地大专家在柴达木盆地打开火星窗口,“15年内人类完全有技术条件登上火星”

2021-08-02 07:29 来源: 长江日报-长江网
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  长江日报讯 “火星是太阳系中与地球最为接近的天体,是最有可能存在生命的天体,也是未来人类向地球外移民的首选目的地。”中国地质大学(武汉)教授肖龙带领团队在柴达木盆地进行了8年火星类比研究,希望在那里打开一扇人类在地球上认识火星的窗口。
  柴达木盆地与火星地貌很相似


  肖龙教授带领学生在柴达木盆地进行科学考察。长江日报特派记者何晓刚 摄
  打开罗盘,展开地形图,调试对讲机——7月16日中午,肖龙带领团队又一次出现在柴达木盆地。
  自2014年开始,肖龙每年夏季都会到柴达木盆地进行火星类比研究,每次时间半个月左右。
  “王江研究风沙,赵健楠关注河流湖泊,黄婷继续寻找极端环境下的生命存在……”肖龙现场布置任务。团队成员都是肖龙带过的研究生,有的已是副教授,有的是某个研究领域的带头人。
  东台沙丘位于柴达木盆地腹地,形似一条长龙,长约5000米、宽约100米、高约30米,在宽阔的盆地中非常显眼。
  “通过这个沙丘可以推测周围环境的风向。”肖龙每年来都会对沙丘进行一番测量,以观察它的细微变化。
  5月22日,祝融号火星车到达火星表面。祝融号火星车发回的火星地貌图片,肖龙都会第一时间研究。
  这一次,肖龙特意将祝融号火星车拍摄到的火星上的沙丘与柴达木盆地的沙丘进行了比对。
  “过去都是研究其他国家火星车拍摄的照片,这次能研究自己国家火星车拍摄的照片,感觉是不一样的。”肖龙的话里透露着自豪。
  祝融号火星车拍摄的火星照片中最多的是沙丘。肖龙分析,柴达木盆地的沙丘与火星上的沙丘相比颜色有差异,成分也许也不同。因为祝融号火星车着陆点不属于湖泊沉积,而柴达木盆地属于湖泊沉积。
  “这座沙丘我每年都来,它在缓慢移动。”完成东台沙丘科考任务后,肖龙脱下鞋子,抖掉里面的沙子,便赶往柴达木盆地的另一个科考地点。


  柴达木盆地干河谷。长江日报特派记者何晓刚 摄
  火星脑纹状地貌是如何形成的?“一定要在柴达木盆地找到原因。”肖龙在距东台沙丘300千米外的地方,找到了这种脑纹地貌。这对研究火星脑纹地貌的形成有启发。
  火星新月沙丘,是在风力作用下,一层沙雾沿沙坡滑落下来,最后形成沟纹。这种地貌在柴达木盆地也很快被找到。
  在柴达木盆地进行火星类比研究是一件很苦的事。“来一次柴达木盆地便要脱一层皮,主要是晒伤,其实又远不止这些。”肖龙说。
  夏季在柴达木盆地,人被晒脱皮、中暑都是常态。随行的长江日报记者把自己裹得严严实实,仍能感受到皮肤被晒得火辣辣地疼。最奇怪的是,每天喝三四瓶纯净水,身上一滴汗都没有。人体对水的消化速度,赶不上人体水分被蒸发的速度。
  7月19日,沙漠戈壁下起了雨,气温从35℃骤降到10℃以下。“柴达木盆地的雨水变多了。”这场持续几个小时的小雨,让肖龙也觉得罕见。大家穿上所有带的衣服后,还是普遍感到身体不适。
  赵健楠是中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部国家重点实验室的一名副研究员,也是肖龙团队成员之一。他回忆,一次在柴达木盆地的无人区研究脊状地貌时,遭遇过沙尘暴。当时,大家四处躲避,却无处可藏,很快就被淹没在遮天蔽日的风沙中。约半小时后,沙尘暴消散,大家的头发、鼻孔、耳朵里到处都是沙子,很多人的脸被沙子砸出了红印。
  肖龙觉得这是研究沙尘暴的绝好机会,便让大家从各自身上采集沙尘样品,以分析沙尘的成分和来源。
  干盐滩、雅丹、沙丘、冲沟、干谷……8年来,这些火星上的地貌,肖龙团队在柴达木盆地都一一找到了,而且几乎是一模一样。肖龙介绍,柴达木盆地无人区高盐、干旱的环境,与火星极其相似。
  目前,地球上有二十多个火星研究点,大多处于高纬度的沙漠地区,柴达木盆地是其中之一。柴达木盆地是湖泊演化的结果,与火星地貌有很多相似的地方,是不可多得的火星研究天然实验室。
  在柴达木盆地寻找火星生命


