火星生命：探索與證據(jù)

劉安立

當(dāng)我們想象外星生命可能潛藏于哪些地方時(shí)，首先想到的應(yīng)該就是火星了。幾百年來，地球人仰望火星，以為那里也有人居住。過去50多年來，多個(gè)火星任務(wù)試圖探明火星生命的演化可能性。然而，火星上真的有生命嗎？

可居環(huán)境

在搜尋生命方面，許多天體生物學(xué)家認(rèn)為水是關(guān)鍵。地球上所有形式的生命都離不開水。雖然生命的演化有可能不需要水，但在有水的地方尋找生命總比在沒有水的地方容易。

這就必然帶來火星水這個(gè)問題。今天的火星表面干燥而荒蕪，大部分火星水鎖定在火星極地冰蓋中?；鹦谴髿鈱臃浅Ｏ”?，太陽輻射直達(dá)火星地表，從而增大了生命在火星地表生存的難度。火星水的證據(jù)首先出現(xiàn)于2000年。當(dāng)時(shí)，美國(guó)宇航局“火星全球勘測(cè)者”飛船發(fā)現(xiàn)了火星地表疑似由流水形成的溝壑。

一些科學(xué)家相信，火星并非一直都是荒原。遠(yuǎn)古火星有河流和溪流，還有巨大的海洋。雖然火星水后來大量流失到太空，但早期濕潤(rùn)火星的環(huán)境條件有可能適合生命演化。有一種觀點(diǎn)是，一座遠(yuǎn)古海洋有可能覆蓋火星表面積的19%。與之相比，地球的大西洋覆蓋地表的17%。正由于火星過去可能存在大量水，因此有科學(xué)家推測(cè)火星保持濕潤(rùn)的時(shí)間比之前預(yù)計(jì)的要長(zhǎng)一些，火星可居住的時(shí)間自然也要長(zhǎng)一些。

疑似由流水沖刷出來的火星溝壑。

還有一種可能性，就是今天火星表面或地下可能有液態(tài)水流動(dòng)?；鹦潜砻娴募竟?jié)性斜坡紋線是源自流水還是流沙？科學(xué)家對(duì)此一直有爭(zhēng)議。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天體生物學(xué)中心在一份聲明中說，雖然一些人相信季節(jié)性斜坡紋線可能是流水的跡象，但它們實(shí)際上與流沙更匹配。這種對(duì)季節(jié)性斜坡紋線的新理解，與顯示今天火星很干燥的其他證據(jù)吻合。

火星隕石84001中的疑似化石結(jié)構(gòu)

地下水對(duì)火星生命來說可能更友好。地下水能讓潛在的火星生命避開火星地表的強(qiáng)輻射?；魻柼氐瓤茖W(xué)家指出，已有證據(jù)表明火星存在一個(gè)與蘇必略湖面積相當(dāng)?shù)谋鶎?，該冰層比大多?shù)火星水冰都更容易探測(cè)，因?yàn)樗挥谝粋€(gè)相對(duì)低緯度的平滑區(qū)域，飛船在這里登陸比在其他含冰區(qū)域容易。

微型飛碟

過去40億年來，有一些火星來客造訪地球。地球一直被來自火星表面的巖石轟擊。在地球上能得到的太陽系天體樣本提供者不多，而火星是其中之一。在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的34塊火星隕石（科學(xué)家戲稱它們是微型飛碟）中，科學(xué)家認(rèn)為有3塊可能攜帶了遠(yuǎn)古火星生命的證據(jù)。火星隕石84001中的疑似化石結(jié)構(gòu)。

1996年，一塊發(fā)現(xiàn)于南極洲的隕石——AIH 84001（簡(jiǎn)稱84001）成為頭條新聞?？茖W(xué)家當(dāng)時(shí)宣布，它可能包含火星生命的證據(jù)。84001包含著像是細(xì)菌化石的結(jié)構(gòu)。后續(xù)測(cè)試表明84001包含有機(jī)物，但有關(guān)這些有機(jī)物是不是由生物學(xué)過程產(chǎn)生的爭(zhēng)論直到2012年才終結(jié)。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家確定這些有機(jī)物的形成并沒有生命參與?？茖W(xué)家的結(jié)論是，火星在長(zhǎng)時(shí)間里曾有過有機(jī)碳化學(xué)過程，但84001包含的有機(jī)分子并非源于生物過程，而是源于火山機(jī)制。另一方面，盡管這些分子形成于非生物過程，它們的有機(jī)特性對(duì)于尋找生命來說具有正面意義。在地球上有機(jī)化學(xué)過程形成了生命，在火星上自然也有這樣的可能。

