NASA对生命的探索：太阳系及太阳系以外的天体生物学
Credit：NASA
我们在宇宙中是孤独的存在吗？目前为止，地球是太阳系中唯一一个已知有生命存在的星球，但NASA依旧正在努力探测地外生命。
NASA正在探索太阳系及太阳系以外的宇宙空间，以助力解答关于地外生命的基本问题。从研究火星的可居住性，探测前景看好的具有液态海洋的星球，例如土卫六泰坦（Titan）和木卫二欧罗巴（Europa），到发现围绕遥远恒星运转的大小与地球相近的行星，NASA的科学任务正凝聚合力，旨在找到关于地外生命的明确迹象（该科学领域被称作天体生物学）。
通过天体生物学研究，NASA投入时间精力和资金来研究地球上生命的起源、进化和极限。这项研究工作对于明确将地外生命探测的关注点聚焦在哪里至关重要。随着NASA对太阳系的不断探索，我们对地球上的生命和其他星球上存在生命的可能性的理解也随着许多新的科学发现而不断发生改变。对地球上极端环境中的生物体的研究，如从南极洲的极地高原到海洋深处，都强调了我们已知的生命具有高度适应性，但这些生命并不总是很容易被发现。搜寻生命需十分谨慎，并以天体生物学研究过程中获取的知识为基础。即便如果有生命存在，我们也可能尚不知道如何对其进行识别。
深入了解NASA地外生命探测的过去、现在和未来 过往任务
维京1 号和2 号（Viking 1 and 2 ）
Credits: NASA/JPL
45年前，“维京计划”成为美国第一个在安全着陆于火星表面的任务，从而在历史上占有了一席之地。
维京1号和2号各由一个轨道飞行器和一个着陆器组成，是NASA首次尝试在地球以外的星球上探测生命，因此也是第一个致力于天体生物学的任务。该任务的生物学实验揭示了火星土壤中意料之外的化学反应，但没有提供明确的证据证明着陆点附近有活体微生物存在。
伽利略号（Galileo ）
Credits: NASA/JPL
NASA的伽利略号木星探测器围绕木星运行了近8年，并对木星的所有主要卫星进行了近距离飞掠。 伽利略号传回的数据继续影响着天体生物学，尤其是发现木卫二欧罗巴这颗冰冷卫星含有地下海洋且其蓄水量比地球上的水资源总量还多的相关证据。这些发现也扩大了在太阳系传统宜居带之外寻找宜居环境的范围。宜居带是指一颗恒星周围一定距离的范围,在这一范围内水可以以液态形式存在。
卡西尼号（Cassini ）
NASA/JPL-Caltech
十多年来，卡西尼号太空船向我们展现了关于土星及其冰冷卫星的奇迹，带我们领略了令人惊讶的星球样貌，扩大了我们对存在生命可能性的星球类型的了解。
天体生物学家首次得以透过土卫六的浓厚大气层，对其表面开展研究，并在土卫六表面发现了充满液态碳氢化合物的湖泊和海洋。天体生物学家们正在研究这些液态碳氢化合物对土卫六上的存在生命生命的可能性而言究竟意味着什么。卡西尼号还探测到了从土卫二恩克拉多斯（Enceladus）上活跃的冰喷泉喷出的冰水柱，并在羽流喷发物中发现了关于盐水和有机物的证据。这提出了关于土卫二表面下是否可能存在宜居环境的问题。
勇气号（Spirit）和机遇号（Opportunity）火星车
Credits: NASA/JPL-Caltech
NASA的双胞胎火星车“勇气号”和“机遇号”于2003年发射，旨在寻找火星上是否有水存在或曾经是否有水存在。这两个火星车最初预计的工作寿命只有三个月，但实际上它们的运行时间却远远超过了最初预期，坚持数年在火星上收集数据。2010年3月22日，勇气号传回最后一个信号，自此停止了工作。 2019年6月14日，NASA宣布“机遇号”探测器退役。
“勇气号”和“机遇号”任务是证明火星表面曾经存在液态水的第一个任务，液态水是生命的关键成分。这两个火星车的发现塑造了我们对火星地质和过去环境的理解，重要的是表明火星的古代环境可能曾经适合生命的存在。
开普勒望太空望远镜（Kepler）K2任务
Credits: NASA
NASA的第一个行星猎取任务，开普勒太空望远镜任务，为我们在太阳系及太阳系之外的宇宙空间寻找生命铺平了道路。开普勒太空望远镜任务的一个重要部分是在遥远的恒星周围发现了地球大小的行星。