  柴达木盆地艾肯泉。长江日报特派记者何晓刚 摄
  美国登陆月球前,在亚利桑那和夏威夷等地进行了野外验证试验。由此,这种方式也被用到其他行星上,称之为比较行星学。
  “行星的类比研究一刻也不能松懈,必须走在行星探测之前。”肖龙目前从事的在柴达木盆地寻找火星生命的类比研究,与早年的“阿波罗计划”很相似。
  寻找地球之外的生命,除开展空间探测任务外,利用特定的地球环境进行类比研究,也是常见方式之一。
  肖龙认为,从方法论上讲,做火星类比研究最划算。通过对柴达木湖泊演化成的雅丹地貌的研究,为火星地貌的研究提供了依据。从结果上讲,天问一号着陆点就有沙丘,但在火星上没进行采样分析,通过柴达木盆地来认识火星上的沙丘更加方便。
  柴达木盆地靠近昆仑山有一条“倒转河道”地貌,有明显的分岔脊背,在远古应该属于一条分岔大河流,昆仑山雪水从这里徐徐流下。
  之所以形成今天的“倒转河道”地貌,是因为河道中大的泥沙逐渐堆积,而河道两边的细砂被风侵蚀,河床越来越高,最后形成脊背。
  火星上弯弯曲曲突出的地表,也属于这种“倒转河道”地貌,也是由河流侵蚀而成。肖龙推测,火星早期应该是一个大河纵横、潮湿的星球。
  水是生命之源。现有的火星遥感及火星登陆测量,都发现火星上存在大量的含水硫酸盐。这些盐类的状态和演化,也见证了火星表面环境条件的变化。
  肖龙分析,大约距今30亿年前,火星巨大的水体消失殆尽,只留下干涸的盐类沉积。而这些盐类沉积,在柴达木盆地广泛存在。由此可以推测火星古环境和演化历史,以及是否存在生命的可能。
  “火星上存在生命的可能性很大。”澳门科技大学博士后黄婷是肖龙带的博士生之一,研究方向为天体生物学,也是国内第一批天体生物学博士。


  澳门科技大学博士后黄婷在整理科考样品。 长江日报特派记者何晓刚 摄
  黄婷说,柴达木盆地的干盐滩与火星上的蒸发盐沉积非常相似,主要成分都是盐,有一点湿度,可以形成微环境。
  火星车一般只探测到火星地表下20厘米深度,虽然美国的火星车也深入过火星地下50厘米取样,但是任务不一样,对探测生命的存在作用不大。
  人类针对火星上可能存在的生命痕迹,进行了多种手段的探索。美国凤凰号火星车发现了适合微生物繁殖条件的高氯酸盐和冰;美国好奇号火星车则钻取到地下20厘米的深度寻找生命。
  一年前,黄婷在柴达木盆地花土沟大浪滩的一处干盐滩挖开一尺厚的盐壳,经过两份试验样品的培养试验,分离出47株细菌和5株真菌。
  “这意味着生命在极端干旱、高盐、高辐射的环境下依然可以生存。”黄婷分析,火星的古湖泊中有可能存在相似的生命类型。
  盐因为蒸发,易潮解,但可以通过吸收火星大气中微量的水蒸气,创造适宜生命的微环境。黄婷由此推测,火星车对火星生命的探测可以集中在富含盐类矿物的浅表地区展开。
  生命多样性的存在,主要取决于沉积物中的含水量,首要因素则是含碳量。含碳量越高,生物多样性越高。肖龙团队新发现了一种真菌——大浪滩沉积物芽孢杆菌,这让大家很兴奋。过去他们从未发现这个细菌,在DNA的对比中,完全可以作为火星生命的研究对象。
  黄婷今年将采样研究对象瞄准了柴达木盆地的艾肯泉,希望通过对艾肯泉涌的水、沉积物、岩石的采样实验,找到更多生命体。
  “地球的生命之源可能在深海热泉,柴达木盆地是古海洋,艾肯泉会有更多的微生物存在,会比其他地方多出百倍以上。”黄婷对艾肯泉的研究充满期待。
  黄婷介绍,因为火星早期水活动和火山活动频繁,产生的热液活动也不少,留下了许多热泉的遗迹。陆地热泉不仅是地球生命的起源之一,也可能从中分析出火星生命存在过的信息。
  假如在热液活动期间存在过生命,现在火星的热泉遗迹中是否有保存下来的生命信号?如果有,又会以什么样的形式保存下来呢?黄婷认为,这些都可以通过地球类比研究获得启发。
  火星能否形成生命个体?在柴达木盆地也能够找到答案。肖龙认为,在柴达木盆地寻找生命的路径,同样可以用在火星上寻找生命。
  柴达木盆地是绝佳的试验场


