总结篇：回顾NASA地外生命探测项目的过去、现在与未来

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　　翻译：贺柏翔

　　排版：贺柏翔

　　后期：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳

　　翻译自：NASA

　　NASA一直致力于寻找地球之外生命存在的迹象：从探索火星的宜居性，到勘察地外“海洋世界”（如木卫二、土卫六），再到寻找遥远的类地行星，研究人员正孜孜以求地朝着这一目标发起冲击，这一科学领域又被称为“天体生物学”[astrobiology]。

　　本文将带领读者深入NASA地外生命探测项目的过去、现在与未来。

　　太阳系内行星的艺术图

　　Credit：NASA

　　上篇 · 历史项目

　　海盗1号与海盗2号火星探测器

　　海盗1号与海盗2号探测器（Viking 1 and 2）发射于1975年，由轨道器与着陆器组成，在经历10个月的空间航程后，安全着落火星。海盗项目是NASA在另一个星球上寻找生命的第一次尝试。

　　作为全球首个登陆火星的探测项目，海盗项目在人类空间探索历史上占据一席之地。这次任务的生物学实验揭示了火星土壤中出人意料的化学活动，但没有发现着陆点附近存在微生物的明确证据。

　　这张影像由海盗1号拍摄于1976年，天然的火星山丘构成了人面图像

　　Credit：NASA

　　这张影像由海盗2号拍摄，拍摄地点位于火星上广袤的乌托邦平原，这也是中国祝融号火星车降落的地方。

　　Credit：NASA

　　伽利略号木星探测器

　　伽利略号（Galileo）木星探测器发射于1989年，由亚特兰蒂斯号航天飞机载入空间。在其围绕木星运行的近8年间，伽利略号木星探测器近距离掠过了木星所有的主要卫星，返回的数据为天体生物学做出贡献——特别是发现木星冰冷的卫星欧罗巴可能拥有一个广袤的地下海洋，其储水量超过了地球。这一发现直接让我们的研究走出传统“宜居带”。（“宜居带”指的是处于距离恒星合适的距离，地表可以存在液态水）

　　译者注：伽利略号探测器1995年进入木星轨道，2003年坠入木星

　　这张影像由伽利略号拍摄并经过数字化调整：木卫二表面上遍布的长弯曲裂缝暗示着地下液态水的存在。

　　Credit：NASA

　　卡西尼号土星探测器

　　十多年来，卡西尼号飞船（Cassini spacecraft）分享了土星与其卫星家族的奇观 ，给研究人员带来极大震撼。第一次，天体生物学家能够透过土卫六厚厚的大气层研究它的表面，发现了充满液态碳氢化合物的湖泊和海洋。这些液态碳氢化合物意味着什么是卡西尼号的主要议题之一。

　　卡西尼号还观测到了土卫二喷出的水汽喷流。当飞船在气流中飞行时，发现了海水和有机化学物质存在的迹象。这就提出了土卫二地表下是否宜居的问题。

　　土卫六泰坦大气极厚，光学设备难以观测细节，但其在红外波段成像极佳。如图中间是土卫六的可见光成像，周围是由卡西尼号拍摄的红外影像。

　　Credit：NASA

　　卡西尼获取的土卫二红外影像

　　Credit：NASA

　　勇气号与机遇号火星车

　　勇气号和机遇号（Spirit and Opportunity）火星车均于2003年发射，其目的是寻找火星上是否有水存在或曾经有水存在。 科学家们最初给两者设定的科考时间仅为90天，但由于火星表面沙尘暴与尘卷风低于预期，使得太阳能帆板寿命大为延长：勇气号于2011年失联，而机遇号则一直工作到2019年。

　　勇气号和机遇号火星车第一次证明火星表面曾经存在液态水。液态水是生命的重要组分。它们的发现加深了人们对火星地质和过去环境的理解，更表明火星的古代环境可能曾经适合生命存在。

