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Apr. 17 2020

尋找外星生命的關鍵,可能就藏在地球的海洋

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  • 木星的第四大衛星──木衛二歐羅巴(Europa)在其冰冷外殼下方約65至160公里深處,擁有遍布全球的海洋。NASA/JPL-CALTECH/SETI INSTITUTE

  • 美國航太總署天文生物學家凱文.漢德的新書《外星海洋:在太空深處尋找生命》(暫譯,原文書名為Alien Oceans: The Search for Life in the Depths of Space)於2020年4月7日發行(美國地區)。PRINCETON UNIVERSITY PRESS

  • 名為冰下探勘漂浮探測車的水下探測車,如今正在南極洲進行測試,尋找冰層下方的生命。未來有一天,這臺機器潛航器可能會在像是木衛二和土衛二的衛星上,探索被冰層覆蓋的海洋。這張影像是在2015年拍攝,由NASA噴射推進實驗室工程師所開發的冰下探勘漂浮探測車,正置身阿拉斯加巴羅(Barrow)附近的北極湖泊之中。PHOTOGRAPH BY NASA-JPL

美國航太總署(NASA)天文生物學家凱文.漢德(Kevin Hand)在出版的新書中表示:尋找外星人的第一步,應該是探索我們自己星球的海洋深處。

木星的第四大衛星──木衛二歐羅巴(Europa)在其冰冷外殼下方約65至160公里深處,擁有遍布全球的海洋。NASA/JPL-CALTECH/SETI INSTITUTE

木星的第四大衛星──木衛二歐羅巴(Europa)在其冰冷外殼下方約65至160公里深處,擁有遍布全球的海洋。NASA/JPL-CALTECH/SETI INSTITUTE

去年秋天,我和太空生物學家凱文.漢德(Kevin Hand)一起在挪威的破冰船哈康王子號(Kronprins Haakon)上待了一個月,在格陵蘭東北海岸外不遠處的冰凍海洋中破冰前行。原本流動的海洋成了一大塊閃閃發亮的冰,讓我們彷彿置身外星球。

這樣奇特的環境正適合這次的探險,這趟行程的目標是尋找在海洋深處,是否有類似在其他星球上的生物的生命跡象。這些星球包括外太陽系的冰凍衛星,科學家認為其中的部分衛星──尤其是木衛二歐羅巴、土衛六泰坦(Titan)和土衛二恩克拉多斯(Enceladus),是尋找地球外生命的最佳地點。

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美國航太總署(NASA)計畫在2020年代中期,向木星其中一顆大型衛星木衛二發射太空船,以尋找生命的跡象。此外,他們還計畫要在土衛六上著陸。科學家希望未來能夠設計出登陸木衛二的太空任務,可以穿透表面的冰層,利用自動潛艇探索海洋深處。

名為冰下探勘漂浮探測車的水下探測車,如今正在南極洲進行測試,尋找冰層下方的生命。未來有一天,這臺機器潛航器可能會在像是木衛二和土衛二的衛星上,探索被冰層覆蓋的海洋。這張影像是在2015年拍攝,由NASA噴射推進實驗室工程師所開發的冰下探勘漂浮探測車,正置身阿拉斯加巴羅(Barrow)附近的北極湖泊之中。PHOTOGRAPH BY NASA-JPL

名為冰下探勘漂浮探測車的水下探測車,如今正在南極洲進行測試,尋找冰層下方的生命。未來有一天,這臺機器潛航器可能會在像是木衛二和土衛二的衛星上,探索被冰層覆蓋的海洋。這張影像是在2015年拍攝,由NASA噴射推進實驗室工程師所開發的冰下探勘漂浮探測車,正置身阿拉斯加巴羅(Barrow)附近的北極湖泊之中。PHOTOGRAPH BY NASA-JPL

漢德是NASA噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)海洋星球實驗室的負責人,也是國家地理新興探險家,他的職業生涯致力於研究這些充滿水的衛星,以及進行探索所需的技術。他在最近出版的《外星海洋:在太空深處尋找生命》(暫譯,原文書名為Alien Oceans: The Search for Life in the Depths of Space)一書中,描述了為什麼在探索地球外的海洋時,研究地球本身的海洋是相當關鍵的環節。漢德與國家地理談到了兩者之間的連結,以及為什麼這些前往太陽系冰凍角落的太空任務有失敗的可能性。

(這場訪談經過編輯以求簡潔清晰。)

第一個問題:在地球之外有其他生命存在嗎?

這是第一個問題?好吧,如果我們在地球以外的星球上找到生命起源所需的條件,那麼──是的,我認為在地球以外還有生物,而且我們是生活在充滿生命的宇宙之中。

為什麼您會認為外星球的海洋是尋找外星生命的最佳地點呢?

如果我們從地球上的生物學到了什麼,那就是通常在有液態水的地方,就會有生命存在。這些地球外的海洋可能蘊藏著大量的液態水,因此對搜尋生命來說──現存生命,而不是生物滅絕後留下的化石──是非常吸引人的絕佳地點。

我想了解的是生命的基礎生物化學原理。是否有屬於生命的週期表呢?除了所有地球生命共同擁有的DNA、RNA和典型蛋白質之外,有沒有另一種不同的生物化學存在呢?我們得要找到生化功能大多完好無損的生命,才能回答這些關於生物運作原理的基本問題,這就是為什麼海洋星球如此吸引人。

這和在火星上尋找生命有什麼不同之處呢?

