无人区:宇航员应该去火星的哪里?

殖民红色星球委员会首次会议内幕

An artist's rendition of bootprints on the moon and Mars.

人类首次登上月球已近半个世纪。他们何时何地可能首次登上火星?

去年十月的某个早晨,“火星人”入侵了休斯顿——尽管事实上他们中的一些人已经住在那里了。作为美国宇航局约翰逊航天中心宇航员队伍和美国宇航局资助的月球与行星研究所的所在地,休斯顿可能拥有地球上人均“火星人”密度最高的地方。其余的“火星人”是由来自全国各地甚至全球各地的科学家、工程师、医生和官僚组成的杂牌军,他们来到研究所的礼堂参加一个历史性的研讨会。他们都聚集在那里讨论他们的共同梦想:将人类送往紧邻我们地球的、冰冻干燥的沙漠行星,这个星球在我们自己的星球之外,仍然是已知宇宙中最宜居的世界。

如果目前的计划时间表可信,那么大约20年后,这个梦想最终将成为现实。美国宇航局的宇航员将乘坐名为“猎户座”的载人舱,在先进版本的太空发射系统火箭上进入轨道,这枚火箭比将他们的前辈送上月球的土星5号火箭还要大。在轨道上,他们将与其他航天器对接,包括一个深空栖息地,然后飞离,将地球远远抛在身后。几个月后,他们将抵达火星,乘坐栖息地着陆器降落到这颗行星上。他们将在地表停留长达数百天,建造基地、探索周围环境和制造火箭燃料。在他们停留结束时,这些火箭燃料将为火星上升飞行器提供动力,将首批先驱者送回深空栖息地,然后返回地球。基地将保留下来,供未来的宇航员使用和扩建,作为更广泛的“可演化火星计划”的一部分。

总而言之,首次往返旅程可能需要大约三年时间,并将成为一个耗资数千亿美元的更大计划的一部分。美国宇航局已经在为这项宏伟事业热火朝天地工作;事实证明,20年时间对于发起一次前往另一个星球的探险来说并不算多。如果成功,这项长达数十年的冲刺将成为太空探索和人类历史上的一个里程碑时刻,因为我们人类将首次在另一个世界建立持久的存在,并可能找到确凿的证据,证明我们在宇宙中并不孤单。


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然而,尽管有所有这些精心制定的计划及其划时代的意义,这项努力仍然显得有些异想天开,因为仍然缺少一个关键的细节:一个实际的地点——而不是整个星球——人类下一次最伟大的冒险可能真正开始的地方。也就是说,一个着陆点。

美国宇航局行星科学部门主任吉姆·格林在首次人类登陆火星表面着陆点/探测区研讨会上发言。格林说,十年之内,美国总统将从美国宇航局的候选名单中选择一个着陆点。“那一刻我们将知道我们要去火星了。”
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

规划火星的未来

火星的半径仅略大于地球的一半,质量约为地球的十分之一,但它拥有地球表面积的三分之一——行星房地产大致相当于地球所有大陆的总和。几乎没有哪个地方被仔细探索过:在曼哈顿的周边走走,跑个5公里,你走过的地球表面积就比我们所有的火星探测器加起来还要多。然而,这并没有阻止“火星人”列出他们想去的长长清单。

在月球与行星研究所礼堂外阳光充足的圆形大厅里,他们放置了永久性标记,并在折叠桌上放置了两张光面超大的火星地图。每位参与者都在地图上签名,仿佛代表签署星际独立宣言,通常会标记他们希望人类首先前往的地点。不久之后,两张地图都积累了密集的签名集群,标记了45个潜在的“探测区”(EZ)。每个EZ都是一个直径200公里的圆形区域,面积几乎是休斯顿这座庞大城市面积的20倍。这个直径代表了美国宇航局的规划者认为宇航员在多次长期任务中可能漫游的距离。每个EZ都包含一个中心着陆点,周围环绕着具有科学调查或资源开采前景的感兴趣区域。

 

