NASA“好奇号”探测器首次测量了火星上的关键生命成分

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新发表的研究量化了火星岩石中有机碳的存在。科学家们首次使用NASA“好奇号”探测器的数据测量了火星岩石中的总有机碳--生命分子中的一个关键成分。

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NASA戈达德太空飞行中心的Jennifer Stern硕大:“总有机碳是几个测量(或指数)之一,帮助我们了解有多少材料可作为前生物化学和潜在生物学的原料。我们发现至少有200到273百万分之一的有机碳。这跟地球上生命力非常低的地方的岩石中发现的数量相当,甚至更多,如南美洲阿塔卡马沙漠的部分地区,而且比在火星陨石中检测到的数量更多。”

有机碳是跟一个氢原子结合的碳。它是有机分子的基础,所有已知的生命形式都在创造和使用这些分子。然而由于有机碳也可以来自非生物来源,它在火星上的存在并不能证明那里有生命存在。如它可以来自陨石、火山或由地表反应在原地形成。以前在火星上已经发现了有机碳,但以前的测量只产生了关于特定化合物的信息,或代表着测量只捕获了岩石中的一部分碳。新的测量方法给出了这些岩石中存在的有机碳的总量。

尽管目前火星表面对生命来说是不适宜的,但有证据表明,数十亿年前的气候更像地球,有更厚的大气层和流入河流和海洋的液体水。由于液态水是我们所理解的生命的必要条件,科学家们认为,如果火星生命曾经进化,如果存在足够数量的有机碳等关键成分那么它就可以维持。

“好奇号”通过调查火星的可居住性推动了天体生物学领域的发展并研究了其气候和地质。该探测器在Gale环形山的“黄刀湾”地层中钻取了35亿年前的泥岩样本,该地层是火星上一个古老湖泊的所在地。Gale环形山的泥岩是由于水中极细的沉积物沉淀在湖底并被掩埋而形成。有机碳是这种材料的一部分并被纳入泥岩中。除了液态水和有机碳,Gale环形山还有其他有利于生命的条件如化学能源、低酸度和其他生物所需的元素。这项研究的论文第一作者Stern说道:“基本上,如果生命曾经存在的话,这个地点会提供一个适合生命的环境。”

为了进行测量,“好奇号”将样品送到它的火星样品分析(SAM)仪器上,在那里,一个烤箱将粉末状的岩石加热到逐渐升高的温度。这个实验利用氧气和热量将有机碳转化为二氧化碳,通过测量其数量以获得岩石中有机碳的数量。加入氧气和热量可以使碳分子破裂,进而使碳跟氧气发生反应以生成二氧化碳。一些碳被锁在矿物中,因此烘箱将样品加热到非常高的温度以分解这些矿物并释放碳,从而使其转化为二氧化碳。虽然该实验在2014年就已经进行,但研究人员们需要多年的分析才能理解数据并将结果跟该任务在Gale环形山的其他发现联系起来。这个资源密集型的实验在“好奇号”在火星的10年里只进行了一次。

此外,这个过程还允许SAM测量碳同位素比率,而这有助于了解碳的来源。同位素是一种元素的版本,由于其原子中心(原子核)存在一个或多个额外的中子,其重量(质量)略有不同。如碳-12有六个中子,而较重的碳-13有七个中子。由于较重的同位素往往比较轻的同位素反应更慢一些,因此来自生命的碳富含碳-12。“在这种情况下,同位素组成实际上只能告诉我们总碳中哪一部分是有机碳,哪一部分是矿物碳,”Stern说道,“虽然不能完全排除生物学,但同位素也不能真正用来支持这种碳的生物来源,因为这个范围跟火成岩(火山)碳和陨石有机物质相重叠,它们最有可能是这种有机碳的来源。”

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