探月任务前后宇航员需要进行隔离吗

新浪科技
2018-08-07

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新浪科技2018-08-07

图为尼克松总统正在欢迎阿波罗11号的宇航员们返回地球。宇航员需进行为期21天的隔离,以确保未从月球带回任何污染物。
图为尼克松总统正在欢迎阿波罗11号的宇航员们返回地球。宇航员需进行为期21天的隔离,以确保未从月球带回任何污染物。

8月7日消息,据国外媒体报道,“月球”和“天体生物学”这两个词很少出现在同一个句子里,尽管如今有不少政府航天机构和私人企业正计划开展载人登月任务,实现1972年阿波罗17号任务以来的首次重返月球之旅。

在执行最后一次阿波罗登月任务之前,科学家终于确定了月球上不存在生命。而在最初几次登月时,人们还不确定这一点,因此返回地球的宇航员要先被隔离一段时间。这些早期的预防手段如今被叫做“行星保护措施”,是为了预防“逆向污染”,即将地外微生物带回地球生物圈、造成灾难性影响。但到阿波罗任务结束时,登月宇航员们只需在离开地球前接受隔离,确保他们不会染上传染病、影响接下来的高风险任务。

不过科学家已经证明,避免将微生物带离地球的确更重要一些。至少有一种名为“和缓链球菌”(Streptococcus mitis)的细菌设法混入了无人登陆器“测量者3号”的照相机中。“测量者3号”在月球上待了两年半,后被阿波罗12号的宇航员带回地球。如今专家认为,“测量者3号”中的和缓链球菌是在返回地球后被人类调查员污染的。但后续研究显示,耐辐射奇异球菌(Deinococcus radiodurans)、枯草杆菌(Bacillus subtilis)等地球微生物、以及一种名为“水熊虫”的微型无脊椎生物的确可以在太空辐射环境中长时间存活。无论是在阿波罗时期、还是现代航天时期,将地球生命带到其它星球的“前向污染”都是行星保护的极大挑战。

对想要保护火星、以及外太阳系中拥有海洋的覆冰卫星(如土卫二和木卫二)的任务设计者来说,前向污染这个问题并不陌生。只有避免从地球带去污染,天体生物学家才能确认哪些是外星球原有的生命形式(假如存在外星生命的话)。但在探索月球时,行星保护的这些规章限制又该如何运用呢?既然我们想要重返月球,又能从阿波罗时代学到哪些经验和教训呢?

“阿波罗时代的生物预防措施只关注从月球带回的逆向污染。”搜寻地外智慧文明研究所(SETI)的高级科学家、NASA行星保护顾问安迪·斯普莱(Andy Spry)指出。即使在执行第一次阿波罗登月任务前,人们也认为月球上存在生命的可能性微乎其微。但不怕一万、就怕万一。为避免对地球生物圈造成灾难性后果,科学家还是采取了逆向污染预防措施。在阿波罗11号、12号和14号任务完成后,宇航员和月球样本、包括迎接宇航员返回地球的工程师和飞行医生,均接受了21天的隔离。(阿波罗13号没能在月球上登陆,因此不需要隔离。)但从阿波罗15号开始,宇航员就不需要在任务后接受隔离了,因为从阿波罗11和12号任务带回的月球样本显示,月球上并不存在生命。

从上世纪80年代开始,为保护地球环境,美国太空研究委员会(COSPAR)制定了一系列旨在避免前向污染的行动规程。随着科学家掌握的知识逐渐增多,这些指导意见也在不断变化。尽管如今我们对外星球存在生命几率的了解已经远胜从前,但由于缺少真正的外星生物让我们研究,现有知识催生的新问题比能解答的问题更多。和阿波罗时代不同的是,“外星球是否需要保护”这一问题已经不能用简单的“是”或“不是”来回答了。

“太空研究委员会将行星保护分为五类。”斯普莱介绍道,“第一类是,保护目标天体无需采取任何预防措施。‘要求’仅仅是要能证明你的任务不需要采取任何特定保护措施就可以了。”2008年,月球被列入了第二类,意味着虽然它不是寻找外星生命的对象,但探月时仍需谨慎一些。这是因为月球表面缺乏大气保护,可提供有关太阳系历史的独特线索,也许还可帮助我们了解地球生命的起源和演化。

阿波罗11、12和14号任务采取的隔离和其它行星保护预防措施与今天的第五类有一些相似之处,都涉及到从可能宜居(甚至不宜居)的星球带回仪器或样本,如火星、木卫二或土卫二等。在这些情况下,预防逆向污染也是目标之一。另一项目标则是保证带回的样本原封不动,就像阿波罗登月任务采集的样本一样。当然,第五类任务也必须预防前向污染,而这一任务在阿波罗时代并未受重视。

针对当前的第五类问题,有人提出了一种解决方案:将仪器和样本不带回地球,而是带到专门在月球或轨道上修建的实验室。这样科学家就可以在分析样本的同时避免污染地球的风险。但这种方法非常昂贵,也无法安装精密分析所需的沉重大型仪器。并且问题还不止这些。

斯普莱指出,在地球和月球之间进行无需高级别行星保护措施的人员、仪器与材料自由流动应被列为重点事项。“我们并不想照搬阿波罗任务的隔离手段,但先把返回地球的样本和宇航员带到一处与外界隔绝的场所倒是很合理。”若要建立这样一座地球基地,如何解决运输问题还需进一步研究。但斯普莱设想,这样一座基地必须达到四级生物安全水平(即研究地球上危险致病微生物的最高安全等级,如天花、埃博拉病毒等等)。基地中还需具备保证样本不受污染的额外措施,当年大多数阿波罗任务带回的样本都经历了这种保护。

我们还可以换一种方式看待月球保护问题:在前往生物脆弱度更高的星球(如火星)前,不妨先将不存在生命的月球作为任务测试基地。“随着我们不断发展和完善火星探索的行星保护要求,可以借月球探索对这些要求进行评估,然后再前往火星这样对微生物敏感的环境中进行探索。”NASA约翰逊航天中心天体材料研究与探索科学部“冰与有机物”小组的负责人朱莉·米切尔(Julie Mitchell)指出。例如,月球基地可帮助我们了解太空聚居地中的微生物群会如何变化,还可帮助我们寻找更好的灰尘与其它污染物预防措施。

荒凉贫瘠、毫无生机的月球是开展“合成生物”实验的绝佳场地,可试点成功后再推广到太阳系的其它地方。合成生物实验是指对地球生物进行复杂的基因改造,如用经特意改造的蓝藻净化太空聚居地的空气、甚至制造火箭燃料等等。“不应用蓝藻,人类太空探索就无法实现。”约翰逊航天中心的微生物学家伊戈尔·布朗(Igor Brown)指出。

日后人类开展太阳系探索时,这种合成生物实验是否会违反行星保护的严格规定呢?答案是:这要取决于我们能够什么时候、通过何种方式重返月球,以及究竟能否重返月球。

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