这段美国宇航局的动画是在研讨会之前制作的,描绘了众多可能的概念之一,即通过多次前往“探测区”(EZ)的探险活动逐步建立起来的火星基地。

研讨会的组织者给每个EZ的倡导者15分钟的发言时间来陈述他们的理由,将对整个星球的讨论压缩成分布在三天内的每15分钟的时间段。几乎是整个星球,无论如何。在散落在地图上的签名中,有一些空白处明显缺少涂鸦——在可预见的未来,甚至永远不会有人涉足的地方。在研讨会期间,这些空白处变得更加清晰:没有人为任务会比南北纬50度更靠近两极,也没有着陆点会高于或低于干旱火星上的“海平面”两公里。在较高海拔地区,大气层会过于稀薄,降落伞无法减缓下降航天器的速度,而在较低海拔地区,较稠密的空气可能会携带足够的灰尘来破坏火箭的平稳着陆。太靠北或太靠南的EZ也会给火箭带来问题。如果没有行星赤道自转的额外推力,从靠近两极的地方发射回轨道的宇航员将不得不燃烧更多的燃料,危险地降低他们的误差余量。两极蕴藏着该行星大部分已探明的冰水储量,但要获取这些冰水,宇航员必须在持续黑暗和零下150摄氏度以下的低温中度过冬天。

这张火星地形图显示了研讨会上考虑的所有直径200公里的EZ,以及研讨会参与者的签名。地图顶部和底部的灰色高纬度地区被认为对于近期的人类着陆来说太危险了,极端海拔地区也是如此。最低海拔地区为紫色和蓝色,而最高海拔地区为白色和棕色。
图片来源:NASA/JPL-加州理工学院/林赛·海斯/MOLA科学团队

研讨会的一些参与者对这些限制感到不满——但没有一位参加的宇航员表示不满。他们似乎不太把火星看作是一个待探索的毫无生机的世界,而更像是一头沉睡的野兽,他们可能有一天会被命令用棍子戳一下。诀窍是在不丧命的情况下戳这头野兽,而最容易丧命的方法之一就是在错误的地方戳。最热衷于前往极地冰盖或深入山峰和深洞探险的呼声,不可避免地来自少数永远不必亲自执行这些危险行动的科学家和工程师。私下里,一位参与者嘲笑他们是“‘你只需要做’的人”,指的是他们总是念叨的口头禅,即在为宇航员可能在火星上遇到的致命问题提出简单化的解决方案之前。尽管这次聚会的目的是让“火星人”达成一些粗略的共识,但它或许最成功地揭露了他们之间的分歧。

除了“‘你只需要做’部落”的希腊合唱团之外,还有“地面派”,他们更倾向于根据来自探测器的亲密但稀疏的数据来选择地点,以及“轨道派”,他们使用来自轨道飞行器的全面但遥远的数据来选择地点。有“老实派”,他们想重访经过充分考察的地点,也有“开拓派”,他们希望去任何地方,除了那些熟悉的受欢迎地点。有“阳光派”,他们想在阳光充足的地表建造栖息地,也有“洞穴派”,他们更喜欢将栖息地放在地下。

然而,研讨会最大的分裂,被证明是在两个派系之间产生的裂痕,他们争论的是当他们到达火星时应该如何对待火星。“保护主义者”为了保持这颗星球的原始自然保护区,愿意限制人类的探索;“殖民主义者”希望为了科学和经济利益而勘探和定居火星。他们的冲突标志着一场可能在未来演变成争夺这颗星球未来的战争的早期战斗。

火星上最像地球的地方

火星并非一直是一片冰冻的沙漠。从轨道上观察,大部分地表都显示出这颗行星曾经非常像地球的证据,一个充满流动的水的世界,覆盖着河流、湖泊和海洋。火星并非胎死腹中;它不知何故死于婴儿夭折。研究人员现在认为,在几十亿年前,它的大气层变得如此稀薄和寒冷,以至于几乎所有的水都漂流到太空,或者冻结在地下或两极。当时地球刚刚开始因最早的光合作用而变得绿色,但火星上的任何生物圈都早已处于红色警戒状态。任何地表生命都将被迫退缩到这颗行星的边缘地带,注定要在行星的地下苟延残喘。了解一颗行星为何死亡而另一颗行星为何生存下来,是大多数以火星为重点的科学研究的核心关注点,也是寻找任何仍然存在于那个贫瘠世界上的类地避难所的途径。

亚利桑那大学地质学家和HiRISE科学团队负责人阿尔弗雷德·麦克尤恩在研讨会上发言。在他的职业生涯中,麦克尤恩制作了一些火星最标志性的图像,包括可能是历史上流传最广的火星照片,这是一幅以世界蜿蜒的峡谷群谷——水手号峡谷为中心的拼接图。
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

