就不能排除火星生命成功地使自身適應了環(huán)境變遷并存活至今。我們對于找到這樣的結(jié)果并沒有多樂觀的預期，然而一旦得到正面的答案，那將是非常重要的，將會極大地推動地外生命搜尋事業(yè)的前進?！?/P> 1969年12月，NASA挑選出海盜號將裝備的實驗，其中包括霍洛維茲的熱解釋放實驗，列文的同位素標記釋放試驗，沃爾夫?威史尼亞克用來探測微生物的“沃爾夫陷阱”（ Wolf Trap）和大山的氣體交換實驗。威史尼亞克，約書亞?里德伯格（Joshua Lederberg），麻省理工的亞歷山大?里奇和哈羅德?克萊恩被指派負責將這些生命探測實驗裝置集成到著陸器的體內(nèi)，不幸的是，由于設(shè)計困難和有限的容積，后來沃爾夫陷阱被移除了。 作為該生物實驗包的補充，海盜號著陸器還會攜帶微縮氣體色譜儀和質(zhì)譜儀（GC/MSs），該儀器是由由麻省理工的克勞斯?別曼（Klaus Biemann）以及地外生命科學家萊斯利?歐格爾（Leslie Orgel）和約翰?奧羅（John Oró）設(shè)計的。這些設(shè)備將會分離有機成分并且通過分子量對其進行辨認。氣體色譜儀和質(zhì)譜儀被認為是海盜號上最重要的設(shè)備，因為即使那些生物實驗給出負面的結(jié)果，氣體色譜儀和質(zhì)譜儀也能找到有機分子，那將會證明這些樣本中可能有細胞。人們還期待著火星上的有機分子成為其自身形成的化學和物理環(huán)境的靈敏的指標物，并希望其結(jié)構(gòu)的細節(jié)將會說明在眾多可能的生物和非生物作用中，到底哪些真的發(fā)生了。 1976年7月20日，阿波羅11號登陸月球之后的七年，海盜一號著陸器在火星上的克利斯平原（Chryse Planitia）著陸。在9月3日，海盜二號在烏托匹亞平原（the plain of Utopia）附近著陸。 為了防止對火星的污染，海盜號著陸器是在一個特別的超凈間組裝的，在干熱中烘烤以便殺死其上的一切微生物，并且直到登陸火星都一直保持與外界隔絕。著陸器上的照相機揭示了一個與地球迥異的地表——但它比起月球卻是更加似曾相識。海盜號地表攝影組組長托馬斯?馬遲（Thomas Mutch）說：“這真是難以置信的景象……”海盜號項目經(jīng)理杰拉德?索芬（Gerald Soffen）對這一歷史性的登陸評價道：“我們創(chuàng)造了歷史：火星從此成為了一個實實在在的地方。它從一個詞語，一個抽象的概念，變成了一個實實在在的地方！” 7月28日，海盜一號著陸器的機械臂鏟了一鍬土，深約5厘米，并將樣本送入了生物實驗裝置和氣體色譜儀和質(zhì)譜儀。
[火星人當心，海盜來了！] 全世界都在關(guān)注海盜號攜帶的實驗儀傳回的結(jié)果。那段時間，科學家們必須奮力工作，全世界都在關(guān)注其科學進展。傳媒和公眾熱切渴望其信息。研究人員發(fā)現(xiàn)自己時常工作在壓力和睽睽眾目之下，以至于科學家抱怨道，“我們都不大適應——我們仿佛是在魚缸里面工作而周圍人都在圍觀，仿佛我們倒成了實驗對象。” 一開始，所有的生物實驗都顯示出樣本中具有生命活動的證據(jù)，熱解釋放實驗給出與光合作用正在發(fā)生相吻合的讀數(shù)，但是這一最初結(jié)果并沒有重現(xiàn)。氣體釋放實驗發(fā)現(xiàn)火星土壤中的氧氣釋放，但是很多科學家認為這個結(jié)果看起來更像是化學反應而不是生物反應。同位素標記釋放實驗給出了最強的信號，它探測到可能是微生物新陳代謝產(chǎn)生的二氧化碳。氣體色譜儀和質(zhì)譜儀實驗則認為火星上不存在有機體。 這些結(jié)果是未曾預料的，和充滿疑點的。有些科學家認為用化學就能解釋海盜號實驗結(jié)果，但是也有人認為還是有可能是火星上生命造成的。有人當時對此評價說，“這就像是一場比賽，現(xiàn)在結(jié)果已經(jīng)出來了：火星上沒有有機體，沒有生命?！?/P> 更多的科學家開始研究這些結(jié)果，然而隨著更多的測試，更多的問題被提了出來。有些結(jié)果被認為是“化學的”，而有些被認為是“生物的”。到了1979年，大多數(shù)科學家都認為化學解釋是更可能的。一名科學家評價道，“有的人比另一些人更青睞生命存在的可能性，而我認為使我們團結(jié)在一起工作的是這個問題本身的重要性，甚至包括否定的答案的重要性?！?/P> 經(jīng)過所有的這些投注在海盜號上的時間和努力，在很多問題仍未得到解答的情況下，天體生物學將走向何方？海盜號并沒有找到確鑿無疑的火星生命跡象，但它促使人思考，我們是否進行了正確的實驗。天體生物學至今仍在試圖回答這一問題。 |
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