经过9年的深空探测，开普勒太空望远镜收集的数据表明宇宙中可能隐藏着数十亿颗行星，甚至可能比恒星的数量还多。NASA于2018年10月30日宣布，开普勒终于结束了它的任务，正式退役。它发现了2600多颗系外行星，其中许多行星有可能存在生命。
斯皮策太空望远镜（Spitzer）
Credits: NASA
斯皮策太空望远镜于2003年发射升空，在红外光下研究宇宙已经超过16年，渐渐发展为研究系外行星的重要工具。斯皮策标志着行星科学进入了一个新时代，它是第一批直接观测太阳系外行星光线的望远镜。这使得科学家们能够研究系外行星大气层的组成，甚至这些行星上的天气。
斯皮策的红外仪器使科学家得以窥视光学望远镜无法探测到的宇宙空间，包括充满尘埃的“恒星苗圃”、星系的中心和新形成的行星系统。斯皮策的红外线眼睛还使天文学家得以看到太空中较冷的天体，如褐矮星（褐矮星被称为“失败的恒星”，由于质量不足无法成为燃烧的恒星，但其质量仍远大于太阳系最大的行星木星）、系外行星、巨大的分子云，以及可能掌握其他行星上生命秘密的有机分子。斯皮策太空望远镜任务于2020年1月结束。
当前任务
哈勃空间望远镜（Hubble）
Credit: NASA
自从1990年发射以来，哈勃空间望远镜对天体生物学做出了巨大贡献。天文学家利用哈勃望远镜首次测量了系外行星的大气成分，正努力识别系外行星大气中的成分，如钠、氢和水蒸汽。通过对年轻恒星周围的尘埃和“碎片”圆盘的研究，哈勃望远镜也为行星的形成提供了线索。
哈勃望远镜的贡献并非全都涉及系外行星，它还被用来研究太阳系内的天体，包括小行星、彗星、行星和卫星，例如木卫二和木卫三。哈勃望远镜为太阳系及太阳系外存在生命的潜力提供了宝贵的洞察力。
火星大气与挥发物演化任务轨道飞行器（MAVEN）
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center
NASA火星大气与挥发物演化任务于2013年11月发射，并从2014年9月起围绕火星运行。自那时起，该任务为了解火星大气和气候的历史做出了根本性贡献。
天体生物学家正在利用这些大气数据更好地了解火星上的水是何时消失以及如何消失的，并确定火星历史上最有可能在行星表面存在宜居环境的时期。
火星奥德赛号（2001 Mars Odyssey）
Credit: NASA
火星奥德赛号于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。二十年来，它帮助定位冰层、评估着陆点，并研究火星的神秘卫星。
奥德赛号绘制了关于火星的第一张全球地图，显示构成火星表面的许多化学元素和矿物的数量和分布情况，帮助天体生物学家确定火星环境的演变及其存在生命的可能性。
火星勘测轨道飞行器（MRO）
Credits: NASA
NASA的火星勘测轨道飞行器正在寻找水在火星表面长期存在的证据。虽然根据其他火星任务显示，火星历史上，其表面曾经存在流动的液态水，但液态水是否曾经存在足够长的时间以为生命提供宜居环境，却依然是个谜。
来自火星勘测轨道飞行器的数据对于天体生物学家研究火星历史上以及当前的潜在宜居环境至关重要。此外，这些研究对建立火星的气候模型也非常重要，并可用于比较行星学（comparative planetology）研究，以了解环绕遥远恒星的系外行星上的宜居性。
好奇号（Curiosity）火星车
NASA/JPL-Caltech/MSSS
好奇号火星车正在研究火星历史上是否曾经拥有足以支持微生物存活的宜居环境。换句话说，其任务旨在通过研究火星的气候和地质特征，来确定火星是否具备生命所必需的所有成分，如水、碳和能量来源。
自好奇号于2012年登陆火星以来，已经过去了近9年。在这期间，这位“机器人地质学家”源源不断地向科学家们提供着它的新发现。 好奇号提供的证据表明，三十多亿年前盖尔陨石坑中曾经充满淡水湖泊。火星上的湖泊和地下水持续存在了数百万年，并含有生命所必需的所有关键元素，表明火星曾经曾经是宜居的。
凌日系外行星勘测卫星（TESS）任务
Credits: NASA
凌日系外行星勘测卫星任务是寻找太阳系外行星（包括那些可能支持生命存在的行星）的下一步。凌日系外行星勘测卫星于2018年发射，是世界上第一个全天域普查太阳系外行星的天文卫星，计划巡视20万颗太阳附近最明亮的恒星，并为成千上万颗系外行星编目。