可能最了解火星的人是亚利桑那大学地质学家阿尔弗雷德·麦克尤恩。麦克尤恩有一张布满皱纹的脸庞,留着灰色的短方胡须,喜欢穿夏威夷衬衫,并且拥有像火星空气一样干燥的冷幽默。他领导着美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的一个名为HiRISE(高分辨率成像科学实验)的相机的科学团队,该轨道飞行器于2006年抵达这颗红色星球。HiRISE可以看到地表小至30厘米的特征和海拔变化,大约是标准足球的大小。事实上,它拍摄的火星图像非常出色,甚至超过了最先进的商业卫星拍摄的地球图像。无论何时何地人类踏上火星,HiRISE的鹰眼——以及麦克尤恩的鹰眼——几乎肯定会先到达那里。因此,当HiRISE的主人,即“轨道派”的首领选择发言时,“火星人”们会认真倾听。

也许并非偶然,麦克尤恩做了研讨会的第一个EZ介绍,赞扬了位于一个名为梅拉斯峡谷的东部区域的EZ的优点。梅拉斯峡谷位于水手号峡谷的深处,水手号峡谷是一个巨大的裂口,由火山爆发、流水和呼啸的大风形成和塑造,在火星靠近赤道的一个半球上留下了伤疤。

麦克尤恩首选的EZ比周围区域深几公里,逼近了美国宇航局可接受的低海拔限制。他解释说,梅拉斯峡谷曾经容纳了大量的水,而今天它容纳了在火星上相当于大量空气的东西。它拥有这颗星球上最高的大气压之一,再加上充足的赤道阳光,意味着在漫长的夏日午后,地表温度很容易超过水的冰点。按照火星的标准,梅拉斯峡谷是温暖的。它是火星上最像地球的地方之一。

麦克尤恩使用经过处理的HiRISE图像并结合其他轨道数据,为从东梅拉斯峡谷(他在水手号峡谷深处首选的EZ)古代湖床的斜坡上开采富含水的矿物提供了理由。
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

麦克尤恩说,在峡谷的峭壁内,水手号峡谷是如何形成的完整故事正等待被讲述,它被铺设在数千层岩层中,这些岩层沿着峡谷起伏的地形堆积了数百米,每一层都是一本岩石教科书中的一页。“它拥有令人难以置信的地质,”麦克尤恩告诉我。“内部层状沉积物、古代基岩、古代湖泊沉积物、沙丘、滑坡。”派遣宇航员去剥落梅拉斯峡谷的岩石,你就可以深入了解一个曾经温暖、潮湿的世界的过去,甚至可能了解那里是否曾经存在过生命。

然而,存在一个巨大的绊脚石。为火星热带地区的温暖温度付出的代价是干燥的地壳,任何暴露在外或浅埋在地下的冰水都应该已经升华到稀薄的空气中。尽管梅拉斯峡谷拥有所有的地质财富,但它缺乏任何明显的储藏库来维持宇航员的生命,并为他们返回地球的火箭提供燃料。麦克尤恩的解决方案是从石头中挤出水。数十亿年前,当火星的水漂流到太空或冻结成两极的冰时,火星水分的一小部分肯定变成了锁定在岩石中的矿物质。来自HiRISE和其他仪器的图像表明,梅拉斯峡谷富含多水硫酸盐,这种矿物质的体积最多有一半是水。在多水硫酸盐层中挖一个奥运会游泳池大小的洞,理论上你可以用从碎片中提取的水将其填满一半。“提取水很容易,”麦克尤恩告诉其他“火星人”。“你只需要将其加热到150摄氏度以上。”这大约是烤面包的烤箱温度。“只是为了好玩,”麦克尤恩说,他曾使用卫星图像来估计他的EZ中水合硫酸盐矿床的体积,并从中估算出其中包含的水量。他得出了1000立方公里的结果——足以填满两次伊利湖。

为了找到针,移除干草堆

从岩石中开采水的可能性是“老实派”的福音。他们中的大多数人也是“地面派”,是过去和现在的探测器和着陆器团队的成员。他们想“去你熟悉的地方”,将人类送到他们的机器人侦察过的道路上。几乎所有这些机器人都在火星赤道附近着陆,因此赤道地点在“地面派”和“老实派”的愿望清单中占据主导地位。但是,只有当能在那里找到水时,才能站得住脚,即关于将人类送到这些研究最充分且据推测最安全的地方的论点。

