生命線索就在隔壁？NASA在太陽系內的追尋清單

awcc

從「維京號」到「毅力號」，科學家已花數十年追尋地球之外生命的化學線索。



由維京一號與二號探測器拍攝的火星合成影像。NASA/USGS


去年9月，美國航太總署（NASA）宣布在火星上發現可能的生命跡象，也就是所謂的「潛在生物特徵」（potential biosignature）。多年來一直在乾涸湖床探索的「毅力號」（Perseverance）火星車，偵測到古老的氧化還原反應痕跡，這些反應可能源自生命，也可能是地質過程所致。

雖然這些反應的起源仍不明朗，但這項發現已為搜尋外星生物跡象的研究寫下新篇章。半個世紀以來，科學家一直對鄰近行星、乃至太陽系外行星上出現的各種曖昧不明的化合物與結構充滿好奇與困惑。以下我們整理幾項最令人費解的發現，並說明它們對尋找外星生命可能意味著什麼。




2024 年 7 月，NASA毅力號火星車拍攝了這張合成自拍照。
火星車左側、畫面中央附近有一塊綽號「契亞瓦瀑布」（Cheyava Falls）的箭頭形岩石。岩石上的一些特徵，可能與火星遠古是否曾存在微生物生命有關。
NASA/JPL-CALTECH/MSSS



2024 年 7 月，毅力號火星車在耶澤羅隕石坑（Jezero Crater）拍攝了這塊名為「契亞瓦瀑布」（Cheyava Falls）的岩石。
科學家對岩石上形狀不規則的「豹紋斑點」特別感興趣，這些斑點可能暗示數十億年前，岩石內的化學反應曾有助於微生物生存。
NASA/JPL-CALTECH/MSSS


什麼是潛在生物特徵？


值得注意的是，「潛在生物特徵」的定義其實很模糊。地質過程也能產生複雜結構，例如晶體或高分子，因此要分辨生命跡象與非生命過程非常困難。

愛丁堡大學行星古生物學小組（Planetary Paleobiology Group）負責人、天文生物學家肖恩．麥克馬洪（Sean McMahon）指出：「如果你問──非生物化學能有多複雜？答案就是生物化學，因為生物化學本身就是從非生物化學發展而來。」

地球上確實存在一些難以明確劃分為生物或非生物類別的結構。法國分子生物物理中心（Center for Molecular Biophysics）前外星生物學組（Exobiology Group）主任、榮譽研究主任弗朗西絲．韋斯特爾（Frances Westall）表示，她花了近 20 年才確認澳洲一種距今約 34.5 億年的「化能無機營養生物」（chemolithotroph）的生物起源。她的團隊在去年9月發表的研究指出，這類微生物可能是常見的外星生命形式，但「極難被偵測與辨識」。

韋斯特爾說：「我必須等到有適合的儀器，能測量這些微小結構及偵測極少量的碳元素。過程很漫長，但最終我們獲得了真正想要的關鍵證據。」

抽象或意料之外的生命形式，以及新型地質過程的存在，都可能讓我們難以建立生物特徵的標準。

麥克馬洪說：「我們尋找的，是超越環境背景的訊號，但大多時候，我們根本不了解這個背景裡包含了什麼。」這也說明了，為何在地球和外太空尋找潛在生命跡象的過程，總是充滿不確定性。


維京號的實驗


1976 年夏天，NASA的維京號（Viking）登陸器首次在火星表面成功著陸，成為首批在火星運作的機器人。登陸器搭載了「標記釋放實驗」（Labeled Release experiment），將火星土壤樣本與水和養分混合，以偵測生物活動。

實驗透過測量樣本釋放的氣體，尋找可能來自火星微生物的新陳代謝跡象。驚人的是，實驗的氣體結果與科學家預期若有生命存在應有的反應一致，也符合先前地球土壤中微生物的測試結果。




NASA的維京號計畫在歷史上具有重要地位，因為它是美國首次成功在火星表面著陸的任務。
上圖為維京號著陸器模型，攝於NASA噴射推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory）。
NASA/JPL-CALTECH/UNIVERSITY OF ARIZONA


雖然結果令人振奮，但後續實驗並未能穩定重複呈現相同的結果。此外，隨著科學家對火星土壤化學的深入了解，他們發現火星上一些常見的非生物化合物，也有可能釋放出維京號偵測到的神秘氣體。

目前普遍認為這些結果最多只算是「不確定」，而且科學家已提出多種可能的非生物解釋。無論如何，這整個事件引發了長達數十年的爭論：這次任務究竟是否真的發現了外星生命？

麥克馬洪說：「我們仍然無法完全理解當時發生了什麼，仔細想想這點還蠻令人震驚的。這個實驗本身存在缺陷，可能同時出現偽陽性與偽陰性的結果。」

韋斯特爾認為，維京號的謎團很可能可以非生物因素解釋，例如火星土壤中存在的活性化合物，可能釋放出觀測到的氣體。但她也補充說：「我們仍可能會有意外的發現。」

「很難百分之百肯定或否定，」她說：「我覺得這項分析很有趣，但我們的資料根本不足，無法斷定這就是現存生命痕跡的證據。」


火星隕石


快轉20年：1996 年，美國總統比爾．柯林頓（Bill Clinton）宣布「可能在火星上發現生命」，原因是科學家在一塊墜落於南極的火星隕石「艾倫丘陵 84001」（Allan Hills 84001）中，發現了奇特的結構。雖然研究人員最初推測這些結構可能是「過去火星生物的化石遺骸」，但現在的科學家普遍認為，這其實可以用非生物的地球化學過程來解釋。

艾倫丘陵隕石的故事常被視為「過早下結論」的警示案例，但同時也激發了大眾的好奇心，並促進了學術界對尋找外星生命的投入。

韋斯特爾說：「即便他們的解讀是錯的，這項研究確實推動了天體生物學的發展。30年過去，我們已經比當年發表論文時知道得更多。」


大氣生物標記


除了在其他天體表面尋找生命跡象外，科學家們也開始觀察遙遠行星的大氣，試圖從其中的化學成分尋找可能的生物活動痕跡。

2021 年，一個研究團隊報告在金星大氣中探測到磷化氫，這種化合物既可能由生物產生，也可能由非生物過程形成。去年稍早，另一個團隊又在距地球約 124 光年的系外行星 K2-18b 大氣中，發現了潛在的生物標記。這兩項發現都引發了激烈討論，也促使科學家研究各種可能的非生物解釋。隨著我們對外星大氣的探索愈加深入，類似的爭議很可能會持續出現。

「我們對系外行星大氣的化學了解才剛起步，」麥克馬洪說：「要找到生命，首先是觀察到一些無法解釋的現象，接下來的真正工作，就是像科學偵探一樣，逐一推敲排查所有可能的解釋。」

基於這個背景，毅力號最新發現的氧化還原反應令人振奮，但這僅是新故事的開始，而非結局。最終計畫是派遣另一艘太空船前往火星，回收毅力號的樣本，並帶回地球進行全面分析。這項樣本返回任務有可能揭露毅力號是否已經發現了外星生命，不過，由於目前美國政府削減NASA的預算，讓這項計畫面臨風險。

或許有一天，我們能清楚辨識出真正的外星生物標記，最終揭開「宇宙中我們是否孤單」的重大謎團。但要達成這個目標，可能需要極大的耐心與投入。

「若真的發現外星生命，那將是非常、非常令人振奮的事，」韋斯特爾說：「不過我想，這大概就像大海撈針一樣困難。」



資料來源 : 國家地理
https://www.natgeomedia.com/science/article/content-18745.html