“行星保护”会阻碍外星探索吗?

科学家们正在努力解决地球与其他世界之间的生物交叉污染问题

2017年9月15日,美国宇航局的卡西尼号探测器将自杀式地坠入土星,以避免污染这颗环状行星上可能存在生命体的卫星,即土卫六和土卫二。

卡西尼号的命运与行星保护问题息息相关,行星保护指的是科学家和工程师们采取的措施,以最大限度地减少地球上的生命形式到达其他世界的可能性。随着美国宇航局的“火星2020”探测车计划缓存样本,以便有一天返回地球实验室,行星保护还意味着确保我们自己的世界免受可能的外星生命污染。

行星保护是上周在亚利桑那州梅萨举行的天体生物学科学会议议程上的第一项。化学家、生物学家、行星科学家、天文学家和其他研究人员都在周一上午(4月24日)的第一次会议上积极讨论了这个问题。[5个大胆的外星生命主张]


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亚利桑那州立大学风险创新实验室的研究员安德鲁·梅纳德说:“行星保护从未像现在这样重要。”他是这次讨论的主持人。

梅纳德引用了火星样本返回,即将进行的前往木星的海洋卫星欧罗巴的任务,以及未来可能访问其他冰卫星的探测器,他以改变科学家们对这一过程的看法的既定意图,吸引了科学家观众的注意。梅纳德不是天体生物学家,而是一名物理学家,他将房间里的注意力转向风险评估研究,敦促研究人员不要将风险视为应该避免的事情,而是将其视为“一个复杂的景观,需要通过它来实现目标”。

他还表示,分析地球或其他世界受污染的风险,并非任何特定科学家群体或一般科学家的专属责任。

梅纳德说:“每个人都有一份责任。”

保护地球

自太空时代黎明以来,人们一直关注污染问题。首批三组登上月球的宇航员在返回地球后都被隔离起来,以确保他们没有把任何病原体带回家。[美国宇航局17次阿波罗登月任务图片]

在发送美国宇航局的海盗1号和海盗2号着陆器到火星寻找生命之前,它们经过了消毒处理,以最大限度地减少地球微生物污染其实验的可能性。随后的机器人探测器也进行了类似的清洁。1967年,世界各国一致同意,他们的太空任务将努力避免污染地球或其他世界,使行星保护成为一项国际目标。

阿波罗宇航员带回的月球岩石很快揭示,地球的天然卫星是一个贫瘠、不适宜居住的地方,不适合生命生存。过去和正在进行的任务采样的彗星和小行星已经污染了地球表面,美国宇航局认为这些物体不太可能存在生命。

但是地球只从火星接收到相对较少的陨石样本。虽然一些科学家认为生命可能起源于这颗红色星球,然后搭上了前往地球的“顺风车”,但这个问题远未确定。因此,当涉及到从火星返回样本时,太空机构将非常小心,避免感染地球。

根据美国宇航局的程序要求NPR 8020.12:“除非返回的样本经过接受的、批准的消毒过程,否则样本容器必须在样本采集后密封,并且需要一个冗余的、故障安全的容器,并在返回地球前验证其运行的方法。”

该要求还规定:“任务和航天器设计应提供一种‘切断与火星的接触链’(BTC)的方法。任何直接或间接接触火星的未封闭硬件,除非经过消毒,否则不得返回地球。”

但是,科学家们仍在争论最大的担忧是什么。梅纳德的演讲涉及随机调查观众成员并让他们参与辩论,这表明许多参与研究生命如何在地球之外进化的科学家在我们需要多大程度上担心污染的问题上存在分歧。

虽然火星表面似乎没有生命,但一些研究人员认为微生物可能仍然存在于地下。因此,样本返回任务理论上可以将活生物体与岩石和尘土一起带回地球。一个火星微生物是否能在我们的星球上生存仍然是一个激烈的辩论主题。

例如,在讨论期间,美国宇航局戈达德太空飞行中心(位于马里兰州格林贝尔特)的研究员弗拉基米尔·艾拉佩蒂安认为,在火星上进化的生物不应该能够在地球上找到位置,因为这个星球的所有生物生态位都已被填满。

但是圣路易斯华盛顿大学的本杰明·沃尔夫不同意。“我不喜欢我们认为生态位已被占据的观点,”他说,并引用了地球上许多入侵物种在进入先前被占据的生态位时所取得的成功。

沃尔夫说:“人们没有意识到葛藤会占领整个南方,”他描述了自1876年引入以来就覆盖美国南部的日本藤蔓。“我们需要理解,有时科学家不知道某些事情。”