  柴达木盆地边缘的冷湖火星营地是我国首个模拟火星基地。长江日报特派记者何晓刚 摄
  作为中国首次火星探测科学目标论证组的专家,肖龙和团队8年来一直奔波在柴达木盆地,累计行程4万千米,涉及的科研点位有近百个。
  “火星上有的,地球上也有。”肖龙坚信在地球上一样可以做火星的科研,可以从地球的类比研究中来推演火星地貌地质形成过程和气候环境条件,从而为未来中国人登上火星做技术准备。
  火星是太阳系内与地球环境最接近的行星。火星有稀薄的大气层,气压为地球的1%,局部最高温度可达35℃,平均温度为零下63℃。火星最有吸引力的一点,是上面有水。人类已经在火星上发现了大量固态水,也就是冰。这是一个非常重要的发现。
  火星上还有大量的固态二氧化碳,也就是干冰。在火星的南北极存在巨大的水冰与干冰混杂的冰盖,水冰主要集中在底部。此外,在火星的地下很可能还有液态的卤水,即溶解了大量盐分的水,甚至可能有巨大的液态卤水湖。
  人类为何频繁地发射火星探测器呢?肖龙解释,在未来,火星几乎是唯一存在移民可能性的行星。另外,火星还可能存在像微生物这种低等生命的可能性。这也是世界各国热衷探索火星的重要原因。
  肖龙认为,未来一段时间里,掘地三尺寻找生命,将是火星探测的重点。如果真的找到了,这将是人类第一次在地球之外发现生命。


  科考队员对河床沉积物粒度进行观测。长江日报特派记者何晓刚 摄
  火星车在送达火星之前,一般要在地球类似火星的地面进行测试。祝融号火星车在前往火星前,选择的试验场为甘肃的冰川及火山附近。肖龙解释,因为这次祝融号火星车没有探测生命的任务,所以也就没有到柴达木盆地进行测试。他相信,未来中国的火星车要是去火星探测生命,柴达木盆地应该是最好的测试场。
  “在我们真正打算移民火星之前,必须在地球上做各种试验,包括模拟火星环境下进行居留地和房屋的建造,改造火星大气环境、利用火星土壤进行种植,形成生态圈,才能维持人类的长期居住。”肖龙说。
  他认为,要在类似火星的环境开展各种试验,柴达木盆地无疑是个绝佳的试验场。这里的沙漠、戈壁、干盐滩和干旱、寒冷和强辐射的环境,都可以为尽可能营造火星的整体环境提供良好条件。
  目前的类比研究,还不能百分之百证明火星上有生命。肖龙认为,虽然不能把地球上的实验室搬到火星上去,但在柴达木盆地可以模拟对生命的探索。
  “我们对火星的认知还很少,很多地貌的形成是‘多因一果’的情况。”肖龙表示,野外科考是研究行星地质不可或缺的方法,只有通过实地考察和验证,才可能得到比较可靠的认识。
  8年来,肖龙团队通过对柴达木盆地的类比研究已经取得了一些成果,但还有很多研究目标没有实现,如生命存在的极限条件是什么、古老地层中有没有生命、盐层中有没有存在生命的可能等。
  目前火星上更多保留的是30亿年前的样子,尤其是水的活动在这个时间就基本停止了。“若地球停留在30亿年前,会不会是今天火星的地貌?”肖龙坦言,火星大气层没有氧气,地表辐射强,也没有液态水,也没有明显的矿藏。但它有人类的梦想,团队的科研之路还很长。
  “15年内人类可以登上火星,完全有这个技术条件。”在星夜下的柴达木盆地,肖龙仰望夜空中闪亮的萤火自信表示。我国计划在2028年左右进行第二次火星探测任务,采集火星土壤返回地球。
  (长江日报首席记者杨佳峰)
  【编辑:贺方程】
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