好奇号将开展“湿”化学实验深入分析【凤凰彩

2019-08-29 作者:科学知识   |   浏览(73)

现在,好奇号已经有机会用一只湿化学杯检验保存了有机质的另外两块不同的泥岩。Mahaffy 希望,他们还有另一次机会。

近日,好奇号火星探测器的科研团队宣布,在火星寻找古生命迹象方面有了里程碑式的发现。在认真检查最近的探测结果后,研究人员于不久前召开的月球与行星科学年会上称,他们现在相当有信心,从地球带去的污染物并不能完全解释好奇号在火星岩石上发现的某些碳化合物。

在2016年9月好奇号的自拍中,在漫游器主相机的右方可以看得见远处的夏普山。

好奇号探测器在前往5000米高的夏普峰的路途中,首次在此地点钻入火星岩石进行取样。更多的钻探和检测发现了火星上有机物质存在的痕迹。图片来源:NASA/JPL-CALTECH

同时,工程师仍在继续了解为什么钻头的刹车有时不能释放。火星上的研磨或刨屑使钻头造成的磨损可能让它失灵。到目前为止,科学家尚无修复它的明确方法。

《中国科学报》 (2014-04-01 第3版 国际)

时间依然在为这个年老的探测器而流逝,一些外部科学家后悔没有利用湿化学杯。岩石已经刺破了它的轮子,其衰变放射性电源的能量产出已经下降了15%。布朗大学行星科学家Jack Mustard说,他理解该团队的犹豫。但他希望“该任务能够用湿化学设备更快地向前推进”,他说,“我非常渴望见到可以了解的内容。”

为证明这一结论,科学家不得不清除一些障碍。首先,他们必须要考虑高氯酸盐的影响。高氯酸盐是一种有腐蚀性的氧化剂,在火星上无处不在。当被加热时,高氯酸盐可以分解复杂的有机物。然后,他们还需要处理好奇号火星样本分析仪表组中的已知来源的污染物。为未来分析有机物而准备的一种化学试剂不知为何泄漏到系统中,从土壤和岩石样本中释放出的气体与准备用于质谱鉴定化合物的聚合物发生了反应。因此,探测器本身产生了有机物,包括少量氯化甲烷和相当多的复合氯苯。

几年前,该团队利用好奇号在降落地点盖尔陨坑附近黄刀湾钻探的泥岩样本,发现了氯苯(含有6个碳原子的环形分子)和其他氯代有机物。这些分子据认为来自与炉中高氯酸盐的反应,从而使其来源蒙上了一层神秘的面纱。但它们的出现是一个非常重要的线索,法国普瓦捷大学地质化学家Claude Geffroy说,他正在研究欧空局计划发射的天外火星探测器的类似SAM的仪器。“它意味着火星环境中存在有机物”。

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好奇号将开展“湿”化学实验分析

为了区分设备检测出的物质哪些真正来自火星,科研团队指示SAM进行空白运行:使用空样品瓶进行分析。他们使用惰性气体冲击空瓶和实际样品,并加热以驱走污染的试剂。在地球上,他们通过SAM仪器在类似火星的条件下,测试含有已知有机物的样本。在好奇号探测器上,他们尝试分析是正常数量3倍的样本,以观察特定的有机物是否也有3倍的量。

科学家可能会通过一次湿化学测试跟踪这些线索。但在2016年12月停工两周修理钻头之后,好奇号团队决定再次开始前行,其身后留下的是一个有潜力的钻探点和潜在的湿化学目标。

在此次会议上,美国宇航局戈达德太空飞行中心的Caroline Freissinet和Daniel Glavin,以及20名SAM团队成员报告称,最新结果是具有说服力的。Freissinet称,这项新发现提供了“引人注目”的证据,证明SAM最近探测到的诸如氯化甲烷、乙烷、丙烷等含碳化合物来自火星古岩石中的有机物,而不是从地球带去的污染物。Glavin表示,其他分析结果是“一个好迹象”,可能表明一些氯苯也来自火星。正如他在一张幻灯片中所展示的那样,“在火星近表面的样本中探测到有机化合物是重要的一步。”有400名成员构成的好奇号科研团队之外的专家则更为谨慎。