研讨会的几位发言者希望将人类送往盖尔陨石坑,核动力“好奇号”探测器目前正在那里收集土壤样本、嗅探空气并用激光轰击岩石。最乐观的是“好奇号”的首席地图制作者,一位来自美国宇航局喷气推进实验室的体格健壮且务实的地质学家弗雷德·卡莱夫,他在他的演讲中为盖尔陨石坑辩护。

这张由57张单独图像组成的拼接自拍照来自美国宇航局的“好奇号”探测器,显示该机器人在盖尔陨石坑(一个拟议的EZ)内的玄武岩沙丘边缘栖息。这样的沙丘可能蕴藏着足够多的吸附水,可供人类探险者作为资源使用。
图片来源:NASA/JPL-加州理工学院/MSSS

探测器已经蹒跚穿过古代河床、冲积扇和其他证据,表明盖尔陨石坑在遥远的过去可能维持过生命。卡莱夫认为盖尔陨石坑在未来也可以维持人类的生命,并绘制了一个雄心勃勃的营地、通信塔和一系列任务的穿越路线图。探测器最近对盖尔陨石坑板岩色沙丘区的探测表明,它们是由玄武岩沙组成的,玄武岩沙可以从非常干燥的空气中吸附水蒸气。卡莱夫估计,沙丘中含有1万到100万公吨的吸附水,只需烘烤即可提取出来。

在盖尔陨石坑演示之后的问答环节中,很明显并非所有人都如此热衷——尤其是“开拓派”。“我对火星真的感到失望,”保罗·奈尔斯说,他是一位身材高挑、面色苍白的美国宇航局约翰逊航天中心的行星科学家,曾参与该机构的“凤凰号”着陆器任务。“我不想回到盖尔陨石坑,”奈尔斯继续说道。“我们没有在那里看到令人兴奋的东西——或者至少没有看到我真正希望看到的东西。”

奈尔斯和其他“开拓派”不乏EZ替代方案。首先,有机器人任务的亚军候选地点,即近赤道地点,这些地点有温暖、潮湿过去的迹象,名称如埃伯斯瓦尔德陨石坑、莫斯谷和杰泽罗陨石坑。然后是更遥远的可能性。奈尔斯想参观阿拉姆混沌区,这是一个巨大的陨石坑,布满了蜘蛛网状的裂缝,那里的地貌像破碎的蛋壳一样坍塌,可能是由于古代地下湖泊的突然排水造成的。喷气推进实验室的研究科学家劳拉·克伯游说人类在阿波利纳里斯苏尔奇风蚀山脊内建造基地,阿波利纳里斯苏尔奇是一处石化的泡沫状火山灰沉积物,可能富含冰,面积约为美国大陆的大小。乌克兰研究员瓦列里·雅科夫列夫通过视频直播解释说,泽菲利亚高原的山丘可能含有足够的水来支持一个10,000人的殖民地500年。

在这张来自美国宇航局“火星奥德赛”轨道飞行器上的热辐射成像系统的假彩色拼接图中,揭示了拟议的EZ阿拉姆混沌区的断裂“混沌地形”,该地形是由古代地下湖泊的排水造成的。拼接图覆盖了近300平方公里,分辨率为100米。崎岖、多岩石的区域以暖色调显示,而覆盖着沙子或尘埃的较光滑区域则以冷色调显示。
图片来源:NASA/JPL-加州理工学院/亚利桑那州立大学

对于来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的直言不讳的火山学家雅各布·布莱彻来说,“老实派”对熟悉地点的执着是“我们找到了针,但我们完全移除了干草堆的情况”。他说,除非美国宇航局投资更昂贵和耗时的机器人先导任务前往非常规、异国情调的地点,否则它可能会陷入困境,即抽干一口枯井,耗尽其火星预算,一遍又一遍地重访一个平庸的地点,仅仅因为它方便。“忘了火星的钱吧,如果他们愿意,这些先导任务可能会吞噬[美国宇航局]所有的钱!”来自喷气推进实验室的、好斗的工程师迈克·西伯特嘲笑道。西伯特是一位“老实派”,也是“机遇号”探测器的推动者之一。他希望通过将人类送到“机遇号”探测器的着陆点附近(位于一个名为子午线平原的区域)来节省资金。“如果我们不想为了让人类踏上火星而放弃太阳系的其他部分,”西伯特说,“我们可能需要从我们拥有的那根针开始,而不是干草堆中可能存在的其他东西。”

