好奇号在火星岩石中发现对生命至关重要的碳

我们是碳基生命形式。 这意味着构成我们生命的化合物的基础是元素碳。 这很重要,因为它与氢和氧等其他元素结合,形成了构成生命一部分的复杂分子。 因此,当我们在太阳系其他地方寻找生命的证据时,我们会寻找碳。 这包括火星。

几年前,好奇号火星车测量了它在盖尔陨石坑采集的岩石样本中总有机碳的丰度。 它发现的数量高于地球上一些最干燥地区的岩石。 现在的问题是好奇号的测量是否表明存在创造生命的化合物。 或者,碳是否可能来自其他非有机来源? 无论哪种方式,它的存在都揭开了火星过去的有趣篇章。

寻找碳

好奇号火星车的任务在很大程度上是寻找火星上存在生命和可居住性的证据。 它通过研究地表的化学和地质环境来做到这一点。 特别是,它有助于揭示水在过去所扮演的角色。 它对总有机碳的测量是该任务的一部分。

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了解火星上的碳物种有助于科学家了解它们是怎样形成的。 总有机碳很特别,因为它是生命食谱的重要组成部分。 科学家们研究了 2014 年挖出的火星岩石,看看他们是否能弄清楚这种元素的丰富程度对古代火星上的生命存在意味着什么。

生命的钥匙

有机碳有什么如此重要? 根据科学家詹妮弗·斯特恩的说法,好奇号的发现有助于科学家了解有关火星及其生命承载能力的重要因素。 “总有机碳是几种测量方法之一 [or indices] 这有助于我们了解有多少材料可用作益生元化学和潜在生物学的原料,”斯特恩在新闻稿中说。

斯特恩在位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心工作。 她专门研究火星的表面和大气化学。 她的团队使用好奇号上火星仪器的样本分析提供的数据来表征火星上的碳物种。 “我们发现了至少百万分之 200 到 273 的有机碳,”她报告说。 “这与地球上生命极低的地方(例如南美洲阿塔卡马沙漠的部分地区)的岩石中发现的数量相当甚至更多,并且比在火星陨石中发现的要多。”

好奇号烘烤岩石以获取有机碳

好奇号在火星岩石中发现对生命至关重要的碳 1
这幅来自好奇号桅杆照相机 (Mastcam) 的马赛克图像显示了耶洛奈夫湾地层的地质成员。 该区域是漫游者挖掘岩石以寻找碳同位素的地方。 这里的岩石记录了叠加的古老湖泊和河流沉积物,这些沉积物提供了过去有利于微生物生命的环境条件。 大约 7000 万年前,这里的岩石由于风的侵蚀而被移除覆盖层而暴露出来。 礼貌 NASA/JPL-CalTech/MSSS

为了进行测量,好奇号将粉状岩石运送到其火星样品分析 (SAM) 仪器中以供进一步研究。 车载烤箱将样品加热到逐渐升高的温度。 该实验使用氧气和热量将元素转化为二氧化碳(CO2)。 2014 年的过程先于多年的分析,然后科学团队才能理解结果并将其置于任务其他发现的背景下。

在火星上发现有机碳并不新鲜,但之前的发现有局限性。 为了在盖尔陨石坑中找到它,好奇号在其 35 亿年前的泥岩岩石区域采集了土壤样本。 正如您可能怀疑的那样,泥岩始于湖底或海洋底部的泥浆。 好奇号采样的地方是盖尔陨石坑的耶洛奈夫湾地层。 数十亿年前,它有一个湖泊。 有机碳是沉积在湖底形成泥岩的材料的一部分。

辨别火星岩石中不同种类的碳

除了简单地在火星岩石中发现高丰度的有机碳外,该实验还允许 SAM 测量其同位素比率。 这些是有助于查明元素来源的化学分析。 同位素是由于在其原子中心(核)中存在一个或多个额外中子而具有略微不同重量的元素的版本。 为了 example,碳 12 有六个中子,而较重的碳 13 有七个中子。 由于较重的同位素比较轻的同位素反应更慢,因此来自生命的碳富含碳 12。

根据斯特恩的说法,有机碳的存在不一定是生命的明确证据。 但是,它确实提供了其他诱人的信息。 “在这种情况下,同位素组成实际上只能告诉我们总碳的哪一部分是有机碳,哪一部分是矿物碳,”斯特恩说。 “虽然不能完全排除生物学,但同位素也不能真正用于支持这种碳的生物起源,因为该范围与火成(火山)碳和陨石有机物质重叠,这很可能是这种碳的来源有机碳。”

因此,即使测量的总有机碳并不能明确证明火星上存在生命,但它是消失的古代火星环境的另一条线索。 盖尔陨石坑有化学能源(为许多微生物生命形式提供食物)和低酸度。 那里还存在其他对生物学至关重要的元素,例如氧、氮和硫。 “基本上,如果它存在的话,这个位置将为生命提供一个宜居的环境,”斯特恩说,他是 6 月 27 日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇关于这项研究的论文的主要作者。

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