火星陨石坑岩石中可能发现的有机化合物

诸平

Jezero crater. Credit: NASA

据英国伦敦帝国学院（Imperial College London）海莉·邓宁（Hayley Dunning）2022年11月24日报道，英国、美国、法国、加拿大、意大利、瑞典以及西班牙科学家合作研究发现，火星陨石坑岩石中可能的有机化合物（Possible organic compounds found in Mars crater rocks）。相关研究结果于2022年11月23日已经在《科学》（Science）杂志网站发表——Eva L. Scheller, Joseph Razzell Hollis, Emily L. Cardarelli, Andrew Steele, Luther W. Beegle, Rohit Bhartia, Pamela Conrad, Kyle Uckert, Sunanda Sharma, Bethany L. Ehlmann, William J. Abbey, Sanford A. Asher, Kathleen C. Benison, Eve L. Berger, Olivier Beyssac, Benjamin L. Bleefeld, Tanja Bosak, Adrian J. Brown, Aaron S. Burton, Sergei V. Bykov, Ed Cloutis, Alberto G. Fairén, Lauren Deflores, Kenneth A. Farley, Deidra M. Fey, Teresa Fornaro, Allison C. Fox, Marc Fries, Keyron Hickman-Lewis, William F. Hug, Joshua E. Huggett, Samara Imbeah, Ryan S. Jakubek, Linda C. Kah, Peter Kelemen, Megan R. Kennedy, Tanya Kizovski, Carina Lee, Yang Liu, Lucia Mandon, Francis M. Mccubbin, Kelsey R. Moore, Brian E. Nixon, Jorge I. Núñez, Carolina Rodriguez Sanchez-Vahamonde, Ryan D. Roppel, Mitchell Schulte, Mark A. Sephton, Shiv K. Sharma, Sandra Siljeström, Svetlana Shkolyar, David L. Shuster, Justin I. Simon, Rebecca J. Smith, Kathryn M. Stack, Kim Steadman, Benjamin P. Weiss, Alyssa Werynski, Amy J. Williams, Roger C. Wiens, Kenneth H. Williford, Kathrine Winchell, Brittan Wogsland, Anastasia Yanchilina, Rachel Yingling, Maria-Paz Zorzano. Aqueous alteration processes in Jezero crater, Mars−implications for organic geochemistry, Science, 23 Nov 2022. DOI: 10.1126/science.abo5204. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5204

参与此项研究的除了来自美国加州理工学院和英国伦敦帝国学院的研究人员之外，还有来自美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）、美国卡内基科学研究所（Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA）、美国光子系统公司（Photon Systems Incorporated, Covina, CA, USA）、美国匹兹堡大学（University of Pittsburgh, PA, USA）、美国西弗吉尼亚大学（West Virginia University, Morgantown, WV, USA）、美国德州州立大学（Texas State University, San Marcos, TX, USA）、美国休斯顿的雅各布斯·约翰逊航天中心（Jacobs Johnson Space Center Engineering, Technology and Science Contract, Houston, TX, USA）、美国NASA约翰逊航天中心(NASA Johnson Space Center, Houston, TX, USA)、美国康奈尔大学（Cornell University, Ithaca, NY, USA）、美国田纳西大学（University of Tennessee, Knoxville, TN, USA）、美国哥伦比亚大学（Columbia University, Palisades, NY, USA）、美国大学空间研究协会月球和行星研究所（Lunar and Planetary Institute, Universities Space Research Association, Houston, TX, USA）、美国马林空间科学系统公司（Malin Space Science Systems, San Diego, CA, USA）、美国夏威夷大学马诺阿分校（University of Hawaii at Manoa, Honolulu, HI, USA）、美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）、美国NASA总部火星探测计划（Mars Exploration Program, NASA Headquarters, Washington, DC, USA）、美国马里兰大学（University of Maryland, College Park, MD, USA）、美国宇航局戈达德宇宙飞行中心（NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA）、美国加州大学伯克利分校（University of California Berkeley, CA, USA）、美国石溪大学（Stony Brook University, NY, USA）、美国佛罗里达大学（University of Florida, Gainesville, FL, USA）、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory, NM, USA）、美国普渡大学（Purdue University, West Lafayette, IN, USA）、美国西雅图的蓝色大理石空间科学研究所（Blue Marble Space Institute of Science, Seattle, WA, USA）、美国锡弗纳帕克普兰库斯研究（Plancus Research, Severna Park, MD, USA）和美国不可能的传感（Impossible Sensing, St. Louis, MO, USA）；加拿大温尼贝格大学（The University of Winnipeg, MB, Canada）、加拿大布鲁克大学（Brock University, St. Catharines, Canada）；意大利国家天体物理研究所（Istituto Nazionale di Astrofisica, Florence, Italy）、意大利博洛尼亚大学（Università di Bologna, Bologna, Italy）；英国伦敦自然历史博物馆（The Natural History Museum, London, UK）、法国索邦大学（Sorbonne Université）、西班牙马德里的高级科学研究委员会国家航空航天技术研究所（Consejo Superior de Investigaciones Cientificas–Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Madrid, Spain）以及瑞典斯德哥尔摩的瑞典研究所（Research Institutes of Sweden, Stockholm, Sweden）的研究人员。

