加拿大 - 艾赫巴里通讯社
火星微生物生存模型：对红色星球探索中前进污染风险的新评估
对火星上是否存在生命（无论是过去的还是现在的）的探寻，是我们向这颗红色星球派遣的每一项任务——从轨道器、着陆器到漫游车——的唯一驱动力。然而，科学界仍然存在一个挥之不去的担忧，那就是地球微生物可能搭乘飞往火星的航天器“搭便车”，这种现象被称为“前进污染”（forward contamination）。这种担忧源于可能错误地将地球微生物识别为火星生命，或者这些地球微生物可能会影响我们可能发现的火星生命样本。尽管美国国家航空航天局（NASA）致力于尽可能减轻这些风险，但关键问题仍然存在：是否有新的方法可以帮助确定地球微生物在火星上生存的寿命，从而缓解对前进污染的担忧？
为了应对这一关键挑战，由加拿大约克大学牵头的一个研究团队提出了“火星微生物生存”（Mars Microbial Survival - MMS）模型。正如研究人员指出的，这个创新模型在估算源自火星上地球微生物的前进污染程度方面可以发挥决定性作用。更具体地说，该模型旨在量化在火星日（sols）的时间尺度上，那些逃避了发射前灭菌规程的地球微生物，在抵达火星后可能存活多久。作为参考，一个火星日（sol）比一个地球日稍长，时长为24小时39分钟。这些重要的研究成果最近发表在《行星科学杂志》（*The Planetary Science Journal*）上。
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为了实现这一目标，研究团队仔细分析了航天器在“巡航阶段”（飞往火星途中）和“表面阶段”（着陆后）所经历的灭菌过程。在巡航阶段，航天器会受到太阳风的轰击，特别是以C型紫外线（UVC）辐射的形式。因此，研究小组调查了航天器在不同温度和太阳辐射水平的真空环境中如何反应。对于表面阶段，该模型考虑了航天器暴露于火星表面温度和压力的条件。至关重要的是，它还考虑了直接入射的太阳辐射，这一因素因火星缺乏像地球那样的保护性臭氧层或强大的磁场而得到放大。
该研究分析了14个火星上先前使用过的着陆点或坠毁点，这些地点来自包括“维京号”、“探路者号”、“勇气号”、“机遇号”、“好奇号”和“毅力号”在内的历史任务。目的是确定这些多样化的火星地貌上未来航天器可能遇到的灭菌水平。MMS模型的研究结果表明，虽然航天器的外部表面很可能被太阳风消毒，但封装的漫游车或着陆器可以免受太阳风的直接照射。然而，这些封闭系统仍然容易受到火星环境特有的真空环境和剧烈温度波动的影响而导致灭菌。
关于表面阶段，MMS模型确定，朝上的航天器表面可能在大约一个火星日内被消毒。对于整个航天器达到消毒状态，模型估计大约需要一个火星年（相当于687个地球日）。MMS模型还考虑了火星上存在的其他重要的杀菌因素，例如有毒的表土（火星土壤）、低表面压力以及普遍缺乏水分（干燥），这些因素都促进了进一步的消毒。有趣的是，模型估计，由于其组件产生的热量，航天器内部的消毒大约需要100个火星日。然而，研究人员警告说，未加热的内部组件的消毒可能需要更长的时间，潜在长达25个火星年。
该研究的结论提出了一个细致的观点：“MMS模型预测，在所检查的14个着陆点中的每一个上，巡航阶段的保护罩和着陆航天器上的生物负荷的存活率都非常低。所有外部航天器表面很可能仅被UVC消毒，其他杀菌因素的贡献很小。航天器内部表面的生物负荷很可能通过温度和低压的协同作用而减少，尽管仅考虑低压时达到无菌状态可能需要长达25年。虽然维持高行星保护标准对于成功的火星科学任务至关重要，但我们估计，航天器寒冷内部表面上少量的微生物可能在火星上存活数十年。”
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美国宇航局（NASA）的行星保护计划，正式名称为喷气推进实验室（JPL）生物技术与行星保护小组（Biotechnology and Planetary Protection Group - BPPG），其首要目标是通过确保在发射前实现航天器的最大程度消毒来防止前进污染。与所有科学事业一样，BPPG不断寻求改进，并积极研究和开发更优化的消毒程序，包括更有效且成本效益更高技术。火星微生物生存模型在未来数年和数十年内对行星保护的长期影响尚待观察，但它对我们科学理解的贡献是不可否认的。这正是科学探索的精髓！
