簡 要

尋找火星上過去或現(xiàn)在的生命是我們向這顆紅色星球發(fā)射的每一項(xiàng)任務(wù)（從軌道器到著陸器再到探測車）的唯一驅(qū)動(dòng)力。然而，科學(xué)界仍然擔(dān)憂地球微生物會(huì)搭乘前往火星的航天器，也就是所謂的“前向污染”。

這種擔(dān)憂在于，我們可能會(huì)將地球微生物誤認(rèn)為是火星生命，或者地球微生物可能會(huì)影響我們可能發(fā)現(xiàn)的火星生命樣本。雖然NASA致力于盡可能地降低這種風(fēng)險(xiǎn)，但新的方法能否幫助我們確定地球微生物在火星上能夠存活多久，從而減輕人們對前向污染的擔(dān)憂呢？

美國宇航局的“毅力號(hào)”火星車在火星表面。最新研究表明，大多數(shù)暴露在外的航天器表面會(huì)在一天之內(nèi)完成消毒。

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現(xiàn)在，由加拿大約克大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)推出了火星微生物存活（MMS）模型。他們指出，該模型可用于估算地球微生物對火星造成的污染量。更具體地說，在發(fā)射前未被捕獲的地球微生物抵達(dá)火星后，能在火星日內(nèi)存活多久？作為參考，一個(gè)火星日等于一個(gè)火星日，比一個(gè)地球日略長，為24小時(shí)39分鐘。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員分析了航天器在巡航階段和表面階段如何應(yīng)對微生物滅菌。在巡航階段，航天器會(huì)受到太陽風(fēng)（以紫外線C (UVC) 輻射的形式）的轟擊，因此研究團(tuán)隊(duì)分析了航天器在真空環(huán)境下，隨著溫度和太陽輻射的變化會(huì)如何響應(yīng)。在表面階段，由于火星缺乏像地球一樣的保護(hù)性臭氧層和磁場，航天器不僅要承受火星表面的溫度和壓力，還要承受太陽輻射。

研究人員分析了過去火星任務(wù)（包括海盜號(hào)、探路者號(hào)、勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)、好奇號(hào)和毅力號(hào)）中 14 個(gè)先前使用過的火星著陸點(diǎn)或墜毀點(diǎn)，以確定未來航天器可能遇到的消毒程度。

最終，MMS模型確定航天器外部已免受太陽風(fēng)的影響，而封裝的探測車或著陸器也免受太陽風(fēng)的影響。然而，它們?nèi)匀槐┞对谡婵窄h(huán)境中，溫度會(huì)發(fā)生變化，因此這些環(huán)境也能夠起到殺菌作用。

對于表面階段，MMS模型預(yù)測，朝上的航天器表面大約需要一個(gè)火星日才能完成消毒，而整個(gè)航天器完成消毒則大約需要一個(gè)火星年（687個(gè)地球日）。MMS模型還考慮了有毒的月壤、表面壓力和干燥等因素對進(jìn)一步消毒的影響。最后，MMS模型估計(jì)，由于內(nèi)部組件的加熱，航天器內(nèi)部完成消毒大約需要100個(gè)火星日。然而，研究人員指出，未加熱的內(nèi)部組件的消毒可能需要長達(dá)25個(gè)火星年的時(shí)間。

該研究得出結(jié)論：“MMS模型預(yù)測，在所考察的14個(gè)著陸點(diǎn)，無論是巡航階段的氣動(dòng)外殼還是著陸后的航天器，生物負(fù)荷的存活率都非常低。所有航天器外部表面可能僅通過UVC紫外線就已達(dá)到滅菌效果，其他殺菌因素的作用微乎其微。航天器內(nèi)部表面的生物負(fù)荷很可能主要通過溫度和低壓的協(xié)同作用而降低，但僅考慮低壓因素，可能需要長達(dá)25年的時(shí)間才能達(dá)到完全滅菌。雖然維持高標(biāo)準(zhǔn)的行星保護(hù)對于成功的火星科學(xué)任務(wù)至關(guān)重要，但我們估計(jì)，航天器寒冷內(nèi)部表面上的少量微生物可能在火星上存活數(shù)十年。”

美國宇航局的行星保護(hù)計(jì)劃，正式名稱為美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）生物技術(shù)與行星保護(hù)小組（BPPG），其唯一目標(biāo)是通過確保航天器在發(fā)射前進(jìn)行最大程度的消毒，來防止前向污染。與所有事業(yè)一樣，BPPG也在不斷努力改進(jìn)自身，持續(xù)開展研究以提升消毒程序，包括開發(fā)更高效、更經(jīng)濟(jì)的技術(shù)。

地球上的微生物如今是否還存在于火星表面？

MMS模型結(jié)合了巡航階段和火星表面的殺菌效果，估算了14艘著陸或墜毀在火星上的航天器上的生物負(fù)荷降低率。截至本文撰寫之時(shí)（2025年1月15日），火星上的航天器上是否存在任何存活的地球微生物？顯示了本研究中考慮的火星航天器在發(fā)射時(shí)的估計(jì)生物負(fù)荷。發(fā)射時(shí)每艘航天器的平均生物負(fù)荷為2.12 × 10?個(gè)存活微生物，考慮到巡航階段和著陸后的生物負(fù)荷降低，每艘航天器和著陸器在一個(gè)火星年內(nèi)，生物負(fù)荷降低1個(gè)SAL（-12 log）即可實(shí)現(xiàn)無菌化。

火星微生物生存模型將在未來幾年和幾十年內(nèi)如何為行星保護(hù)做出貢獻(xiàn)？時(shí)間會(huì)給出答案，而這正是我們投身科學(xué)的原因！