一种可能的出路是美国宇航局在下一个十年初,最早在2022年,向火星发射一个新的轨道飞行器;一个配备了更好的摄像头来研究地表——以及穿地雷达来深入探测地下的轨道飞行器。该轨道飞行器可以弥合“轨道派”和“地面派”、“老实派”和“开拓派”之间的差距,为更认真地考虑这颗行星开辟道路。这样一个任务尚未被编入美国宇航局的预算。这次研讨会是“火星人”为改变现状迈出的试探性第一步。

轰炸冰川以获取冰块

与“地面派”和“老实派”不同,大多数“开拓派”根本不想在赤道附近着陆。相反,他们希望将人类送到更凉爽的中纬度地区,HiRISE和其他仪器已经在那里揭示了由地下冰塑造的地貌。研讨会大约一半的EZ位于较高的中纬度地区,尤其是在富含冰的北部低地。“如果你想在火星上喝一杯冷饮,如果你想喝任何饮料,中纬度冰川冰和埋藏的地下冰是唯一被证实的储藏库,”乔·列维在他的演讲中告诉听众。他想将宇航员送到南部中纬度地区的一个巨大撞击坑——希腊平原盆地的边缘。列维是奥斯汀德克萨斯大学的地质学家,他使用卫星数据来计数和研究被称为舌状岩屑裙(被认为是地下冰川)的特征,这些特征在中纬度地区随处可见。在该项目结束时,他统计了超过11,000个,其中大多数可能含有数十亿吨冰水。

在这张假彩色HiRISE图像中,被称为“舌状岩屑裙”的埋藏冰川沿着北半球火星富含冰的中纬度地区拟议的EZ——氘尼罗忒斯桌山中的台地斜坡向下流动。该图像覆盖了大约一平方公里的地形,并捕捉到小至30厘米的细节。
图片来源:NASA/JPL-加州理工学院/亚利桑那大学

“你可以选择你想要的冰块来源,然后开始凿,”列维说。或者,更具挑衅性的是,你可以在冰川上引爆一颗小型炸弹,挖掘“一个实际上无限的冰矿坑”。稀薄的火星大气层随后可以免费完成大部分提取和净化工作,将暴露的冰升华为水蒸气,然后可以使用几乎不比防水布更复杂的设备进行冷凝和收集。一些听众耸耸肩或摇摇头——列维正在转向“你只需要做”的领域。列维继续说道,开采冰川以获取饮用水和燃料,还可以创建冰洞来容纳宇航员和设备,使他们免受宇宙射线和沙尘暴的危害。列维是一位“洞穴派”,一位“火星人”,他认为这颗行星上现存生命(无论是人类还是其他生命)的最佳前景都在地下。 “洞穴派”想象,或许有一天,当宇航员在勘测洞穴以寻找新的人类定居点时,可能会偶然发现火星古代生物圈的最后遗迹,这些遗迹被时间和孤独扭曲成某种阴暗的单细胞形式。

自然,这里存在紧张关系。因为火星的冰既可以是细致研究的对象,也可以是待开采的大宗资源——甚至可以居住在其中——栖息地中的宇航员不经意间淋浴或喝一杯水,可能会不小心将科学突破冲入下水道,或者使宇航员接触到从冰冻休眠中唤醒的外星病原体。人类最终前往火星的仲裁者可能与火箭技术的难题无关,而与管理异世界交叉污染的威胁有关——美国宇航局和其他航天机构称之为“行星保护”。在研讨会上,一位典型的身材苗条、衣着整洁的美国宇航局宇航员斯坦·洛夫选择了一个更通俗的术语:“细菌”。

美国宇航局宇航员斯坦·洛夫在研讨会上谈到应指导EZ选择的安全要求。“[宇航员]不在乎地点的身份,”洛夫说。“但我们非常关心这个地点是否会杀死我们,以及到达那里后我们是否可以做任何工作。”
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