截至目前，凌日系外行星勘测卫星已经发现了120多颗已确认的系外行星和2600多颗待确认候选行星。该“行星猎人”将继续寻找新的系外行星目标，并且NASA即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜将对这些系外行星进行进一步详细研究。
毅力号火星探测器（Perseverance Mars Rover ）
Credits: NASA/JPL-Caltech
NASA最新的“机器人天体生物学家”毅力号火星探测器于2021年2月18日成功降落在火星表面上，开启了火星探索的新时代。毅力号将搜索古代微生物生命的迹象，这将进一步推进NASA关于火星过去宜居性的探索。
这次任务真正的与众不同之处在于，毅力号探测器配有一个钻机用来钻取火星岩石和土壤的岩芯样品，这些样品将被储存在密封管中，供未来的火星样本返回任务提取，并运回地球进行详细分析。
即将到来的任务
詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope ）
Credits: NASA
詹姆斯·韦伯太空望远镜预计将于2021年年底发射，届时它将成为未来十年间的主要空间科学天文台。韦伯望远镜是一台大型红外望远镜，具有6.5米的主镜。
韦伯望远镜的观测结果将被用来研究宇宙历史的每一个阶段，包括太阳系的行星和卫星，以及有可能在类地外行星上支持生命的遥远太阳系的形成。韦伯望远镜还将能够对围绕其他恒星运行的行星的大气层进行详细观测，以寻找太阳系以外的类地行星上生命的构成要素。
欧罗巴快船（Europa Clipper）任务
Credits: NASA
木卫二欧罗巴可能具有孕育生命的潜力，根据有力证据显示，木卫二冰壳下存在液态水海洋。欧罗巴快船任务将对木卫二进行详细侦察，并调查这颗冰冷的卫星及其内部海洋是否具备适宜生命存在的条件。任务预计于2024年发射，届时将有一艘航天器被发射到木卫二并在卫星轨道上停留数年，以便木卫二进行详细调查。
虽然欧罗巴快船任务将调查木卫二及其内部海洋是否具备适宜生命存在的条件，但实际上它并不是一个生命探测任务。了解木卫二的宜居性将有助于科学家更好地了解地球上的生命如何演化发展，以及在地球之外发现生命的可能性。
飞往泰坦的蜻蜓（Dragonfly）任务
Credits: NASA/JHU-APL
蜻蜓任务将派旋翼飞机飞往土卫六泰坦，土卫六是土星最大的卫星，含有丰富的有机物质。蜻蜓任务计划于2027年发射，于2034年抵达，并将对土卫六周围有希望的地点进行取样和调查，进一步推进NASA关于构成生命的基本要素的探索。
这项革命性的任务将探索不同的地点，寻找土卫六和地球上常见的生物起源前的化学过程。
土卫六是早期地球的类似天体，可以提供关于生命如何在地球上出现的线索。
南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）
Credits: NASA
罗曼空间望远镜预计将于21世纪20年代中期发射，其可成像的太空区域比哈勃空间望远镜大200倍，能够以更少的观测时间捕捉到更多的太空。 除了突破性的天体物理学和宇宙学之外，罗曼空间望远镜上的主要仪器：宽视场仪器（Wide Field Instrument），还拥有丰富的系外行星科学功能。该设备将对银河系内部进行微透镜观测，预计观测识别超过100,000颗凌星系外行星。
望远镜还将配备了“星镜”：技术演示日冕仪，可以阻挡来自恒星的强光，使天文学家能够直接对围绕恒星运行的巨型行星进行成像。该日冕仪将为未来对附近恒星宜居带中较小的岩石行星进行成像和定性的任务所需的技术提供首次空间演示。此外，该日冕仪将进行观测，助力发现太阳系以外的新行星，并进一步推进关于有宜居可能性的太阳系外行星的研究。
欲了解关于NASA天体生物学任务的更多信息请戳阅：
https://astrobiology.nasa.gov/
来源：
https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-search-for-life-astrobiology-in-the-solar-system-and-beyond