太空探测如何避免微生物的侵扰

文/ 李会超

▲ 返回地球

除了要提防载人航天器在轨工作期间，仪器设备和航天员可能遭受微生物的侵害外，在航天飞行中，人们还需要提防另一种形式的微生物风险——将地球上的微生物带到其他天体上，或者将其他天体上微生物带回地球。这两种风险来源，分别被称为行星际污染的正向和反向污染。针对这两种污染，航天探测采取了多种方法来加以防范。

正向污染

从地球带到其他天体原本不存在的微生物，不但会严重破坏那些天体先前存在的环境，还会对科学探索产生不可逆转的影响。

相比于地球，我们目前可以到达的其他天体的环境对于生命来说显得过于恶劣。例如，由于没有稠密大气的保护，火星表面的紫外线辐射比地球上更强烈。过度的紫外线辐射对一切生物都是有害的。

然而，即便在这样的环境中，一些微生物也可能顽强地生存下来。

例如，美国佛罗里达州立大学的研究人员发现，一种称为绿球藻-蓝藻的微生物可以在极端情况下繁衍生息。虽然这些微生物是特别筛选的，比大部分常见的微生物更能耐受恶劣环境，且尚未在航天器的表面上发现过，但这个研究结论再次警示了一种可能：一旦我们不小心将地球上的微生物带到其他天体上去，我们煞费苦心，千辛万苦在其他天体上发现的生命迹象，可能就是搭了航天器便车的地球微生物。

为了防范这种可能的发生，进行行星探测的航天器在制造过程中都要进行严格的消毒工作。例如，为了防止火星受到污染，每个火星车都要满足表面的微生物总数小于一个关键值的要求。为了达到这个要求，技术人员在组装航天器的过程中，会用酒精溶液频繁擦拭清洁航天器表面。发射前，有关人员会仔细地对航天器表面的微生物情况进行取样和测试，以证明每个航天器都符合生物清洁度的要求。降落伞和隔热毯等耐高温的组件则被加热到110摄氏度或更高的温度，以杀死微生物。火星车上安装关键电子设备和计算机主机的核心设备箱，会使用与N95口罩材料类似的高效过滤材料予以保护，可以过滤掉各类微生物。

然而，不管采取多么严苛的措施，都不能完全禁绝航天器微生物的存在。有些科研人员提出了另一种解决问题的思路。他们使用特定的化学物质标记这些微生物，一旦在后续的分析中发现这种标记物质，则可以断定这些生物体并非是火星等天体的原住民，而是从地球偷渡过去的不速之客。

▲ 洞察号火星探测器在洁净厂房

▲ 时任美国总统尼克松向移动检疫设施内的航天员讲话

▲ 水熊虫

“卡西尼-惠更斯号”任务的终结方式是防止地球微生物污染其他天体的另一种方式。由于这个探测器只进行遥感探测，并没有着陆行星及其卫星表面的计划，因此在制造过程中并未采用最严格的消毒措施。在完成对土星及其卫星的探测任务后，如果放任不管，在土星附近诸多天体构成的复杂引力环境中，“卡西尼-惠更斯号”有可能坠入土卫二。土卫二欧罗巴是土星的卫星，根据目前的探测数据，“欧罗巴”是一颗有着广袤海洋的星球，这颗卫星厚厚的冰盖下面，可能孕育着早期的生命形式。为了避免让地球上的微生物在那里“生根发芽”，技术人员在“卡西尼号”上的燃料还有剩余的时候，主动命令它调整轨道，飞向土星并坠毁。

虽然人类制定了《外层空间条约》《 COSPAR行星保护政策》等行星保护规范，但由于这些文件缺乏强制性的约束力和执行机关，实际执行效果并没有完全的保证。近年来，商业与私人航天的兴起也给这些规范的执行带来了新挑战。和国家航天机构相比，私人航天机构似乎更加别出心裁、随心所欲。

去年，以色列私人航天公司开发的月球探测器“贝雷特希号”在着陆月球的过程中坠毁，这艘探测器上携带了一种试图为地球DNA提供太空备份的装置，里面储藏了人类的血液、毛发甚至有一种名叫水熊虫的生物。水熊虫体型极小，最小只有50微米，而最大的则有1.4毫米，必须用显微镜才能看清，但已不属于微生物的范畴，是一种更加复杂的生物。由于水熊虫在地球上能够应对各种恶劣的环境，人们担心这次事故会让水熊虫在月球上生息繁衍。对于水熊虫是否已经占领月球，现在尚无定论，但这个事件再次敲响了行星保护的警钟。

▲ 穿着严格隔离服的阿波罗11号航天员

▲ “阿波罗11号”3名航天员返回地球后，在“移动检疫设施”舱内

反向污染

在“阿波罗11号”完成登月任务成功返回地面后，美国总统尼克松第一时间会见了3名航天员。不过，在如此庄重的场合，航天员却不得不躲在一个保护舱内与总统对话。这个保护舱的目的，就是为了避免航天员们从月球带回地球上不存在的微生物的可能。

在登月前，人们并不了解月球上的微生物状况。如果航天员们带回了地球上不存在的微生物，这种微生物作为外来入侵物种，有可能在地球上造成人类感染和传播新疾病。和防控一些传染病的方式类似，美国宇航局采取的办法是航天员返回地球后就立即将他们隔离起来，时间为3个星期。

▲ 卡西尼号探测器

当阿波罗号飞船的指令舱按照计划落到海面上后，航天员在出舱之前会穿上特别的隔离服，以防他们将微生物传播给执行回收工作的人。在出舱之前，他们还要使用次硫酸盐消毒液（与84消毒液成分类似）对隔离服外部进行一次消毒。之后，他们会进入一个名为“移动检疫设施”的舱室内。这个舱室有一间嵌壁式的休息室和几间卧室，甚至还配有小厨房。强大的内部负压和空气过滤系统，可以防止设备内部的微生物通过空气向外扩散。这个舱室是航天员们由海上转运回休斯顿过程中的居所。到达休斯顿后，他们就不用被关在这个铁盒子中了，但隔离仍然要继续。在研究机构“月球实验室”，他们要和医生、厨师和工程师等其他工作人员共同度过3个星期。万一太空中带来的微生物引起疾病爆发，传播范围可以被严格控制在该机构内。

通过反复的检测，技术人员发现月球旅行并不会带回新的微生物。因此，如此严格的隔离措施在后续的登月任务中并没有继续采用。然而，这并不意味着风险完全消失，因为月球上没有微生物不代表其他星球上也没有。而近年来，针对一些无人采样返回任务而提出的新措施也即将实施。例如，一旦有探测器在火星取到了样品，他们必须先经过严格的消毒灭活后，才能被送回地球分析。