“当我们身处火星时,我们将一直排放细菌和病毒,”洛夫说。“如果我们无法处理它,我们就不应该去……。你不仅无法阻止人类泄漏到火星,也无法阻止火星带着你回到栖息地。”

洛夫说,“火星人”面临着一个难题。人类前往这颗星球的任务被推销给公众是为了寻找生命,而不仅仅是壮丽的岩层。他说,生命“是让人们兴奋的原因——记住,纳税人资助我们,所以我们必须从事他们认为有趣的工作”。 “如果我们去一个我们知道在生物学上是安全的地点,那么任务就会变得不那么有趣。你面临着一个非常艰难的选择。”

红色星球的繁文缛节

对于少数将职业生涯投入到研究行星保护的科学家来说,这个选择一点也不难——除非人们能够在不传播星际细菌的情况下前往,否则根本不应该去。他们是火星的谨慎“保护主义者”。

只有一位“保护主义者”,喷气推进实验室的安迪·斯普里,出席代表了这种观点。斯普里灰白的头发和沉重的眼睑突出了他厌倦世事、近乎慈父般的风度;他是一位不情愿但始终如一的监护人,面临着劝退一群渴望将谨慎抛诸脑后的探险家的吃力不讨好的任务。“目前,我们还没有足够的认识来安全地向火星派遣人类任务,而不会在某种程度上以我们不了解的方式污染这颗星球,”他告诉我。斯普里对污染地球本身及其派遣的探险家也有类似的担忧。无论是回到地球还是在火星上的栖息地,任何可能含有外星生物物质的来自红色星球的东西都应该非常谨慎地处理。“想想‘埃博拉’,”他告诉“火星人”。

喷气推进实验室的行星保护专家安迪·斯普里在研讨会上谈到处理星际生物污染的难度。“目前,不可能提供定量的行星保护指南,”斯普里说。“因为我们没有关于火星的必要信息,而且我们对地球生命的了解也不完整。”
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

在他们避免生物灾难的努力中,“保护主义者”得到了法律的支持——具体而言,是1967年的《联合国外层空间条约》,该条约禁止人类探索对天体造成“有害污染”。一个名为COSPAR(空间研究委员会)的国际组织制定了行星保护协议,美国、欧洲、俄罗斯和其他签署国必须遵守这些协议才能遵守该条约。这些协议要求即使是送往火星的机器人也要经过灭菌程序,这可能会使任务成本增加数千万甚至数亿美元。所有这些都使“保护主义者”,即行星保护者,在有抱负的“火星人”中非常不受欢迎。“并非所有人都喜欢将人类视为他们自己科学上最糟糕的敌人,”美国宇航局前行星保护官约翰·鲁梅尔说,他是东卡罗莱纳大学的一位教授,没有参加这次研讨会。“但是,如果你不采取措施限制与人类相关的污染,那么去探索火星的理由就会消失,就像夏日午后乌托邦平原上的霜冻一样。”

乌托邦平原是北部低地一块布满岩石的火山平原,是美国宇航局双子“海盗号”着陆器之一于1976年着陆的地方(另一艘着陆器降落在行星的另一侧,更靠近赤道,在一个名为克里斯平原的地点)。 “海盗号”着陆器是第一批从地表传输图像的探测器。这些图像揭示了棕褐色调的周围环境,那里每天和每年发生的事情都很少,以至于最主要可见的变化是微米薄的水霜层的微妙来去。“海盗号”也是(并且仍然是)有史以来送往火星的最昂贵和雄心勃勃的任务。它们携带旨在寻找生命的自动化化学实验室,旨在经受严格的发射前灭菌。在125摄氏度下烘烤30小时后,每艘“海盗号”着陆器的微生物总负荷减少到不超过300,000个细菌孢子——仅略高于在培养皿中生长的单个点状菌落中发现的细菌的一半。

今天,任何前往火星的寻生命机器人仍然被限制在不超过300,000个细菌搭便车者,就像“海盗号”一样。行星保护专家计算出,这些限制只会给微生物偷渡者大约万分之一的机会成功繁殖和传播。研讨会上的批评者指出,这些“计算”与盲猜没什么区别。为“海盗号”设定的限制是基于美国宇航局在1970年代能够将航天器清洁到什么程度,而不是这些清洁水平在火星上的实际效果如何。根据你询问的对象以及他们想多快到达火星, “海盗号”灭菌标准要么是可笑的不足的保障措施,要么是滑稽的代价过高的过度杀伤。