在降落于埃及的一塊火星隕石——“那喀拉”上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了像是納米菌化石的結(jié)構(gòu)。他們確定，這塊隕石上多達(dá)3/4的有機(jī)材料都不是源自地球有機(jī)材料污染。對(duì)這些球形結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步檢驗(yàn)表明，它們很可能源自非生物過程。

另一塊火星隕石——“休格地”也包含疑似生物膜殘跡和微生物菌落的結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家1999年在一份聲明中說，生物膜提供了古地球細(xì)菌菌落的主要證據(jù)。但科學(xué)家也指出，要想查明“休格地”隕石中是否包含火星生命證據(jù)，首先得查明隕石中的疑似生物結(jié)構(gòu)是不是真的化石。不過，這方面研究似乎不見下文。

所有這些隕石，提供了似是而非卻又誘人的火星生命證據(jù)。要想確定潛在火星生命的演化歷程，對(duì)火星地表和地下情況的新探測(cè)看來更靠譜。

尋找生命

對(duì)火星的首批近觀照片是由美國(guó)宇航局“水手4”飛船拍攝的。接著，美國(guó)宇航局“海盜”軌道器也近觀了火星。這兩艘飛行器記錄的火星表面場(chǎng)景，顯示火星地表很干燥，但也有暫時(shí)性地貌。疑似溝壑、海底、侵蝕的地貌和巨大的火星極地冰蓋，讓一些科學(xué)家相信火星曾經(jīng)有過生命。當(dāng)美國(guó)宇航局的第一艘登陸器一“海盜”登陸器（由“海盜”軌道器釋放）降落在火星表面后，其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的之一是搜尋生命跡象。雖然“海盜”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定，卻為其他探測(cè)器進(jìn)入火星環(huán)境鋪平了道路。

此后，火星探測(cè)暫停了20多年。當(dāng)火星探索重啟后，科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了搜尋火星可居住條件，尤其是火星水，而不是搜尋火星生命。一系列火星車、軌道器和登陸器的探測(cè)表明，火星地表下可能存在溫泉（它們能支持生命演化），火星表面偶爾有降水。雖然美國(guó)宇航局“好奇”火星車的任務(wù)并不是尋找生命，但科學(xué)家希望它能定位可讓未來訪客探索、檢驗(yàn)火星水和火星生命證據(jù)的地點(diǎn)。

未來火星任務(wù)可能包括火星取樣，即把火星地殼樣本送回地球研究。在地球上遙控火星表面探測(cè)器，能進(jìn)行更多實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)比研究地球上的火星隕石直接得多，因而也準(zhǔn)確得多。

美國(guó)宇航局計(jì)劃2020年發(fā)射“火星2020”飛船，它有可能把火星樣本送回地球。但這項(xiàng)任務(wù)預(yù)算成本大，目前仍有諸多未知數(shù)，計(jì)劃能否付諸實(shí)施依然不確定。宇航局內(nèi)部一些科學(xué)家正在游說該局上層，希望把火星取樣任務(wù)放在優(yōu)先位置。

“海盜”在火星上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

但是，對(duì)火星生命的搜尋可能會(huì)因?yàn)閷?duì)如何防止地球生物污染火星的擔(dān)憂而受阻。目前的國(guó)際政策對(duì)此增加了嚴(yán)重的金融負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致探索火星的潛在可居住區(qū)域又多了一大挑戰(zhàn)。要讓一艘完全潔凈的飛船在火星上一個(gè)特定區(qū)域?qū)嵉厮褜ど?，其成本至少達(dá)5億美元。為了降低成本，一些科學(xué)家呼吁無需對(duì)火星采取過分嚴(yán)格的保護(hù)舉措。他們指出，花那么多錢，完全可以資助一種類似于美國(guó)宇航局“探路者”和“洞察”任務(wù)那樣的火星發(fā)現(xiàn)之旅任務(wù)，同時(shí)又能附加另一次低成本火星探索任務(wù)，這樣一舉兩得不是更好嗎？

