據國外媒體報道,“月球”和“天體生物學”這兩個詞很少出現在同一個句子里,盡管如今有不少政府航天機構和私人企業正計劃開展載人登月任務,實現1972年阿波羅17號任務以來的首次重返月球之旅。
在執行最後一次阿波羅登月任務之前,科學家終於確定了月球上不存在生命。而在最初幾次登月時,人們還不確定這一點,因此返回地球的宇航員要先被隔離一段時間。這些早期的預防手段如今被叫做“行星保護措施”,是為了預防“逆向污染”,即將地外微生物带回地球生物圈、造成災難性影響。但到阿波羅任務結束時,登月宇航員們只需在離開地球前接受隔離,確保他們不會染上傳染病、影響接下來的高風險任務。
不過科學家已經證明,避免將微生物带離地球的確更重要一些。至少有一種名為“和緩鏈球菌”(Streptococcus mitis)的細菌設法混入了無人登陸器“測量者3號”的照相機中。“測量者3號”在月球上待了兩年半,後被阿波羅12號的宇航員带回地球。如今專家認為,“測量者3號”中的和緩鏈球菌是在返回地球後被人類調查員污染的。但後續研究顯示,耐輻射奇異球菌(Deinococcus radiodurans)、枯草杆菌(Bacillus subtilis)等地球微生物、以及一種名為“水熊蟲”的微型無脊椎生物的確可以在太空輻射環境中長時間存活。無論是在阿波羅時期、還是現代航天時期,將地球生命带到其它星球的“前向污染”都是行星保護的極大挑戰。
對想要保護火星、以及外太陽系中擁有海洋的覆冰衛星(如土衛二和木衛二)的任務設計者來說,前向汙染這個問題並不陌生。只有避免從地球带去污染,天體生物學家才能確認哪些是外星球原有的生命形式(假如存在外星生命的話)。但在探索月球時,行星保護的這些規章限制又該如何運用呢?既然我們想要重返月球,又能從阿波羅時代學到哪些經驗和教訓呢?
“阿波羅時代的生物預防措施只關注從月球带回的逆向污染。”搜尋地外智慧文明研究所(SETI)的高級科學家、NASA行星保護顧問安迪·斯普萊(Andy Spry)指出。即使在執行第一次阿波羅登月任務前,人們也認為月球上存在生命的可能性微乎其微。但不怕一萬、就怕萬一。為避免對地球生物圈造成災難性後果,科學家還是采取了逆向污染預防措施。在阿波羅11號、12號和14號任務完成後,宇航員和月球樣本、包括迎接宇航員返回地球的工程师和飛行醫生,均接受了21天的隔離。(阿波羅13號沒能在月球上登陸,因此不需要隔離。)但從阿波羅15號開始,宇航員就不需要在任務後接受隔離了,因為從阿波羅11和12號任務带回的月球樣本顯示,月球上並不存在生命。
從上世紀80年代開始,為保護地球環境,美國太空研究委員會(COSPAR)制定了一系列旨在避免前向污染的行動規程。隨著科學家掌握的知識逐漸增多,這些指導意見也在不斷變化。盡管如今我們對外星球存在生命幾率的了解已經遠勝從前,但由于缺少真正的外星生物讓我們研究,現有知識催生的新問題比能解答的問題更多。和阿波羅時代不同的是,“外星球是否需要保護”這一問題已經不能用簡單的“是”或“不是”來回答了。
“太空研究委員會將行星保護分為五類。”斯普萊介紹道,“第一類是,保護目標天體無需采取任何預防措施。‘要求’僅僅是要能證明你的任務不需要采取任何特定保護措施就可以了。”2008年,月球被列入了第二類,意味著雖然它不是尋找外星生命的對象,但探月時仍需謹慎一些。這是因為月球表面缺乏大氣保護,可提供有關太陽系歷史的獨特線索,也許還可帮助我們了解地球生命的起源和演化。
阿波羅11、12和14號任務采取的隔離和其它行星保護預防措施與今天的第五類有一些相似之處,都涉及到從可能宜居(甚至不宜居)的星球带回儀器或樣本,如火星、木衛二或土衛二等。在這些情況下,預防逆向汙染也是目標之一。另一項目標則是保證带回的樣本原封不動,就像阿波羅登月任務采集的樣本一樣。當然,第五類任務也必須預防前向污染,而這一任務在阿波羅時代並未受重視。
針對當前的第五類問題,有人提出了一種解決方案:將儀器和樣本不带回地球,而是带到專門在月球或軌道上修建的實驗室。這樣科學家就可以在分析樣本的同時避免污染地球的風險。但這種方法非常昂貴,也無法安裝精密分析所需的沉重大型儀器。並且問題還不止這些。
斯普萊指出,在地球和月球之間進行無需高級別行星保護措施的人員、儀器與材料自由流動應被列為重點事項。“我們並不想照搬阿波羅任務的隔離手段,但先把返回地球的樣本和宇航員带到一處與外界隔絕的場所倒是很合理。”若要建立這樣一座地球基地,如何解決運輸問題還需進一步研究。但斯普萊設想,這樣一座基地必須達到四級生物安全水平(即研究地球上危險致病微生物的最高安全等級,如天花、埃博拉病毒等等)。基地中還需具備保證樣本不受污染的額外措施,當年大多數阿波羅任務带回的樣本都經歷了這種保護。
我們還可以換一種方式看待月球保護問題:在前往生物脆弱度更高的星球(如火星)前,不妨先將不存在生命的月球作為任務測試基地。“隨著我們不斷发展和完善火星探索的行星保護要求,可以借月球探索對這些要求進行評估,然後再前往火星這樣對微生物敏感的環境中進行探索。”NASA約翰遜航天中心天體材料研究與探索科學部“冰與有機物”小組的負責人朱莉·米切爾(Julie Mitchell)指出。例如,月球基地可帮助我們了解太空聚居地中的微生物群會如何變化,還可帮助我們尋找更好的灰塵與其它汙染物預防措施。
荒涼貧瘠、毫無生機的月球是開展“合成生物”實驗的絕佳場地,可試點成功後再推廣到太陽系的其它地方。合成生物實驗是指對地球生物進行复雜的基因改造,如用經特意改造的藍藻淨化太空聚居地的空氣、甚至制造火箭燃料等等。“不應用藍藻,人類太空探索就無法實現。”約翰遜航天中心的微生物學家伊戈爾·布朗(Igor Brown)指出。
日後人類開展太陽系探索時,這種合成生物實驗是否會違反行星保護的嚴格規定呢?答案是:這要取決於我們能夠什麼時候、通過何種方式重返月球,以及究竟能否重返月球。