在远古火星湖床上发现了无法解释的碳
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科学家们现在已经证明,在古代火星湖床中发现的富碳分子曾经的含量远高于今天测量到的微量含量。

这一修正意味着火星一定产生或保存了比预期多得多的碳,迫使人们重新审视古代火星的运作方式。

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泥岩中锁住的碳

在火星干涸的湖床深处,一块沉积岩样本尽管遭受着无情的表面辐射,却仍然保存了三条长的碳链。

利用这些分子,美国宇航局戈达德太空飞行中心的亚历山大·A·巴甫洛夫博士计算出多少辐射会破坏并重建它们早期的丰度。 

重建结果表明,这些岩石曾经含有比今天测量的微量含量高得多的浓度。 

这些较高的初始水平现在需要一个足够有力的解释,来说明其得以保存以及随着时间的推移而出现的明显下降。

探测车发现了什么

化学家称这些链状分子为烷烃,它们是仅由碳和氢组成的简单分子,而且通常能耐受高温。

在实验室里,“好奇号”探测到了岩石释放出的气体,并且发现其模式与更长的碳链相符。

岩石样本中出现了三种相关的碳分子,分别含有十个、十一个和十二个碳原子,其含量约为十亿分之三十到五十。

实验室研究将这三种物质与脂肪酸联系起来,脂肪酸是一种有助于构建细胞膜的油性分子,尽管非生物化学物质也可以产生它们。

防止氧化

泥岩中的层状粘土和富含硫的盐可以捕获碳化合物,并使其远离活性氧。

“好奇号”分阶段加热样品时,早期加热首先释放出氧气,因此后期加热造成的燃烧较少。

较大的分子被矿物层保护着,保持完整,直到高温将它们释放出来,才被探测车探测到。

这种类型的庇护所使得一些火星岩石比松散的沙子更适合科学家寻找更古老的化学成分。

辐射设定时钟

如今的火星,稀薄的空气和薄弱的保护层使得火星表面大部分区域持续受到来自太空的高能粒子流的轰击。

电离辐射,即能破坏化学键的高能粒子,可以将长的碳切割成更小、更难辨认的碎片。

巴甫洛夫的团队计算得出,经过大约 8000 万年的辐射暴露,这块岩石可能曾经含有百万分之 120 到 7700 的这类碳分子。

一旦这些初始数字确定下来,寻找碳的过程就变成了寻找能够浓缩碳的过程。

逆转失去的碳

实验室辐照实验的结果让巴甫洛夫的团队得以估算出有机分子(生命或地质作用产生的碳基化合物)在岩石内部分解的速度。

通过将该衰减率与今天测量的微小量相结合,该模型推断出了早期的负荷。

屏蔽深度或矿物成分的微小变化会改变计算结果,这使得重建范围保持宽广。

这种不确定性仍然留下了检验所有可能的“非生命”来源的空间,然后可以问,还缺少什么。

非生命来源不足

非生物过程,即不涉及生物体的化学反应,可以利用尘埃、空气和岩石产生碳链。

这些来源会广泛地散布物质,但辐射和反应性化学物质会将其分解,因此堆积物很少会很高。

帕夫洛夫博士写道:“我们认为,如此高浓度的长链烷烃与古代火星上已知的少数非生物有机分子来源不符。”

由于熟悉的资源无法满足需求,该团队转向了两个更难的选择,即热水化学或生物学。

索赔方面的保障措施

谨慎至关重要,因为探测车只发现了一些相关的分子,而不是指向某一方向的完整化学特征。

强有力的生命论断需要地质学难以模仿的模式,例如在许多样本和地层中保持一致的比例。

巴甫洛夫写道:“此外,根据天体生物学领域既定的规范,我们注意到,要确定地球之外是否存在生命,需要多方面的证据。”

在火星探测任务能够收集到这些证据之前,碳链仍然只是线索,而不是最终结论。

模拟火星条件

后续工作现在需要追踪辐射在泥岩内部将这些分子转化成什么,而不仅仅是它们消失的速度。

实验室可以将类似的岩石密封在类似火星的空气和温度下,然后用模拟宇宙射线的粒子轰击它们。

将分解残骸与“好奇号”探测到的物质进行比对,可以加快搜寻速度,缩小可能的来源范围。

如果存在未知的非生物途径,那么在任何人援引古代生物学之前,它的痕迹就应该在这些测试中显现出来。

为什么样品回收很重要

将这种泥岩的碎片带回地球,可以让实验室进行许多探测车无法携带到车上的检测。

高精度仪器可以对同位素(同一元素的不同形式,但重量不同)进行重复测量,从而进行比较。

“毅力号”火星车已经收集了一些样本以备将来可能返回地球,这些样本管可以揭示碳链是否在其他地方重复出现。

如果没有这种交叉验证,火星上任何一个地点都可能通过局部化学成分来欺骗科学家。

这将导致什么?

碳链痕迹、一块保护性岩石和严酷的辐射钟现在都指向一个更大的远古辐射源。

未来的实验室工作和返回的样本可以决定仅凭地质学是否能解释这些数据,或者生物学是否仍然是必要的。

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