太空探測如何避免微生物的侵擾

文/ 李會超

▲ 返回地球

除了要提防載人航天器在軌工作期間，儀器設備和航天員可能遭受微生物的侵害外，在航天飛行中，人們還需要提防另一種形式的微生物風險——將地球上的微生物帶到其他天體上，或者將其他天體上微生物帶回地球。這兩種風險來源，分別被稱為行星際污染的正向和反向污染。針對這兩種污染，航天探測采取了多種方法來加以防范。

正向污染

從地球帶到其他天體原本不存在的微生物，不但會嚴重破壞那些天體先前存在的環境，還會對科學探索產生不可逆轉的影響。

相比于地球，我們目前可以到達的其他天體的環境對于生命來說顯得過于惡劣。例如，由于沒有稠密大氣的保護，火星表面的紫外線輻射比地球上更強烈。過度的紫外線輻射對一切生物都是有害的。

然而，即便在這樣的環境中，一些微生物也可能頑強地生存下來。

例如，美國佛羅里達州立大學的研究人員發現，一種稱為綠球藻-藍藻的微生物可以在極端情況下繁衍生息。雖然這些微生物是特別篩選的，比大部分常見的微生物更能耐受惡劣環境，且尚未在航天器的表面上發現過，但這個研究結論再次警示了一種可能：一旦我們不小心將地球上的微生物帶到其他天體上去，我們煞費苦心，千辛萬苦在其他天體上發現的生命跡象，可能就是搭了航天器便車的地球微生物。

為了防范這種可能的發生，進行行星探測的航天器在制造過程中都要進行嚴格的消毒工作。例如，為了防止火星受到污染，每個火星車都要滿足表面的微生物總數小于一個關鍵值的要求。為了達到這個要求，技術人員在組裝航天器的過程中，會用酒精溶液頻繁擦拭清潔航天器表面。發射前，有關人員會仔細地對航天器表面的微生物情況進行取樣和測試，以證明每個航天器都符合生物清潔度的要求。降落傘和隔熱毯等耐高溫的組件則被加熱到110攝氏度或更高的溫度，以殺死微生物。火星車上安裝關鍵電子設備和計算機主機的核心設備箱，會使用與N95口罩材料類似的高效過濾材料予以保護，可以過濾掉各類微生物。

然而，不管采取多么嚴苛的措施，都不能完全禁絕航天器微生物的存在。有些科研人員提出了另一種解決問題的思路。他們使用特定的化學物質標記這些微生物，一旦在后續的分析中發現這種標記物質，則可以斷定這些生物體并非是火星等天體的原住民，而是從地球偷渡過去的不速之客。

▲ 洞察號火星探測器在潔凈廠房

▲ 時任美國總統尼克松向移動檢疫設施內的航天員講話

▲ 水熊蟲

“卡西尼-惠更斯號”任務的終結方式是防止地球微生物污染其他天體的另一種方式。由于這個探測器只進行遙感探測，并沒有著陸行星及其衛星表面的計劃，因此在制造過程中并未采用最嚴格的消毒措施。在完成對土星及其衛星的探測任務后，如果放任不管，在土星附近諸多天體構成的復雜引力環境中，“卡西尼-惠更斯號”有可能墜入土衛二。土衛二歐羅巴是土星的衛星，根據目前的探測數據，“歐羅巴”是一顆有著廣袤海洋的星球，這顆衛星厚厚的冰蓋下面，可能孕育著早期的生命形式。為了避免讓地球上的微生物在那里“生根發芽”，技術人員在“卡西尼號”上的燃料還有剩余的時候，主動命令它調整軌道，飛向土星并墜毀。

雖然人類制定了《外層空間條約》《 COSPAR行星保護政策》等行星保護規范，但由于這些文件缺乏強制性的約束力和執行機關，實際執行效果并沒有完全的保證。近年來，商業與私人航天的興起也給這些規范的執行帶來了新挑戰。和國家航天機構相比，私人航天機構似乎更加別出心裁、隨心所欲。

去年，以色列私人航天公司開發的月球探測器“貝雷特希號”在著陸月球的過程中墜毀，這艘探測器上攜帶了一種試圖為地球DNA提供太空備份的裝置，里面儲藏了人類的血液、毛發甚至有一種名叫水熊蟲的生物。水熊蟲體型極小，最小只有50微米，而最大的則有1.4毫米，必須用顯微鏡才能看清，但已不屬于微生物的范疇，是一種更加復雜的生物。由于水熊蟲在地球上能夠應對各種惡劣的環境，人們擔心這次事故會讓水熊蟲在月球上生息繁衍。對于水熊蟲是否已經占領月球，現在尚無定論，但這個事件再次敲響了行星保護的警鐘。

▲ 穿著嚴格隔離服的阿波羅11號航天員

▲ “阿波羅11號”3名航天員返回地球后，在“移動檢疫設施”艙內

反向污染

在“阿波羅11號”完成登月任務成功返回地面后，美國總統尼克松第一時間會見了3名航天員。不過，在如此莊重的場合，航天員卻不得不躲在一個保護艙內與總統對話。這個保護艙的目的，就是為了避免航天員們從月球帶回地球上不存在的微生物的可能。

在登月前，人們并不了解月球上的微生物狀況。如果航天員們帶回了地球上不存在的微生物，這種微生物作為外來入侵物種，有可能在地球上造成人類感染和傳播新疾病。和防控一些傳染病的方式類似，美國宇航局采取的辦法是航天員返回地球后就立即將他們隔離起來，時間為3個星期。

▲ 卡西尼號探測器

當阿波羅號飛船的指令艙按照計劃落到海面上后，航天員在出艙之前會穿上特別的隔離服，以防他們將微生物傳播給執行回收工作的人。在出艙之前，他們還要使用次硫酸鹽消毒液（與84消毒液成分類似）對隔離服外部進行一次消毒。之后，他們會進入一個名為“移動檢疫設施”的艙室內。這個艙室有一間嵌壁式的休息室和幾間臥室，甚至還配有小廚房。強大的內部負壓和空氣過濾系統，可以防止設備內部的微生物通過空氣向外擴散。這個艙室是航天員們由海上轉運回休斯頓過程中的居所。到達休斯頓后，他們就不用被關在這個鐵盒子中了，但隔離仍然要繼續。在研究機構“月球實驗室”，他們要和醫生、廚師和工程師等其他工作人員共同度過3個星期。萬一太空中帶來的微生物引起疾病爆發，傳播范圍可以被嚴格控制在該機構內。

通過反復的檢測，技術人員發現月球旅行并不會帶回新的微生物。因此，如此嚴格的隔離措施在后續的登月任務中并沒有繼續采用。然而，這并不意味著風險完全消失，因為月球上沒有微生物不代表其他星球上也沒有。而近年來，針對一些無人采樣返回任務而提出的新措施也即將實施。例如，一旦有探測器在火星取到了樣品，他們必須先經過嚴格的消毒滅活后，才能被送回地球分析。