NASA科学家发现火星上可能存在有机盐

这副图由美国国家航空航天局(NASA好奇号Curiosity探测器上的桅杆照相机(Mastcam)拍摄于2014年2月9日,也即好奇号任务的第538个火星日。好奇号探测器驶过该沙丘,沙丘位于Dingo Gap 山口。
来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室JPL-Caltech)/马林空间科学系统(MSSS)

NASA的一个团队发现火星上可能存在有机盐。这些盐类是有机化合物的化学残留物,就像古代陶器的碎片一样,NASA好奇号探测器之前所探测到的盐类也是如此。火星上的有机化合物和盐类可能是由地质过程形成的,也可能是古代微生物生命的残留物。

在火星上直接探测到有机盐的存在,不仅为火星上曾经存在有机物质的观点增添了更多证据,也对火星目前的可居住性提供支持。因为在地球上,一些生物体可以利用草酸盐和醋酸盐等有机盐类来获取能量。

研究由来自NASA戈达德太空飞行中心的有机地球化学家詹姆斯·M·T·路易斯(James M. T. Lewis)牵头,研究成果于3月30日发表在《地球物理研究期刊》(Journal of Geophysical Research)上。他表示:“如果我们在火星上的任何地方确定存在有机盐集中分布,我们会想对这些区域进行进一步调查,最好是在地表以下更深处进行钻探,那里的有机物质可以被保存得更好。”

路易斯的实验和对火星样本分析仪数据的分析,都间接表明了火星上有机盐的存在。火星样本分析仪又名“化学和矿物学分析仪”,简称SAM,是好奇号探测器内部的一个便携式化学实验室。但是,使用诸如火星样本分析仪之类的仪器在火星上直接识别有机盐是很困难的,该仪器通过加热火星土壤和岩石以释放出揭示这些样品成分的气体。然而挑战在于,加热有机盐只产生简单的气体,而火星土壤中的其他成分也可能会释放这些气体。

如果你有来自另一个星球的一个样本,而你想知道它是否含有某种特定的分子,甚至可能是一个能够揭示该星球是否能维持生命的分子,你将会怎么做?当科学家们面临这种情况时,他们使用了一个惊人的工具:质谱仪。质谱仪可以使科学家得以非常仔细地对样品进行观测,并确定其中含有的物质。

如果你有一个来自另一个星球的样本,而你想找出它是否含有某种分子……甚至可能是一个能揭示该星球是否能维持生命的分子,你会怎么做?当科学家们面对这样的情况时,他们使用了一个惊人的工具:质谱仪。它可以分离材料,使科学家能够非常仔细地观察一个样本,并看到里面有什么。
影像来源:美国宇航局/戈达德太空飞行中心

然而,路易斯和他的团队提出,好奇号探测器上使用不同技术的另外一个仪器,即化学与矿物学分析仪(CheMin)可以探测到某些有机盐类(如果含量足够丰富)。但到目前为止,化学与矿物学分析仪还没有检测到有机盐类。

寻找有机分子或有机盐的残余物,对NASA寻找其他星球上的生命而言至关重要。但在火星表面,这是一项具有挑战性的任务,因为数十亿年的辐射已经将有机物质抹去或分解。就像考古学家挖掘陶器碎片一样,好奇号探测器收集火星土壤和岩石,其中可能含有微小的有机化合物块,然后由火星样本分析仪和其他仪器鉴定其化学结构。

路易斯和他的团队以及其他科学家们试图通过好奇号探测器传回地球的数据,将这些破碎的有机物碎片拼凑起来。他们的目标是推断出这些碎片曾经可能属于什么类型的分子,以及这些分子可能揭示出怎样的火星古代环境和潜在的生物学

路易斯表示:“我们正试图解开数十亿年的有机化学过程,在这一有机记录中,可能包含终极大赏:即表明火星上曾经存在生命的证据。”

虽然一些专家几十年来一直预测火星上保存着古老的有机化合物,但由于好奇号上的火星样本分析仪实验,这一预测才被予以证实。例如,由NASA戈达德太空飞行中心的天体生物学家珍妮弗·艾根布罗德(Jennifer L. Eigenbrode)牵头的好奇号任务科学家国际团队于2018年发布的一份报告中表明检测到了无数含碳分子。正如我们所知,碳是生命的基本元素

研究科学家詹妮弗·埃杰布洛德博士讨论了火星上发现的古代有机分子。
影像来源:美国宇航局/戈达德太空飞行中心/丹·加拉格尔

艾根布罗德与路易斯合作进行了这项新的研究,她表示:“我们在火星表面发现的30亿年历史的岩石中保存着有机物,这是一个非常有希望的迹象,这表明我们也许能够从火星地表之下保存得更好的样本中获取更多信息。”

几十年前,科学家们预测火星上的有机化合物可能分解成盐。他们认为,这些盐类比大而复杂的分子(例如与生物功能相关的分子)更有可能长期存留在火星表面。

如果火星样本中存在有机盐,路易斯和他的团队想知道在火星样本分析仪的加热炉中加热会如何影响其释放气体的类型。火星样本分析仪的工作原理是将样品加热至超过1800华氏度(1000摄氏度)。热量使分子分解,释放出一些气体。不同的分子在特定的温度下释放出不同的气体。因此,通过观测在哪个温度下释放出哪种气体,科学家们可以推断出样品是由什么成分构成的。

路易斯表示:“当加热火星样本时,矿物质和有机物之间会产生许多相互作用,这可能会使我们的实验更难得出结论,所以我们正在做的工作是试图将这些相互作用进行拆解,以便在科学家们在火星上进行分析时能够利用这些信息。”

路易斯对一系列与惰性硅石粉混合的有机盐进行了分析,以复制火星岩石。他还研究了在硅石混合物中加入高氯酸盐的影响。高氯酸盐是一种含有氯和的盐类,在火星上很常见。科学家们长期以来一直担心它们会对寻找有机物质迹象的实验造成干扰。

NASA科学家发现火星上可能存在有机盐

史上第一张火星照片来自NASA的维京1号(Viking 1)火星探测器,摄于1976年7月20日。
来源:NASA/喷气推进实验室(JPL)

欲了解更多信息,请戳阅:https://www.jpl.nasa.gov/images/first-photograph-taken-on-mars-surface

事实上,研究人员发现高氯酸盐的确对他们的实验产生了干扰,并且准确地指出了是如何干扰的。但他们也发现,与没有高氯酸盐的情况相比,他们从含有高氯酸盐的样本中收集到的结果与火星样本分析仪的数据更加吻合,这支持了火星上存在有机盐的可能性。

此外,路易斯和他的团队的报告表明,有机盐可以被好奇号探测器上的化学与矿物学分析仪检测到。为确定样品的成分,化学与矿物学分析仪向其发射X射线,并测量X射线向检测器衍射的角度。

随着好奇号探测器进入盖尔陨石夏普山的新区域,其火星样本分析仪和化学与矿物学分析仪团队将继续搜寻有机盐类的信号。

不久之后,科学家们也将有机会研究火星地表以下保存得更好的土壤。欧洲航天局(ESA)即将推出ExoMars火星漫游车,其装备可以钻探至火星地表之下6.5英尺(约2米)。它将携戈达德仪器,分析火星地表下更深层的化学成分。NASA的毅力号”(Perseverance)火星探测器上没有可以探测有机盐的仪器,但它正在收集样本,以便将来送回地球通过精密的实验室机器来寻找有机化合物。

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/salts-could-be-important-piece-of-martian-organic-puzzle-nasa-scientists-find-0

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