东京工业大学地球生命科学研究所的地球化学家斯图尔特·巴特利特也对可能将能够在火星极端条件下生存的生物带回家表示担忧。

巴特利特说:“向后污染似乎更有可能呈指数级传播和入侵。”

但是梅纳德认为,科学家不应该是讨论的唯一参与者。他鼓励与公众展开对话,如果有害生物返回地球,公众也会受到影响。由于世界上大多数人都不熟悉潜在的危害,梅纳德鼓励科学家们在沟通潜在问题方面做得更好,这个过程将使每个人能够共同努力做出明智的决定。

他指出了大型强子对撞机的开放,这是一个位于法国-瑞士边境的粒子加速器,一些人担心其激活会产生一个微小的黑洞,有可能摧毁地球。虽然这种风险被认为是微不足道的,但梅纳德指出,这种不大可能发生的灾难会对全球产生影响,而且科学家以合理的方式将社会纳入了讨论。(当然,当加速器开启时,没有黑洞摧毁地球。)

梅纳德说,当涉及到样本返回任务时,科学家需要确定外星污染的威胁可能有多大。

他说:“关于外星生命是否能够在地球上生存,我们的意见似乎存在巨大分歧。”

污染火星

在4月24日的讨论中,科学家们还讨论了探索任务对火星和其他世界原始环境构成的威胁。火星探测车和着陆器在整个建造过程中都保持严格的隔离,建造在世界各地的洁净室中。组件会尽当前技术的能力进行消毒,但研究人员强调,不可能杀死任何飞行器上的每一个微生物。

携带微生物出境的担忧是双重的。一个问题是,可能会干扰旨在寻找另一个世界生命的实验。如果一个地球微生物搭上了“顺风车”,它可能会被任务的测试所检测到,导致科学家错误地认为他们发现了外星生命。[太阳系中最有可能存在外星生命的6个地方]

4月24日会议的参与者表示,这样的错误本身虽然令人失望,但也可能会影响世界各地的人们如何看待科学家。

华盛顿特区乔治华盛顿大学的研究员琳达·比林斯说:“如果美国宇航局花费50亿美元执行一项生命探测任务,却发现了来自地球的生命,那么公众信任的丧失将会急剧上升。”

一个通过航天器前往另一个世界的地球生物也可能感染那个世界,压倒或驱逐任何现有的生命。许多不认为火星微生物会在地球上繁荣的评论员似乎也认为,由于两个世界环境之间的巨大差异,地球生命不太可能在火星上繁荣。

但这仅仅是猜测。即使一个世界的生命在另一个世界不会持续很久,为了理解科学,保持清洁也很重要,会议上的研究人员说。

房间里的一人说:“我们需要将火星问题留给火星,将地球问题留给地球。”

当谈到向火星派遣人员时,保持火星不受地球污染的愿望可能会产生严重的后果。人类不是生活在隔离状态的;我们走到哪里都携带大量的微生物,而且这些微小生物的数量大约是我们自身细胞的10倍。

一位评论员说:“如果我们把人类送到任何地方,我们就会污染那个星球,因为如果我们是无菌的,我们就会死亡。”因此,人类探索可能会导致与行星保护的冲突。

然而,并非所有人都认为人类会自动污染这颗红色星球。北卡罗来纳州格林维尔东卡罗来纳大学的星体生物学家、前美国宇航局行星保护官员约翰·鲁梅尔在会上表示,他不认为这其中必然存在冲突。 

鲁梅尔对Space.com网站说:“我不认为这是一场非此即彼的游戏。”他表示,人类的探索可以是循序渐进的,首批探险者在他们的居住地之外只会迈出最谨慎的步伐。 

美国宇航局和其他政府机构并非唯一寻求让人类登上火星的组织。例如,去年九月,SpaceX 创始人兼首席执行官埃隆·马斯克公布了他公司的计划,以帮助在红色星球上建立一个可容纳一百万人口的城市

鲁梅尔说,即使这些努力成功,它们也未必会导致火星上的原生生命被来自地球的微生物淹没——特别是如果红色星球的生物只存在于地下,那里可以保护它们免受有害辐射的影响。 

鲁梅尔说:“马斯克不会让游客干扰火星深层地表。” 

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