火星后代

火星與地球之間的材料交換（例如火星隕石降落地球）激起了一場(chǎng)爭(zhēng)議：地球生命污染火星，或者火星生命污染地球，是否在生命歷史之初就發(fā)生過？一些科學(xué)家相信，地球隕石也曾到達(dá)過火星。此外還有一個(gè)爭(zhēng)議：微生物是否足夠堅(jiān)韌，能夠挺過冰冷、無空氣還充滿輻射的漫長(zhǎng)太空旅途，到達(dá)新家園？

如此“種子論”并非限于地球與火星之間的交互。一些科學(xué)家甚至提出，來自于太陽系外的殘骸有可能播種了地球上最早的生命。說到火星，科學(xué)家有可能某一天會(huì)找到火星生命，說不定火星生命與地球生命是親戚。如果是這樣的話，那么究竟是誰催生了我們，還是我們催生了誰？眼下科學(xué)家還無法回答這樣的問題，但這樣的問題也不像有些人以為的那樣不著邊際。

星球間的生命傳播（示意圖）。

火星富鐵礦物可能包含生命材料

科學(xué)家2018年8月宣布，英格蘭南部一條小溪可能指引他們找尋火星遠(yuǎn)古生命證據(jù)，這種證據(jù)以脂肪酸形式保存在一種叫作針鐵礦的富鐵礦物中。

科學(xué)家前往位于英國(guó)南部海岸的多塞特郡，從流往圣奧斯瓦爾德灣的一條酸性溪流取樣。這條pH值為3.5的小溪，被認(rèn)為與30億年前火星上的流水酸性相同。早在白堊紀(jì)，這條溪流就流經(jīng)砂巖床。在這一遙遠(yuǎn)時(shí)期，森林大火把焦炭沉積到沙中。細(xì)菌能夠依靠焦炭生存，使用硫酸鹽降解焦炭，產(chǎn)生一種硫化鐵礦物質(zhì)——黃鐵礦。今天，溪水氧化黃鐵礦產(chǎn)生的硫酸賦予溪水3.5的pH值。與此同時(shí)，另一類鐵硫酸鹽沉降到小溪底，其中包括一種叫黃鉀鐵礬的礦物質(zhì)。

黃鉀鐵磯很擅長(zhǎng)捕捉有機(jī)物，尤其是酸，而生命產(chǎn)生的一種常見有機(jī)化合物就是酸。隨著時(shí)間推移，水把黃鉀鐵礬轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N礦物質(zhì)——針鐵礦。在火星表面那樣的干燥環(huán)境中，針鐵礦脫水成另一種富鐵礦物——赤鐵礦。正是赤鐵礦賦予了火星表面的鐵銹紅色。黃鉀鐵礬、針鐵礦和赤鐵礦都已被發(fā)現(xiàn)在火星上大量存在。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多塞特溪流中針鐵礦包含大量完好保存的脂肪酸。基于這些脂肪酸的豐度，并且假定遠(yuǎn)古火星的單位體積內(nèi)生物量與多塞特溪流的相當(dāng)，科學(xué)家估計(jì)火星的富鐵巖石里至少鎖閉著286億千克的脂肪酸。如果在火星上發(fā)現(xiàn)由碳原子長(zhǎng)鏈構(gòu)成的脂肪酸，其意義將是非凡的，因?yàn)檫@些脂肪酸是明確的生物指針?？茖W(xué)家解釋說，如果把碳原予以非生物學(xué)方式扔到一堆，那么可能有5萬種不同的同分異構(gòu)體，其中包括18碳原子鏈。而18碳原子鏈幾乎能肯定是由生物學(xué)過程產(chǎn)生的。