此文分析了在火星杰泽罗陨石坑（Jezero Crater on Mars）底部发现的多块岩石，毅力号火星车（Perseverance rover）于2020年在此着陆，揭示了岩石与液态水之间的显著相互作用。这些岩石中也有证据表明存在有机化合物。

有机化合物即具有碳氢键（C—H）的化合物的存在并不能直接证明生命存在，因为这些化合物可以通过非生物过程产生。为了确定这一点，需要在未来的任务中把样品送回地球。

这项研究由美国加州理工学院(California Institute of Technology)的研究人员领导，由伦敦帝国学院的研究人员组成的一个国际团队完成。

来自伦敦帝国学院地球科学与工程系的马克·塞普顿（Mark Sephton）教授是该研究小组的成员，他曾参与火星探测车的研究，并对研究结果的影响进行了考量。他说：“我希望有朝一日这些样本能被送回地球，这样我们就可以看到水和可能的有机物存在的证据，并探索火星早期的生命环境是否适合。”

流水（Moving water）

毅力号之前在杰泽罗三角洲（Jezero's delta）发现了有机化合物。三角洲是扇形的地质构造，形成于杰泽罗陨石坑边缘的河流和湖泊的交汇处。

任务的科学家们（Mission scientists）对杰泽罗三角洲特别感兴趣，因为这样的地层可以保存微生物。三角洲形成于输送细颗粒沉积物的河流进入较深、流动缓慢的水体中。随着河水的扩散，河水的流速会突然减慢，沉积物会沉积下来，并捕获和保存水中可能存在的微生物。

然而，月球车在前往三角洲之前出于安全考虑降落在陨石坑底部（crater floor），这更像是一个谜。在湖床中，研究人员希望找到沉积岩（sedimentary rocks），因为水会沉积一层又一层的沉积物。然而，当探测器降落在那里时，一些研究人员惊讶地在陨石坑底部发现了火成岩(igneous rocks，冷却的岩浆)，其中的矿物质不仅记录了火成岩过程，还记录了与水的重要接触。

这些矿物质，如碳酸盐和盐类，需要水在火成岩中循环，形成壁龛，并将溶解的矿物质沉积在不同的区域，如空隙和裂缝。在一些地方，数据显示，在这些潜在的宜居壁龛（habitable niches）中存在着有机物。

通过拉曼和荧光光谱仪的发现（Discovered by SHERLOC）

矿物和可能存在的有机化合物是使用拉曼和荧光光谱仪（SHERLOC）发现的，SHERLOC实际上就是用拉曼和荧光对有机物和化学品宜居环境扫描仪器（Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals instrument）的英文首字母缩写。

安装在火星探测车的机械臂（rover's robotic arm）上的SHERLOC配备了许多工具，包括拉曼光谱仪，该光谱仪使用特定类型的荧光来搜索有机化合物（organic compounds），并观察它们在物质中的分布情况，从而了解它们是如何保存在该位置的。

该论文的合著者、行星科学教授、凯克空间研究所（Keck Institute for Space Studies）副所长贝瑟尼·埃尔曼（Bethany Ehlmann）说：“SHERLOC的微观组成成像能力真的让我们有能力破译火星过去环境的时间顺序。”

当火星车向三角洲移动时，它采集了一些被水蚀变的火成岩样品，并将其储存起来，以备将来可能进行的样品回收任务使用。这些样本需要被送回地球，在配备先进仪器的实验室中进行检测，以确定有机物的存在和类型，以及它们是否与生命有关。

本研究得到了美国国家航空航天局的资助（National Aeronautics and Space Administration: 80NSSC18K1255; 107415 M; NASA M2020 P; 80NSSC20K0235）。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Did life ever exist on Mars? NASA's Perseverance rover finds organic matter in rock samples

Abstract

The Perseverance rover landed in Jezero crater, Mars in February 2021. We used the Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) instrument to perform deep ultraviolet Raman and fluorescence spectroscopy of three rocks within the crater. We identify evidence for two distinct ancient aqueous environments at different times. Reactions with liquid water formed carbonates in an olivine-rich igneous rock. A sulfate-perchlorate mixture is present in the rocks, probably formed by later modifications of the rocks by brine. Fluorescence signatures consistent with aromatic organic compounds occur throughout these rocks, preserved in minerals related to both aqueous environments.