　　勇气号火星车所拍摄的最后一张全景影像

　　Credit：NASA

　　机遇号火星车与火星沙尘暴的合影

　　Credit：NASA

　　开普勒空间望远镜

　　开普勒空间望远镜（Kepler Space Telescope）作为NASA第一个行星搜索任务，为我们在太阳系和更远的地方寻找生命开辟了道路。开普勒空间望远镜于2018年退役，9年间所收集的数据有力地表明：宇宙中有数十亿颗隐藏的行星（数量甚至超过恒星）。开普勒空间望远镜的重要任务之一是识别类地行星，服役期间共确认2600多颗系外行星，其中很多可能是孕育生命的好地方。

　　译者注：开普勒空间望远镜发射于2009年3月。2013年由于望远镜发生重大故障，无法设定望远镜方向，正常的观测工作已经基本停止。2018年燃料耗尽，正式退役。

　　由开普勒空间望远镜发现的所有目标中，共有八颗体积小于地球大小的两倍，并且位于恒星的宜居带内。

　　Credit：NASA

　　斯皮策空间望远镜

　　在其16年的空间生涯中，斯皮策空间望远镜（Spitzer Space Telescope）渐渐发展为研究系外行星的重要工具。斯皮策空间望远镜将观测的重心放在了红外波段，这使得科学家们能够观察到哈勃与其他光学望远镜无法观测到的宇宙区域，包括尘埃密布的恒星摇篮、星系中心与新形成的恒星系统。

　　斯皮策的红外眼睛也使天文学家能够看到宇宙中温度较低的天体，如褐矮星、系外行星、巨大的分子云和有机分子等，这些发现可能揭示其他星球存在生命的秘密。

　　著名的“创世之柱”星云，由哈勃空间望远镜和斯皮策望远镜的拍摄影像合成。

　　Credit：NASA

　　中篇 · 当前项目

　　哈勃空间望远镜

　　自1990年发射以来，哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）为天体生物学做出了巨大的贡献。天文学家利用哈勃望远镜首次测量了系外行星的大气组分，利于识别生物形成潜在化学要素，如钠、氢和水蒸气等。通过对年轻恒星周围的尘埃和碎片盘的研究，哈勃的观测也为行星的形成提供了线索。

　　除了观测遥远的系外目标，哈勃望远镜还被用于观测系内天体，包括小行星、彗星、行星和卫星，如有趣的海洋卫星木卫二和木卫三。总结来说，哈勃望远镜提供了宝贵的信息，让我们了解太阳系以及其他地方存在生命的潜力。

　　哈勃望远镜的伟大无需多言，深刻的改变了人们对宇宙的认知，图为哈勃望远镜拍摄的M1蟹状星云。

　　Credit：NASA

　　火星大气与挥发物演化项目

　　火星大气与挥发物演化任务（Mars Atmosphere and Volatile Evolution ，MAVEN）于2013年11月发射，并于一年后开始在火星绕轨运行。该任务对了解火星大气和气候的历史作出了重要贡献。通过这些大气数据，天体生物学家了解了火星是如何、以及何时失去水，并确定火星历史上存在宜居环境最可能的时间。

　　MAVEN拍摄的火星大气影像，三个紫外线波段分别显示了氢原子（蓝色）、氧原子（绿色）和行星表面（红色）反射的光[最后一张为前三者合成]

　　Credit：NASA

　　奥德赛号火星探测器

　　奥德赛号火星探测器（Mars Odyssey）于2001年4月7日发射升空，服役至今，是这颗红色星球上寿命最长的航天器（达20年）。它出色的成就包括：帮助确定了火星上冰的位置，评估了着陆点，并研究了罕为人知的火星卫星。在探测器提供的数据基础上，研究人员绘制火星表面的化学元素和矿物的分布图。详细的地图将被天体生物学家用来确定火星环境的演化及其存在生命的可能性。

　　由奥德赛号拍摄的火星表面的古代河床

　　Credit：NASA

　　火星勘测轨道器

　　火星勘测轨道器（Mars Reconnaissance Orbiter，MRO）致力于研究火星表面有水存在时间跨度的证据。虽然其他的火星任务已经表明水曾在火星表面流动，但水的存在时间，以及伴随的潜在栖息地仍然是一个谜。 来自 MRO的数据对于研究过去和现在火星上是否有适宜居住环境的可能性至关重要。此外，这些研究大大促进了火星气候模型的建立，亦有助于增进对其他系外行星气候变化的理解。