火星是搜尋找生命跡象的絕佳地點。但是在火星上,我們大部分的時間都在尋找古老的生物遺跡。好奇號(Curiosity)探測車可能會在蓋爾隕石坑(Gale Crater)發現由微生物化石形成的疊層石(stromatolite),這當然會相當驚人,但我們無法從這塊岩石中萃取出任何DNA或大型生物分子。這些大型生物分子無法長期在岩石中保存,會迅速衰變而無法形成化石,這就是為什麼我們無法取得像是恐龍這類古生物的DNA。因此雖然這樣的發現有重大的意義,但也會讓我們有更多的疑惑。

美國航太總署天文生物學家凱文.漢德的新書《外星海洋:在太空深處尋找生命》(暫譯,原文書名為Alien Oceans: The Search for Life in the Depths of Space)於2020年4月7日發行(美國地區)。PRINCETON UNIVERSITY PRESS

美國航太總署天文生物學家凱文.漢德的新書《外星海洋:在太空深處尋找生命》(暫譯,原文書名為Alien Oceans: The Search for Life in the Depths of Space)於2020年4月7日發行(美國地區)。PRINCETON UNIVERSITY PRESS

在尋找地球以外的生物時,您是否有個最中意的目標呢?

這就像要父母選擇最喜歡哪個孩子一樣!但總之,我會很樂意繼續在木衛二進行搜索,我們目前正在計畫一項名為木衛二快艇號(Europa Clipper)的任務,這艘探測器將飛越木衛二約45次。這項任務還可能為另一個將在未來不久實行的登陸任務奠定基礎。

為什麼木衛二是搜尋外星生命的理想地點呢?

首先,我們有充分理由相信木衛二的海洋已經存在很長一段時間了──基本上可能和太陽系的歷史一樣久遠。這點相當重要。有一片穩定且長期存在的海洋,不論對生命起源還是任何長久存在於該片海洋的生命而言,可能都至關重要。

其次,我們有充分的證據和模型,顯示木衛二的海洋遍布全球,而且可能有岩石海床。這樣的岩石海床可能還有深海熱泉,會噴發出微生物喜歡吃的液體和氣體。我們也知道,木衛二的冰凍地殼中含有幫助餵養下方海洋生物的化合物。

您在新書中提到,探索地球海洋或是外星海洋的技術是彼此關聯、密不可分的。可以和我們聊聊,您現在正在進行什麼樣的地球海洋探索計畫呢?

我會介紹兩個重點。其中一個是由噴射推進實驗室(JPL)開發的冰下探勘漂浮探測車(Buoyant Rover for Under Ice Exploration),這輛探測車主要是用來研究冰水界面處的化學和生物學特性。

第二艘探測器是我們的奧菲斯號(Orpheus),這是JPL和伍茲霍爾海洋學研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)之間的合作計畫。奧菲斯號是一艘小型潛航器,最終會向下潛到地球海洋的最深處──馬里亞納海溝(Mariana Trench)、新不列顛海溝(New Britain trench)­、波多黎各海溝(Puerto Rico trench),我們先前很少對這些地點進行勘探。

漂浮探測車和奧菲斯號的部分目標,就是要利用我們在太空領域所學到的大量經驗,讓機器人系統變得更小、更輕、功率更低、具有自動化功能,並且能在現場進行科學實驗。這些都是太空探索任務的特性,我們正嘗試利用其中的部分特性來推動地球海洋的探索計畫。

要怎麼做才能讓類似的機械探測器進入位在外太陽系的海洋呢?

重點就在這了:這些技術都不需要揮動魔杖才能實現。我們不必打破物理定律,也不必想出一些瘋狂的新發明。也就是說,這些都是技術上極具挑戰性和複雜的任務概念。理論上來說,我們可以穿越冰層,直接進入海洋。不需要像是曲速引擎這樣的東西,或是其他神奇的新玩意。

關鍵是我們必須讓一個專門的計畫維持,也就是讓我們在接下來的幾十年內能抵達那兒的計畫。

現在,在我們探索外星海洋之前,我們得要在地球的海洋中開發和測試各種新技術。這種做法的其中一項優點是在開發外星探索所需的工具時,也能在地球上進行探勘、帶來嶄新發現,可以說是個雙贏的局面。

您在新書中提道:「當嘗試新事物並開拓新領域時,就有失敗的可能性。」您覺得要如何說服太空機構支持這些極具風險的任務呢?

無論是在地球上或是外星球進行探勘,都得要權衡多種不同的風險。其中一種是科學風險──成功完成預定科學目標的可能性有多高?還有成本風險──預算超支的風險是什麼?以及能不能實際建造出探索該區域,並進行測量的機器人或儀器的技術風險。

如果你嘗試研究的是與文明層次相關的科學──這種研究值得投資大量心力,因為它的目標是回答人類最古老、最深切的問題,例如我們想知道宇宙中我們究竟是不是孤獨的──那我想這個問題的的價值絕對值得我們承擔一些風險。但往好的一方面想,如果我們成功了,我們所知的宇宙很有可能會因此大幅改變。我們可能會引發一場對理解生物科學的革命。

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