坐在听众席中,JPL(喷气推进实验室)火星探测首席科学家戴夫·比蒂(Dave Beatty)指出,这些标准对研讨会的目标构成了一个小问题。比蒂说,根据一些研究,一个普通人体内或体表大约含有 100 万亿个细菌——是人体细胞数量的 10 倍。比蒂继续说道,如果对着陆硬件的限制也适用于宇航员,那么“根据当前的行星保护政策,人类[在火星上]着陆是不可能的。”

“没错,”斯普里回答道。“如果我们要实现人类着陆,范式必须改变,因为正如你刚才所说。仅仅送一名人类,更不用说四名或六名,我们就已经打破了得分限制。”

斯普里展示了一张“知识差距领域”图表,行星保护专家坚持认为,在为人类任务设定任何有意义的微生物污染水平限制之前,必须填补这些领域。
图片来源:Lee Billings

改变范式将需要在我们监测和管理微生物群落的能力方面取得重大突破,无论是在地球上还是在火星上。为了说明这项任务的艰巨性,斯普里在一个投影屏幕上展示了一张“知识差距领域”图表。该图表包含大约 25 个颜色编码的方框,其中大多数方框都填充了太多文字,以至于缩小到适合尺寸的文本太小,以至于火星人也无法阅读。在某种程度上,这无关紧要,因为斯普里令人沮丧的信息已经很明确:行星保护最终可能会消耗与实际将首批人类送往火星的行动一样多的时间、精力和金钱。

无人区

最近的一项发现比其他任何发现都更使选择着陆地点变得复杂:火星不再能被认为是维京时代寒冷干燥的沙漠。这颗行星上似乎存在许多所谓的“特殊区域”,COSPAR 将其定义为足够温暖和潮湿,足以让地球或可能火星微生物茁壮成长的区域。在国家科学院和欧洲科学基金会2015 年联合审查中,作者指出,行星保护的必要性可能会无限期地“阻止人类着陆或进入”火星的所有特殊区域。而且我们越仔细地观察火星,似乎就发现越多的特殊区域。

阿尔弗雷德·麦克尤恩(Alfred McEwen)和他的 HiRISE 团队在 2011 年发现,火星的某些部分富含被称为“季节性斜坡纹线”(recurring slope lineae,RSLs)的特征——细长的深色线条,从某些陨石坑和山丘的阳光照射侧的高处向下延伸。它们随着季节和阳光而消长,在条件最温暖时每天变黑并增长多达一米,这表明它们是由地表或地表下的小股水流形成的。2015 年 9 月,NASA 宣布,来自另一台仪器的数据最终将 RSLs 的存在与只能在水中形成的含水盐联系起来。已经在整个星球上识别出 200 多个候选 RSL 位点,其中 50 多个已得到证实。所有这些都是潜在的特殊区域,因此目前禁止所有火星车进入。

在这张由 HiRISE 数据构建的透视图中,被称为“季节性斜坡纹线”的细长深色条纹延伸数百米,沿着火星加尼陨石坑的坑壁向下延伸。研究人员认为,这些条纹似乎广泛分布在火星表面,不知何故是由液态水流产生的。
图片来源:NASA/JPL-加州理工学院/亚利桑那大学

在研讨会上,麦克尤恩推测,这些特征可能来自盐类,这些盐类通过吸收大气中的微量水蒸气来产生盐水,这意味着典型的 RSL 几乎不含任何水。第二种理论来自月球与行星研究所的方下巴高级科学家史蒂夫·克利福德(Steve Clifford)。克利福德认为,RSLs 可能是由土壤中富含盐分的冰融化形成的。西南研究院身材瘦长、娃娃脸的研究员大卫·斯蒂尔曼(David Stillman)提出了第三种也是最令人叹为观止的可能性。根据他对 HiRISE 图像与其同事罗伯特·格里姆(Robert Grimm)进行的有争议的分析,斯蒂尔曼认为 RSLs 是基本上遍布全球的承压含水层的产物。斯蒂尔曼说,HiRISE 和其他卫星看到的是自然泉水的径流,当阳光融化上方的冰塞时,这些泉水会通过岩石中的裂缝涌出。

