如何防止我們的航天器污染火星

在過去的二十年裡，火星已經成爲一個國際遊樂場。目前有 5 個航天機構執行了 11 項探索這顆紅色星球的任務，包括軌道器、着陸器和漫遊車。未來幾年將有幾個額外的機器人任務前往火星，載人任務計劃在 2030 年代進行。由於這種交通量的增加，美國宇航局和其他航天機構自然會擔心“行星保護”。

考慮到這一點，美國國家科學院、工程院和醫學院(NASEM) 最近發佈了一份新報告，其中確定了未來機器人火星任務的幾個標準。這些將減少這些任務的“生物負載”要求，這些要求旨在防止地球生物無意中污染紅色星球。具體而言，該報告考慮了地球生物將如何幹擾對地球上土著生命的搜尋。

這份題爲“火星任務生物負載要求評估”的報告由太空研究委員會 （SSB) 和生命科學委員會撰寫，這兩個委員會都是 NASEM行星保護委員會(CoPP） 的一部分。該機構致力於研究與控制生物交叉污染相關的科學和政策的所有方面，生物交叉污染可能來自機器人航天器任務和人類探索。

該報告是應 NASA 的要求（並在NASA 提供的支持下）進行的，以確定火星上適合着陸機器人任務的位置的標準。認識到正在執行的任務類型越來越多樣化（更不用說越來越多樣化的科學目標），這些地點需要滿足比 NASA 政策目前要求的更嚴格的生物負載要求。

行星保護

自 1982 年以來，NASA 一直保持着不同嚴格的協議，以減少航天器的生物負載。這些範圍從部件的部分滅菌和“潔淨室”組裝到生物測定監測和潛在生物羣落的記錄。這些“行星保護”措施旨在降低土著生活的風險，同時保持實現重要科學目標的前景。

在行星保護方面，火星任務被認爲是一個特別重要的目的地，因爲目前有很多努力致力於尋找那裡外星生命的證據。正如行星科學研究所（PSI)的高級科學家兼撰寫該報告的委員會聯合主席阿曼達·亨德里克斯 (Amanda Hendrix ） 在 NASEM新聞稿中所解釋的那樣：

“應該根據近年來科學對火星的瞭解程度來考慮改變行星保護政策。由於知識的增加，美國宇航局現在有機會採取更細緻、在某些情況下更寬容的方法來減少某些任務的生物負載要求。然而，仍然需要謹慎，因爲我們有很多關於火星和地球生命生存能力的知識。”

委員會聯合主席約瑟夫·亞歷山大補充說：“行星保護措施應旨在降低風險，同時在最大程度上保持重要科學目標可以實現的前景。” 現在是Alexander Space Policy Consultants（一傢俬營科技政策公司）的負責人，Alexander 之前是美國國家科學院 SSB 的高級項目官員（直到 2013 年）。

鑑於最近對火星的興趣激增，該報告還認識到有必要審查行星保護協議。除了 NASA 或 Roscosmos 以外的航天機構向火星發送任務外，商業航天部門的興趣也越來越大。正如報告中指出的：

“在過去的十年中，規劃、參與和承擔火星任務的國家航天機構數量有所增加，私營企業也參與了開展火星商業任務的活動。火星任務的性質也在演變，以具有更多的多樣性、目的和技術。隨着火星任務的增加和多樣化，制定行星保護措施的國家和國際進程認識到需要考慮科學發現、商業活動和人類探索的利益。”

主要發現

總體而言，該委員會的報告提供了九項具體調查結果，以響應 NASA 的要求。其中，報告強調了發現和保存火星土著生命證據的重要性。爲此，必須避免污染，因爲陸地生物可能會在火星上增殖，威脅土著生命形式並破壞發現過程。

“在火星上發現土著生命將是人類知識發展的一個標誌性事件，具有廣泛的影響和意義，”他們說。“通過應用行星保護協議或其他科學接受的手段，保持陸地生物與本土火星生物的明確分離或可區分性，對於實現 NASA 的太陽系探索目標和解決長期以來困擾人類的深刻問題至關重要。”

尋找這種生命的證據一直是科學家們面臨的巨大挑戰。自從水手 4號探測器於 1965 年飛越火星以來，科學界一致認爲生命無法在火星上生存。與地球相比，缺乏磁場和稀薄的大氣意味着火星暴露在大量的紫外線 （UV） 輻射和宇宙射線下。這引出了報告的第二個發現，即火星環境“使陸地生物的生存、生長和增殖”成爲不太可能的污染源。

作者還得出結論，由於火星地下的許多部分深約 1 m（3·3 英尺）沒有水冰，因此它們也是陸地生物增殖的不良環境。因此，他們建議放寬對未來機器人火星任務的生物負載要求，這些任務的目的地不是這些環境、地表下不低於 1 m 的位置、地下接入點周圍的指定“緩衝區”或其他具有天體生物學興趣的地點。

然而，這並不排除有生命力的陸地生物可以在某些地下環境（例如洞穴系統）中生存的可能性。這些環境被認爲是火星上最有可能居住的環境之一，這意味着它們可能已經擁有“現存或滅絕的本土火星生物”。然而，他們承認需要更多的研究來解決“棲息地連通性”和“鹽水運輸”，以確定污染是否會在冰冷的地下環境中傳播——即永久凍土、冰蓋和極地冰。

水冰集中的位置被認爲是未來着陸點的理想選擇，因此需要更多信息來評估陸地生物從一個潛在棲息地擴散到另一個潛在棲息地的可能性。爲避免污染地下接入點的可能性，生物負載鬆弛的任務需要降落在與天體生物學感興趣的地點相距較遠的地方。他們聲稱，這些“緩衝區”將根據“當地和季節的風況”以及輻射暴露來確定。

結論

最後，作者建議保持發射前清潔規定和設備去污（例如使用鑽頭和其他工具）。他們還建議未來的任務旨在利用自然消毒的紫外線和宇宙輻射的影響。當然，他們承認整個報告中提供的許多信息還沒有得到很好的約束，原位滅菌的有效性也是如此。

因此，他們建議有必要進行更多研究，尤其是在涉及地下棲息地的情況下。這包括更好地估計這些棲息地的連接程度、地下鹽水和冰的可能性，以及對地下接入點的更好了解。所有這些都是需要的，以便科學家可以更好地評估污染的可能性。

幾十年來，科學家們一直認爲火星是尋找外星生命的最佳地點，這是有充分理由的。在地球之外，它是我們太陽系中最宜居的天體（按照我們的標準），並且與地球有一些明顯的相似之處。在接下來的幾年裡，多個機器人探險家和載人任務將加入尋找火星上的生命、火星過去的線索以及這顆行星如何演變成今天的樣子。他們找到的答案也將闡明地球和我們所知的生命是如何形成的。

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