“地外火星號”探測器後年發射,微型化學實驗室將探索火星生命體

“地外火星號”探測器後年發射,微型化學實驗室將探索火星生命體

圖說:NASA戈達德太空飛行中心的精密裝配及機械技術員瑞恩·威爾金森(Ryan Wilkinson)正在利用熱真空測試來檢查MOMA。

據美國科學科技日報網近日報道,一個跨國科學家團隊在將於2020年7月發射的“地外火星號”探測器(ExoMars Rover)上建造了一個微型化學實驗室,該探測器可以在火星地表鑽孔,以求在火星內部探尋生命的跡象。這臺被稱為“火星有機分子分析儀”(MOMA)的儀器雖然只有家用烤箱大小,但卻是歐洲航天局(ESA)和俄羅斯聯邦航天局(Roscosmos)該次聯合太空任務中一臺關鍵的設備,美國航天航空局(NASA)也為它的研製提供了大力支持。“地外火星號”探測器將是第一臺探索火星地表深處的儀器,它的鑽頭可以從兩米深(超過六英尺)的地下進行取樣——這對於尋找火星生命遺蹟很重要,因為火星的大氣很稀薄,並且其不均勻的磁場無法有效阻擋太空輻射,所以暴露在火星表面的有機分子早已破壞殆盡,而火星的沉積岩是一道有效的屏障,因此研究小組希望從地下的樣本中發現更多的有機分子。

NASA戈達德太空飛行中心的MOMA項目科學家威爾·布林克霍夫(Will Brinckerhoff)介紹道:“‘地外火星號’探測器能深鑽到地下兩米的功能將為MOMA提供獨一無二的研究樣品,而這些樣品則可能包含了從火星遠古時代遺留下來的複雜有機化合物,而那時可能就是火星生命的起源之時。”

雖然如今的火星表面已不適合存在人類已知的任何生命形態,但是有證據表明,在遙遠的過去,火星的氣候曾經能夠讓液態的水存在於其地表,而液態的水是生命的一種基本成分。這些證據包括了乾涸的河床和只有液態水存在時才能形成的礦藏等等。NASA向火星發射的“機遇號”和“好奇號”火星探測器目前正在探索火星地形,它們已經發現了更多火星過去曾經適宜生命生存的遺蹟。MOMA儀器能夠探測各種各樣的有機分子,而有機化合物通常與生命相關聯,儘管它們也可以由非生物過程產生。有機分子具有碳和氫元素,還可以包括氧、氮和其它元素。為了在火星上找到這些分子,MOMA團隊必須把一個正常化學實驗室中通常會佔用兩個工作臺大小的儀器縮小到一個家用烤箱的尺寸,這樣他們才能將其安裝在火星探測器上。

雖然MOMA很複雜,但它的核心是一個微型質譜儀,它能將帶電的原子和分子分開。在火星尋找有機化合物的基本過程可歸納為兩個步驟:首先是從火星岩石和沉積物中分離出有機分子,然後通過電離賦予它們電荷,這樣質譜儀就可以檢測到它們的存在了。針對各種不同種類的有機分子,MOMA有兩種方法來加以區分。

第一種方法類似於用烤箱來加熱樣品——這個烘烤過程會使有機分子蒸發,在分子附著到一根細柱後,這些化合物的混合物會按其各自的組成部分被分散開來,然後這些化合物會依次傳遞到質譜儀中,在那裡它們將被賦予電荷並被電場重新排序,最後每種類型的分子都有一組獨有的“質量-電荷”比率,這樣質譜儀就能運用質譜模式來識別分子了。

一些較大的有機分子比較脆弱易碎,在高溫汽化過程中會有被分解的可能,所以MOMA的第二種方法就派上用場了:用激光來照射樣品。由於使用的僅僅是快速的脈衝激光,它只會蒸發一些較大的有機分子,而不會將它們完全分解。同時,激光也會賦予這些分子電荷,這樣就能直接把它們從樣品中發送到質譜儀,並進行分類和識別了。

MOMA的最大功能就是能夠檢測有機分子的手性。如果它發現一個有機分子主要是左手性或是右手性(稱為“同手性”),那麼就可以證明是生命體產生了該分子,因為非生物過程傾向於製造出數量相同的兩種類型的混合分子,而這就是所謂的“生物簽名”(biosignature)。


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