　　由MRO拍摄的火星表面上的一个洞，内部洞穴避开恶劣天气的影响，是未来搜寻生命的重要目标。

　　Credit：NASA

　　好奇号火星车

　　好奇号（Curiosity Mars rover）发射于2012年，其主要任务是通过分析火星气候与地质来判定其是否拥有生命所需的成分，如水、碳等。在其服役的9年间，新的发现不断出现。 好奇号提供的证据表明，数十亿年前，盖尔陨坑（Gale Crater）充满了淡水湖。 湖泊和地下水存在了数百万年，包含了生命所需的所有关键元素，这表明火星曾经宜居。

　　好奇号火星车在火星夏普山旁萌萌地自拍

　　Credit：NASA

　　凌星系外行星勘测卫星

　　凌星系外行星勘测卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）发射于2018年，是NASA寻找系外行星的下一步，包括那些可能支持生命的行星。其主要任务是搜索空间的系外行星，并对其进行编目。 截至目前，TESS已经发现了120多颗系外行星和2600多颗候选行星。

　　2018年，TESS乘坐猎鹰九号驶向太空

　　Credit：NASA

　　毅力号火星车

　　NASA最新的探测任务当属毅力号火星车（Perseverance Mars Rover），于2021年2月18日安全着陆，开启了火星探索的新时代。毅力号将寻找火星表面古代微生物存在的迹象，进一步推进NASA探索火星过去宜居性。与众不同的是，该火星车安装钻孔器以收集火星岩石和土壤的核心样本，并把采集到的样品存储在密封罐中。这些样品将一直留存在火星，直到下一次可返回的火星项目取回。

　　毅力号火星车的首次自拍，这次独具创意的自拍耗费了研究团队数周的努力。

　　Credit：NASA

　　下篇 · 未来项目

　　詹姆斯·韦伯空间望远镜

　　詹姆斯·韦伯空间望远镜 (James Webb Space Telescope，JWST)计划于2021年发射，预期会成为未来十年最重要的天文观测设备。韦伯望远镜是一个拥有6.5米主镜，并具备在近红外波段工作的大型望远镜。韦伯望远镜的观测数据将被用于研究宇宙历史的每一个阶段，包括太阳系中的行星和卫星，以及类地行星上生命的形成。韦伯望远镜还将获取类地行星的大气层光谱，以分析太阳系外类地行星上生命的构成要素。

　　实验室内整装待发的詹姆斯韦伯空间望远镜

　　Credit：NASA

　　欧罗巴快艇任务

　　对于外星探索来说，木星的冰冷卫星欧罗巴是最诱人的天体之一，这也是NASA的科学家们正在深入研究设计“欧罗巴快艇”的原因，这艘航天器将会为我们揭开木卫二的秘密。欧罗巴预计于2024年发射升空，然后长途跋涉前往木星系统，在这颗神秘的冰冷卫星上空近距离掠过40次。

　　在到达木卫二之后，航天器将会收集关于卫星的地质、组成和隐藏内部海洋的重要信息。了解木卫二的宜居性将帮助科学家更好地了解地球上的生命是如何发展的，以及在地球之外发现生命的可能性。

　　南希·格雷斯·罗曼空间望远镜

　　南希·格雷斯·罗曼空间望远镜预计将于十几年后发射，它的视场将是哈勃空间望远镜的200倍——这意味着可以用更少的观测时间捕捉到更多的目标天体。巨大的视场主要得益于其配备的宽场仪器(Wide Field instrument)。该设备将对银河系内部进行微透镜观测，预期观测识别超过 100,000颗凌星系外行星。

　　罗曼空间望远镜还将配备日冕仪，用以遮挡来自恒星的光线，类似于给设备戴上了“墨镜”。通过这一技术，研究人员可以直接拍摄围绕恒星轨道运行巨型行星的精密影像，有助于发现太阳系之外的新世界，并推进天体生物学研究。

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　　责任编辑：毛明远

　　『天文湿刻』 牧夫出品

　　微信公众号：astronomycn

　　站在韦伯望远镜前的研究人员，让我们期待它早日升空！

　　Credit:NASA

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