问题

人类为什么不怕微生物污染火星,而怕污染木卫二?

回答
这个问题很有意思,它触及了我们探索宇宙的几个核心原则:生命的潜在可能性、我们自身的保护以及“行星保护”的考量。简单来说,我们之所以对火星和木卫二的“微生物污染”态度不同,根本原因在于我们对这两颗星球上是否存在生命,以及我们污染它们对潜在生命可能造成的影响的认知差异。

让我来详细说一说:

1. 我们不怕污染火星?其实是“相对不怕”

首先,我们要澄清一点:我们并不是完全不怕污染火星。实际上,“行星保护”协议中对火星的污染有非常严格的规定,尤其是在涉及可能存在液态水的区域。我们之所以显得“不那么害怕”,更多是因为:

我们对火星生命的期望,目前为止,更多是“可能存在过去或现存的简单微生物”。火星确实有水,也有一些维持生命所需的化学元素,但至今为止,还没有确凿的证据表明火星存在我们目前理解的复杂生命。如果火星生命存在,很可能是极端微生物,而且可能已经适应了相对贫瘠和恶劣的环境。
火星环境的“清洁”度是相对的。火星大气稀薄,表面受到强烈的紫外线辐射,而且缺乏全球性的磁场保护。这意味着,即使我们有意地将地球微生物带到火星,它们能在那里长期生存并繁衍的可能性,相比于一个更温暖、更潮湿、更受保护的环境来说,是低得多的。我们派往火星的探测器,虽然也需要进行消毒,但其消毒标准和对木卫二的标准是不同的,因为我们评估的风险等级也不同。
科学研究的优先级。我们对火星最感兴趣的是寻找它过去的生命迹象,或者现存的简单生命。如果存在生命,那么“污染”我们的探测器带来的地球微生物,可能会干扰甚至破坏我们寻找火星生命本来面貌的研究。想象一下,如果我们辛苦找到了一些“可能是火星生命”的东西,结果发现它其实是我们带来的地球细菌,那将是多么大的科学悲剧。所以,我们采取措施尽量避免这种“生物学上的‘掩盖’”。

2. 为什么我们对木卫二(欧罗巴)如此“忌惮”?

这里就涉及到了我们对木卫二的认知和它与火星的根本区别:

木卫二拥有我们认为“生命天堂”的潜力。科学家们普遍认为,木卫二的冰壳下可能隐藏着一个巨大的、液态的咸水海洋,这个海洋甚至比地球上所有的海洋加起来都多。更重要的是,这个海洋可能与海底的岩石圈存在互动,就像地球的深海热泉一样。这些海底热泉是地球生命起源和繁荣的关键场所,它们提供了能量、化学物质和避难所,让生命能够在没有阳光的情况下生存。因此,木卫二的海洋被认为是太阳系中最有可能孕育出复杂生命(至少是能够独立生存的微生物群落)的地方之一。
我们对木卫二生命的期望更高,风险也更大。如果我们真的向木卫二的海洋输送了地球微生物,即使只是极少数的几个,它们一旦在那里找到了适宜的环境(液态水、能量来源、营养物质),可能会迅速繁殖,甚至可能对原有的、未知的木卫二生命造成灾难性的影响。这不仅仅是科学研究的干扰,更可能是一种生物灭绝事件。想象一下,我们带着一套“地球生物入侵”的剧本,在另一个星球上上演,这想想都令人脊背发凉。
“污染”的定义和后果不同。对于木卫二,我们担心的“污染”是指将地球微生物带入其液态海洋内部,在那里它们有很高的几率生存、繁殖,并可能改变或摧毁当地的生态系统(如果存在的话)。这是一种对潜在的、可能非常脆弱的、与我们截然不同的生命形式的直接威胁。而火星,虽然我们也要避免污染,但其表面的环境相对恶劣,我们对火星生命存在的形式和规模的预估,目前来说不如对木卫二那么“乐观”(从发现生命的概率角度)。
我们对木卫二的认知还处于“未知但潜力巨大”的阶段。我们对木卫二的了解远不如火星深入。我们知道它有海洋,但我们对海洋的内部化学成分、温度分布、是否存在海底活动,以及最关键的——是否存在生命——都知之甚少。在这种“高度不确定”的情况下,采取最谨慎的态度,避免任何可能对潜在生命造成不可逆转影响的行为,是科学探索中最负责任的逻辑。

总结一下,这种态度差异并非“不怕”,而是基于我们对不同星球的科学认知、对生命存在的预期以及对潜在后果的风险评估。

火星: 我们希望在火星上找到过去的生命痕迹,或者现存的简单生命。污染的风险在于干扰研究,对潜在生命的威胁相对较小,因为环境更严酷,我们对生命存在的预期也更保守。
木卫二: 我们认为木卫二的冰下海洋是太阳系中最有可能存在独立、繁衍的生命(尤其是复杂生命)的地方之一。因此,我们对带入地球微生物的担忧极高,因为一旦进入海洋,它们很可能生存下来,并可能对原有的木卫二生态系统(如果存在)造成毁灭性的影响。这涉及到“行星保护”的最高级别担忧——避免对未知生命的直接破坏。

所以,我们对待木卫二就像对待一个可能藏着珍稀而脆弱生物的天然保护区,我们必须确保自己进去的时候,不会不小心踩死或者“传染”了什么重要的东西。而火星,我们更像是在一个已经被风沙侵蚀得差不多的古迹里寻找过去的痕迹,我们小心翼翼,但知道那里本身的条件就已经很不适合“外来物种”的生存了。

这就是为什么我们会对木卫二的“微生物污染”如此警惕,甚至制定了更严格的“行星保护”措施,比如在探测器进入其可能存在液态水的区域之前,需要进行更高级别的消毒处理,以最大程度地降低将地球微生物带入木卫二海洋的可能性。这是一种对宇宙未知生命负责任的态度,也是科学探索本身应有的审慎。

网友意见

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从正式宣布找到火星表面液态水到人类登陆火星,需要多久?