其中的關(guān)鍵是找到可能存在的火星脂肪酸。美國(guó)宇航局“勇氣”火星車上的火星取樣分析儀器組通過烘烤火星塵埃和巖石樣本以蒸發(fā)有機(jī)分子，讓車載的氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀更容易探察到有機(jī)分子。火星取樣分析儀器組還搭載了9只密封的“濕化學(xué)”杯，其中每只都裝有一種混合化學(xué)液。當(dāng)樣本與這些化合物混合并且加熱到900℃時(shí)，化合物會(huì)把任何可能存在的有機(jī)分子轉(zhuǎn)變?yōu)楦菀讚]發(fā)的產(chǎn)物，讓氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀更容易檢驗(yàn)。其中兩只杯子里裝的是羥化四甲銨和甲醇，運(yùn)用它們可探測(cè)到脂肪酸。不過，這兩只杯子迄今尚未被用過?！坝職狻比蝿?wù)團(tuán)i隊(duì)表示，“勇氣”火星車的取樣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)至今只毖試過兩次，但該團(tuán)隊(duì)正在考慮實(shí)驗(yàn)完9只杯子，其中包括對(duì)火星表面維拉·魯賓橋地帶附近的富含黏土層取樣檢測(cè)。

雖然有科學(xué)家提醒說火星有機(jī)分子的來源仍不確定，但火星有機(jī)分子的存在依然昭示遠(yuǎn)古火星生命可能存在。有科學(xué)家指出，除了富含黏土的材料，也應(yīng)該檢測(cè)富鐵礦物——針鐵礦。美國(guó)宇航局火星登陸器“鳳凰”2008年發(fā)現(xiàn)，火星表面覆蓋著某些在被加熱時(shí)會(huì)釋放氧的礦物質(zhì)，這些氧與有機(jī)化合物反應(yīng)會(huì)摧毀有機(jī)化合物。黃鉀鐵礬是這些礦物質(zhì)中之一，而針鐵礦不是。這就意味著，如果遠(yuǎn)古火星生命留下的脂肪酸被包裹在轉(zhuǎn)變?yōu)獒樿F礦的黃鉀鐵礬里，那么這些脂肪酸今天應(yīng)該依然能被探察到。

要想探察這樣的脂肪酸，正確取樣最關(guān)鍵。儀器再好，技術(shù)再好，如果取樣錯(cuò)誤，就探察不到脂肪酸。在多塞特溪流的工作，就是嘗試提供有助于在火星取樣所需的信息。在多塞特溪流的發(fā)現(xiàn)也表明，前往智利阿塔卡馬沙漠、南極洲或西班牙力拓河流域取樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，還不見得能發(fā)現(xiàn)與火星類似的條件。而科學(xué)家這回研究的多塞特小溪雖然寬度才1米，但卻是理想的取樣地點(diǎn)。

科學(xué)家說，多塞特小溪邊緣的pH值為中性，而溪流中心為強(qiáng)酸性，這為他們追蹤這些條件的開始和消失提供了絕佳機(jī)會(huì)。如果能詳細(xì)了解溪流中的化學(xué)過程，那么這些微型類比地點(diǎn)就能揭示大規(guī)模類比地點(diǎn)的情況。

未來幾年里，“勇氣”火星車將與“火星2020'火星車和歐洲一俄羅斯聯(lián)合的“外火星”火星車聯(lián)手。后兩者的車載實(shí)驗(yàn)室將可能探察到火星上脂肪酸或其他化合物的存在，而這些化合物可能證明火星曾經(jīng)可居住?？茖W(xué)家說，火星充滿驚奇，我們永遠(yuǎn)不可能知道接下來火星將帶給我們什么樣的驚喜。

火星參數(shù)

平均半徑 3389.5±0.2千米

表面積 地球表面積的0.284倍

體積 地球體積的0.151倍

質(zhì)量 地球質(zhì)量的0.107倍

表面溫度 最低為-143℃，最高為35℃，

平均為-63℃

大氣組成 二氧化碳占95.97%，氬占1.93%，氮占1.89%，氧占0.146%，一氧化碳占0.05575%

火星與地球平均距離 2.25億千米

地球飛火星要多長(zhǎng)時(shí)間 迄今為止飛得最快的是美國(guó)宇航局“水手7”飛船，它從地球到火星只飛了128天。