• 作者／前NASA太空任務科學家 李傑信

以目前人類擁有的火星知識推測，如果火星曾經有過生命，種類可能與地球最古老的生命接近。

什麼是地球最古老的生命呢？我們幾乎可以想像地球生命起源時的環境：無氧、地表熾熱、火山活動頻繁、甲烷廣布、硫磺濃湯漫流。如果生命在這種條件下起源，那最古老的細菌，也就是人類和所有地球生物的老祖宗，必得有耐高溫、厭氧、喜硫磺和甲烷等的古怪個性。

人類對地球生命的認識和分類，經過好幾個重要階段。18 世紀時，人類把生命分成動物和植物兩大類。這種分類法顯然過於粗糙，有些擁有葉綠體的單細胞生物，能蠕動或用鞭毛游動，它們究竟是動物還是植物？而真菌類一向被歸入植物類，但它卻無葉綠素。於是有一陣子，地球生命就被分成動物、植物、原生生物三大類。直到 20 世紀初，細菌分類學有了長足的發展，才將有核細胞生物（真核生物，包括動物、植物、真菌、原生生物）和無核細胞生物（原核生物）的細菌分開。

細菌雖然一般以形狀分類，如桿菌、球菌和螺旋菌等，但這種分類無法建立起它們之間的親緣關係，在當代是一件頭痛而無法解決的問題。一直到 20 世紀 60 年代，基因工程技術出籠，生物物理學家渥易斯(Carl Woese, 1928～2012)認為，核糖體核糖核酸（ribosomal ribonucleic acid, rRNA）排列順序保存了久遠的生物演化紀錄，並且這種排列順序變化緩慢，容易追尋親緣關係。他以這種排列順序為準，決定出各類細菌間的親疏遠近，發現總稱的細菌中含兩類截然不同的細菌，他分別命名為細菌和古菌兩大類。加上動物、植物、真菌、眼蟲、微孢蟲等所屬的真核生物，終於完成目前完整的生物三界說的生命親緣樹（universal phylogenic tree，圖9-1）。

渥易斯在 1977 年底發表的古菌域發現，是一項劃時代的成就。當作者第一次看到古菌所涵蓋的各類細菌時，的確被震撼了一下。古菌類皆厭氧，含甲烷嗜熱菌（methanothermus）、甲烷球菌（methanococcus）、嗜熱纖維菌 （thermofilum）、熱網菌（pyrodictium）、硫還原球菌（desulfurococcus）、硫球菌（sulfolobus）等，幾乎就是想像中伊甸園裡該有的生命。另外，生命樹根的所在，雖然還沒有完全確定，一般認為應在古菌樹幹的下面。

地球最原始的生命似乎是厭氧嗜熱菌，生活在攝氏 90 度以上的環境，使用硫、氫、二氧化碳等地質化學能量生長繁殖。如果溫度低於攝氏 80 度，則生長停止。所以，地球所有生物的祖宗，應是依賴化學合成能量、居住在熱泉裡的古菌。生命一旦開始，就能適應外界逐漸變化的環境。環境如果變得實在無法忍受，有的古菌就停止一切生命機能，進入亙古冬眠，等待佳機復甦。1992 年，美國國家研究委員會（National Research Council, NRC）報告，一個嗜鹽古菌（halophiles）冬眠 2 億年，經實驗室培養後，恢復生命活力^[註1]。南柯一夢數億年，生命頑強力可見端倪。

古菌域的發現，使人類對生命的看法煥然一新。生命原來可以適應那麼多種極端的自然環境，只要給予一線生機，生命就能蓬勃發展。我們對生命重新樹立起了更崇高的敬意。

地球古菌類的發現，照亮了人類探測火星生命的道路。地球古菌類的生活習性，能告訴人類它們起源時的生命環境。那種環境可能與火星 35億～38 億年前時相差不遠。火星那時也有水、火山活動及熱泉，地球能發展出生命，為什麼火星不能？

註解

• 註 1：“Biological Contamination of Mars,” National Research Council, National Academy Press, Washington, 1992.

——本文摘自《穿越4.7億公里的拜訪：追尋跟著水走的火星生命》，2021 年 7 月，三民。

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對於年輕人來說，我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生，因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈，大家又有沒有想過我們如何找出來？

這些未爆炸的軍備，我們稱之為 Unexploded Ordnance（簡稱 UXO），有可能是水雷，有可能是深水炸彈，也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品，受到多年來沉積（即水流在流速減慢時，所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來）的影響，令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計，單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

你也許會問，既然都已經埋藏了，何況我們仍然要處理他們？這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統，假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外，或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷，後果可真是不堪設想。因此，最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行，或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針：用磁場把 UXO 吸出來！

要找到這些 UXO，最容易的方法便是使用金屬探測的方法，但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的，我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行（這大大增加了磨損探測器的風險），因此我們會選擇較間接的方法：磁強計（Magnetometer）。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的，而鐵是對磁非常敏感的，因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作，我們會以兩個磁強計為一組去作探測，令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子：

在圖 1 裡，假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置，上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線，下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見，當若果沒有任何金屬物件存在的話，兩個磁強計量度的數是相近的，亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近，我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值，燈色線代表右方，由於磁場強度會隨著距離而減少，因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線，亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小，但為了確保其真實性，我們亦會在附近再次航行，假如也有磁場變異，這便是一個不會移動的金屬物品（撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性）。

排除法：用側掃聲納窺探看不見的海底！

正如上文提要，磁場變異所告訴我們的，只是金屬物品的位置，但它亦有可能不是炸彈，也有可能不是埋在海床下，因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納（Side Scan Sonar） ，透過聲波反射的原理，我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的，聲波傳送及接收的時間是一樣的，因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上，聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子：

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面，中間白色的部份是船的航道，亦是側掃聲納的盲點，而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射，讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾，如車胎、單車等，而在上圖的左上方，我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論，在圖左上方的物件有機會不是死物，而是一種未知海洋生物，因此我們也會進行多次的側掃聲納，如果在同一位置並不能再看到它，那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件，這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方，我們也會透過黑影分析其大小是否吻合，並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外，在看側掃聲納，我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕，因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方，有機會是漁船拖網的地點，也有機會是大船拋錨起錨的地方，而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO，產生危機。因此，這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按：假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西，如沉船、飛機等，可以到這裡觀看。

萬無一失：Mission Completed !

當然，在取得數據時，我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子，我們要確保磁強計遠離測量船，以免船上的儀器影響了磁強計。因此，我們並不會把磁強計綁在船底，而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外，我們也要確保測量船要以均速航行，以確保所有數據都是一致的。最後，我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤，否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後，我們便會製作磁梯度圖（Magnetic Gradient Map），把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來，正如圖 3，再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識，加上該海岸的戰爭歷史，對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO，單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命，因此這個科學命題可真是不容忽視！

延伸閱讀：

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參考資料：

1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

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