现在,更有趣的是一些链条更长、质量更大的有机分子,它们是由于溶剂泄露到周围环境而检测到的。它们的身份并未辨明,但很多类似于脂肪酸的残留物。生命通常会以偶数形式炮制出脂肪,其链条为12、14、16和18个碳原子的长度,发现类似模式的痕迹是Mahaffy梦寐以求的生物标记。脂肪是非常好的目标,华盛顿特区卡内基科学研究所地球物理实验室执行主任George Cody补充说。但它们也可能是常见的实验室污染,是由技术人员的指印留下的。任何相关发现都面临着考证其起源的严格考察。

若果真如此,这些简单的有机化合物(含氯甲烷和类似物质)可能来自于撒在每个星体上的数吨宇宙碎片,或者来自于远古时期的火星生命,好奇号目前所处的干燥着陆点在当时可能流淌着宜居湖和激流,这着实令人兴奋。

即便是使用干实验杯,该团队也必须克服一些障碍。火星土壤高氯酸盐饱和。除了在地表分解有机分子之外,高氯酸盐还会在SAM中产生恶作剧——它们会与该设备采样的有机物发生反应。此前还有一件明确的事情,其中的一个湿杯发生溶剂泄漏,产生了稳定的背景污染,这需要若干年才能化解。但这次泄露也提供了一个机遇:在低温下烘烤样本释放其高氯酸盐,使其在周围的溶剂中暴露两天,然后恢复加热,SAM团队即可得到一些有机“猎物”。

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SAM的工作方式是接收钻探或收集来的火星沙砾,将其置入可以放在炉中加热到1100℃的套管中。科学家会在形成的烟气中筛选,探寻分子标记。在圆盘传送带上的74个杯子中,大多数是用来开展“干”化学实验的石英管,其中有29个已经被使用。但机载的9个溶剂杯却用铝箔密封,旨在分析诸如氨基酸和衰变脂肪酸等有机分子,否则它们会抵制蒸发。

如果好奇号在未来的样本中能获得更丰富的有机物,那么就可以进一步构建人们对火星的认识。SAM团队成员可以尝试更复杂的技术,以将岩石中的有机物在被普遍氧化之前分离出来。几个月之内,好奇号会在其到达最终目标夏普峰之前再次停下来,届时下一次获取新样本的机会就会到来。

2014年年底,好奇号进入默里地层。根据最近观察的泥岩裂缝验证,它是另一块据认为可追溯至35亿年前的泥岩。漫游者钻探了处于高温之下的岩石,它会释放含硫的有机物质。这些分子不可能是污染物,因为好奇号探测器此前从未探测到它们。这个样本和其他若干样本还产出了浓度惊人的有机片段,浓度可达百万分之几。Geffroy说,这样的结果是20世纪70年代海盗号火星探测器观测到浓度的100倍,非常“令人吃惊”。实际上,现在大多数SAM科学家认为,“有机物在很多样本中更为普遍”,Mahaffy 说。

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问题类似于机械设备上延长钻头的停车刹车出现故障,这有些严重。“我们有一些忧虑。”加州帕萨迪纳市喷气推进实验室好奇号项目科学家Ashwin Vasavada说,但该钻头依然会间歇性地做出回应。“我们还没有处于它完全罢工的情况”。

美国宇航局好奇号探测器的控制者们一直在耐心等待,他们已经为启动一项重要实验等待了太久。这个漫游器腹部折叠了9个不锈钢套管,每个都装着溶剂,它们是该探测器探寻古代海洋生命迹象的最佳装置。现在,在登陆火星的第五个年头,好奇号已经到达一个被认为是富有潜力的狩猎点的山峰,任务科学家已经准备好将新钻出的泥土置入其中一个珍贵的湿化学杯中。但目前出了一个小故障——从2016年12月开始,好奇号已经不能钻探了。

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马里兰州戈达德空间飞行中心的Paul Mahaffy也是如此,他带领的团队负责该漫游者的机载实验室——火星样本分析仪。SAM团队已经嗅到了出乎意料丰富的有机分子,他们还发现了衰变脂肪酸的诱人迹象(在理论上这是古微生物细胞壁的潜在痕迹)。但这些和其他有机分子也可能来自地球上的污染,抑或来自于古火星火山或是陨石。现在,该团队希望了解更多。“痕迹就在那里。”Mahaffy说,“获得更确切信息的方式就是湿化学方法。”

即便钻头最终不能使用,NASA的科学家也有应对设备失灵的后备方法。好奇号还有一个铲臂,它们可能会非常幸运地发现一些近日暴露的非常容易抓取的物质。

图片来源:NASA/JPL-Caltech/MSSS

《中国科学报》 (2017-02-14 第3版 国际)

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