斯蒂尔曼的理论远非无懈可击,但如果得到证实,它将彻底改变我们对火星的看法以及向火星派遣人类的前景。宇航员无需烘烤岩石或融化冰块来获取水——相反,他们只需沿着 RSL 的流动前沿铺设管道即可。水会通过管道向下流到栖息地,在那里可以净化和使用。但是,遍布全球的含水层也将构成潜在的本土生命栖息地,实际上会在地表下创造巨大的特殊区域,这可能会永远禁止人类进入这颗行星的广阔区域。RSLs 似乎注定要么成为火星人最狂野的梦想的实现,要么成为他们最糟糕的噩梦的根源。

多行星先例

经过三天的辩论,研讨会结束时没有形成具体的、协调一致的首选地点清单,只有一个承诺,即在不久的将来开始制定一份清单。火星人说,需要更多的数据。更多的时间。更多的资金。更多的准备。

人类在火星上的第一个脚印是近在咫尺,还是遥不可及?人类将在何时何地登陆?无论人类何时何地访问这颗红色星球,他们都可能在本次研讨会的参与者首次提出的区域生活和工作,参与者合影留念于此。
图片来源:NASA/比尔·英格尔斯

在研讨会结束不到一个月后,在SpaceX 航天运输公司亿万富翁创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)在美国地球物理联合会(AGU)年会上发表的讲话中,他明确表示自己已经厌倦了等待。马斯克说,行星表面可能是贫瘠的,任何更深层的东西都应该对人类是安全的。马斯克的观点反映了他的雄心壮志:他是一位彻头彻尾的殖民主义者,目标是在火星上建立自给自足的定居点,并开发出改变游戏规则的火箭来实现这一目标。他的评论暗示,如果 NASA 和其他行动迟缓的国家航天机构受到行星保护主义者的阻碍,像 SpaceX 这样更灵活的私营公司就不必如此。

对于马斯克和许多像他一样的人来说,快速到达火星不仅仅是为了科学探索知识;它还是一项为人类未来承保的保险政策。殖民主义者说,尽管这可能是悲剧性的,但与让人类孤独的意识之光熄灭相比,在人类的星际足迹下践踏外星微生物的可能性要好得多。“现在是地球历史上第一次窗口打开,我们有可能将生命扩展到另一个星球,”马斯克在 AGU 人群中说道。“这个窗口可能会开放很长时间——希望如此——但也可能只开放很短的时间。我认为明智之举是在我们还能做到的时候让人类成为多行星物种。”

后来,我问克利福德他对这些想法的看法,以及他是否对行星保护的原则感到恼火。行星保护主义者是否过分减缓了火星探索的速度?他回答说,这个速度可能而且也许应该更慢。无论我们文明的太空时代是否正在衰落,火星都不会消失。克利福德说,前往火星的问题更多的是伦理问题,而不是科学或技术问题。如果我们只是从地球输出我们过去的错误,那么在一个新的世界重新开始将毫无价值。

“在医学中,首要原则是不造成伤害,”他说。“这就是我们在探索火星时应采取的态度。火星是我们真正尝试探测本土外星生命的首个地方,可能是地球之外我们尝试居住的首个地方,它将为我们带到太阳系其他地方,甚至更远的地方树立先例。如果火星上的某个地方确实存在生命,它已经在那里生存了数十亿年。与此相比,我们的好奇心又算得了什么?它是否赋予我们未经极度谨慎就擅自闯入的权利?我不确定可能导致我们探测到的第一个外星生命的消亡是否是我们想要创造的遗产。”

李·比林斯(Lee Billings)是一位专门从事天文学、物理学、行星科学和航天领域的科学记者,并且是《大众科学》的高级编辑。他是广受好评的著作《孤独的五十亿年:在星空中寻找生命》的作者,该书于 2014 年荣获美国物理学会科学传播奖。除了为《大众科学》撰稿外,比林斯的文章还发表在《纽约时报》《华尔街日报》《波士顿环球报》《连线》《新科学家》《大众科学》和许多其他出版物上。比林斯是一位充满活力的公众演讲家,曾为 NASA 的喷气推进实验室和谷歌做过特邀演讲,并曾担任《国家地理》、突破奖基金会、先锋工作室和各种其他组织举办的活动的主持人。

比林斯于 2014 年加入《大众科学》,此前曾在《SEED》杂志担任编辑。他拥有明尼苏达大学新闻学学士学位。

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