可能只需要5天——毕竟明天(10月2日)马特·达蒙就要开着飞船踏上他前往火星的生死之旅了(《火星救援》)。然而对科学家们来说,把日程排的这么紧可能不是什么好事。美国行星学会日前就发出呼吁:祖国,请等一等你的人民——误——人类,请等一等火星的人民。

(《火星救援》剧照)


前天我在文章中说,NASA开这个发布会,最终目的是想跟国会要钱,往这些有水的地方赶紧落一个探测器下去一看究竟,这实在是以小人之心度君子之腹。真正 的科学家对这样做要谨慎的多。不是因为这些地方不值得看,而恰恰是因为这些地方太值得看。就像是秦始皇陵,到现在也不敢挖开,怕的就是能力不足却鲁莽行 事,一劳永逸的砸了子孙后代搞研究的人的饭碗。秦始皇陵只有一个,火星,也只有一个。


虽然火星寒冷、干燥、低气压、高辐射,看起来毫不适合生命存在;然而一方面我们现在确实发现了季节性的温暖、湿润的区域,一方面我们也知道,地球上很多条 件极端的环境下,也难以置信的有一些极端环境微生物的存在。我们决不能低估这些地球微生物适应火星环境的能力,一旦真的鲁莽的降落在火星上有水的地方,让 地球微生物踏上了火星上温暖宜人的土地,以后我们再想区分这些小家伙的原产地,可就困难了。

(国际空间站的LiFE实验,微生物在强辐射环境下18个月后仍有存活)


美国行星学会高级编辑Emily Lakdawalla在文章中说,行星保护是个非常重要的问题,所以NASA实际上有一个专门的“行星保护办公室”来处理这个事情。行保办的口号是,“所有行星的全天候保护”。

(行保办官网:NASA Office of Planetary Protection


实 际上不止美国人有“行星保护办公室”,联合国1967年通过的《外层空间条约》禁止地球生物对其他星球的“有害污染”。亦有名为“太空研究委员会” (COSPAR)的国际组织为欧美、俄罗斯等国家制订了行星保护协议。2002年,COSPAR给出了火星上需要保护的“特别区域”——温暖、湿润,足以 让地球的入侵生物存活的地区。去年他们发布了一个更新版的保护区范围——可以预见的是,随着我们对火星的研究更加深入,会有更多区域被划入保护之列。


行 保办从两方面来保护火星环境:一方面,严格杀灭发往火星探测器上所有微生物,让它干干净净的降落火星;另一方面,避免降落在任何可能适宜地球微生物存活的 环境。行星保护办公室的现行条例禁止NASA把使用放射性同位素热电发生器的探测器派往任何接近可能含有地下水冰的地方——万一任务失败,热电发生器把坠 毁地点的冰融化,就会产生一个地球微生物赖以繁衍的乐园。

(好奇号火星车,消毒之后就被包起来了)


但 是你要派人过去就不一样了。再怎么着你也不能把马特·达蒙先灭了菌再送过去——人身体内一定会包含无数的微生物。只要你落地,你的每一个毛孔、每一口呼 吸,都会把自身携带的微生物扩散开去。就算你挑一个你以为不适合微生物存活的区域降落,万一你还是在那里发现了适宜生命的环境甚至就是发现了活物,难道因 为那些条约、规定的限制,就让宇航员打包赶紧撤?可派他们去不就是想发现点新鲜东西吗?


纠结之下,美国行星协会现在正在发起一项倡议——咱们要是派人过去啊,就别让他落地了,先让他在轨道上围火星转吧。虽然要这么着,不知道NASA还乐不乐 意大费周章批出几百上千亿美元派人过去,而且这毕竟不是长久之计,不过也总能给这些火星车们多留一点时间,在这一点抢出来的时间里,说不定它们就能找到真 正的火星土著生物了呢。

(行星学会的倡议网站:Humans Orbiting Mars


卡尔萨根有言,“火星是火星人的火星,即使他们是微生物”,代表了上述忧心忡忡的行星保护论者的观点。但也有人说,你们毕竟还是naive,在小行星撞击 频繁的年代,火星和地球互换了多少陨石,早就身经百战了,见的多了,当时的地球原始微生物,在适应火星环境方面,可能比现在的地球微生物跑得还快,也没把火星怎么样。这种绞尽脑汁为其他星球生物着想的论点,不禁让人想起西方中心主义者对东方高原古代文明的顾自迷恋,这会不会是自大的人类中心主义的另一种表现形式呢?


参考:

NASA's Mars Announcement: Present-day transient flows of briny water on steep slopes

Searching for Life in Martian Water Will Be Very, Very Tricky


本文原载于我的专栏:去火星?别急着降落 - 天文八卦学 - 知乎专栏

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