火星上沒有生命

達道安+楊亞天

生物學對生命的定義是，由核酸和蛋白質等物質組成的多分子生物體系。該體系帶有生命密碼信息并具有自我執行生命密碼的能力。它可以不斷自我更新、繁衍后代并進化。生命體系與一般的物理系統不同，其自組織過程按照生命密碼（DNA）設定的方向進行，利用物質產生能量運動，整個過程朝著熵減小的方向變化，具有局部的可逆性。

生命雖然千差萬別，卻具有共同的組成成分，主要有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣等元素。生命的基本單位是細胞，細胞內的各結構單元（細胞器） 都有特定的結構和功能。在細胞這一層次之上還有組織、器官、系統、個體、種群、群落，每個層次都有各自特定的功能和結構。它們的協調活動構成了復雜的生命系統。各種生物編制基因程序的遺傳密碼是統一的，都遵循DNA →RNA →蛋白質的中心法則。

DNA 是一個長有機分子，它能夠以雙重二進制的形式存儲各種生物生長所必需的信息。通過一組精確的DNA 結構，我們可以精確地復制一個有機體。R N A 扮演著信息傳遞者的角色，把生命信息的片段從DNA 傳到其他部位。氨基酸能建構或合成蛋白質。

在地球上，動物、植物、微生物及其生存環境組成了一個有機的生態系統。生命從周圍環境中產生，并從周圍環境中獲取生存所需物質，再將剩余物質排泄出來。這些排泄物又和生態環境的其他成員相互作用，形成新的循環。該系統的生命體能夠穩定地從外界獲取物質和能量，并將體內產生的廢物和多余的熱量排放出去。

生命的誕生、生存、繁衍、競存、進化，與它所在星球的物理、化學及生命學特性密切相關，比如，其表面的熱環境、大氣壓、大氣組成、液態水分布、陽光輻射強度以及大氣逃逸速度等。

生命過程只能在適宜的大氣環境中完成循環。大氣壓強過高或過低、缺乏合成生命體必需的成分、輻射過強、氧原子濃度過低，生命體都不可能產生；即使偶爾產生，也不可能持續生存下去。因而，擁有適宜生命生存的大氣環境，是一個行星存在生命的必要條件。

合適的大氣壓力及恒星照在行星表面的輻射能量強度，可使行星表面的溫度保持在允許大量液態水存在的范圍，大氣成分能夠保證充分地進行以碳、氫、氧、氮為基礎的化學反應。行星的重力加速度必須在地球的0.4 倍至2.4 倍，才能保證自身擁有適宜生命存在的大氣壓。

月球表面處于極高真空狀態，大氣壓力為1 0-1 0帕，夜間平均溫度為-1 7 3℃，而白天平均溫度為1 2 7℃，無液態水，磁場很弱，太陽風可以直接吹到月球表面，輻射強度大，生命體無法生存。

火星表面平均大氣壓力為7 0 0帕， 約為地球大氣壓力的7‰；表面的平均溫度為-5 8℃，在某些區域，夏季夜間溫度為-9 3℃，白天中午為1 7℃，冬季兩極的溫度可降至-1 2 3℃；表面無液態水但有固態水冰，無雷雨，沙塵暴多。由于缺少厚的大氣層以及磁場的保護，火星表面直接暴露在太陽紫外線和其他宇宙射線照射下，輻射強度比地球大，不適于生命生存。

生命如何產生

1 9 5 3年，美國生物化學家斯特納·米勒把氨、氧和甲烷混合后裝在一個含有水汽的容器中，用人工放電模擬自然界的雷電，在容器中放電。在這個過程中，容器里出現了氨基酸分子，這是構成蛋白質的基本單元，是所有生命有機體的共同成分。美國科學家西德尼·福克斯指出，在適當條件下，氨基酸會連接在一起構成類似蛋白質的分子——類蛋白質。它可以聚集為類似細胞的球體，這種球體具有生長和發生化學反應的能力。

不過，他們都沒能在實驗室中創造出生命，只是證明了生命有從與上述實驗類似的反應過程中產生的可能性。但是，自然的壽命那么長，它可以持續地進行無數次實驗，最小概率的事件也可能在無數次實驗中發生。所以生命有機體魔術般地出現，也沒什么不可能。巨大生命體系存在需要一些必要條件，比如，滿足生命體系統運動時呼吸的足夠大的大氣總質量，能生成生命體系統（蛋白質）的環境條件和足夠的化學元素，保證行星大氣有適當的總質量、組成成分及逃逸壽命的適當的重力加速度，保證生命體能夠長期繁衍的行星表面大氣溫度、液態水、輻射強度、臭氧環境等。

研究火星表面大氣環境下生命體存在的可能性，需要分析火星表面生命體的生成、生存、繁衍、進化等的環境適存性。

火星大氣環境不支持生命產生

火星表面具有稀薄的大氣， 大氣壓力從盆地底部的1 4 0 0帕到最高火山頂部的3 0 0帕，平均約為7 0 0帕。火星大氣中構成生命要素的元素總量很小。地球大氣總質量為5. 2 6×1 01 8千克，其中氧氣、氮氣、二氧化碳的總質量分別為1.1×1 01 8千克、4.1×1 01 8千克、1.7×1 01 5千克。火星大氣總質量為2 . 9×1 01 6千克。其中氧氣、氮氣、二氧化碳的總質量分別為3.8×1 01 3千克、7.8×1 01 4千克、2.8×1 01 6千克。除二氧化碳的總質量是地球的1 6.5倍外，氧氣、氮氣的總質量均是地球的幾萬分之一，不具備維持大型生態體系存在的大氣環境。氮氣和氧氣是構成生命體的要素，火星氮氣的濃度約為地球大氣的1/2 9，氧氣的濃度僅為地球大氣的1/1 6 1。濃度越低，發生元素間化學、物理及生命反應的幾率越小，不容易生成氨基酸，也不能支持生命體的新陳代謝過程。

火星大氣中的水汽含量僅為2 1 0毫克/ 千克，很難達到飽和狀態，因而無雨、無雷電，某些高能密度下才能進行的生化反應無法進行。火星表面有過液態水，但在低氣壓狀態下，液態水易蒸發，易形成飽和蒸汽，易凝結。它們晚上因低溫而凝結成露，在白天便大量蒸發，因火星引力不夠，這些水蒸氣大量逃離火星。

火星表面水汽的逃逸壽命為6.5×1 07年，遠小于火星的年齡（約4.5×109年）。即使火星初期有豐富的液態水，現在的存量也微乎其微。火星大氣層中水的體積濃度很低，約為2 1 0毫克/ 升，而地球大氣層中水汽所占的比例為1 0- 3至1 0- 1。火星大氣中水汽的總質量為6.1×1 01 2千克，小于地球大氣中水汽的平均含量1. 3×1 01 6千克。endprint

火星大氣的主要成分氮氣和氧氣在最高的溫度環境下的逃逸半壽命分別為5×1 01 2年和3.3×1 02 0年，遠大于火星的年齡。由于二氧化碳和氬氣的分子量大于氮氣和氧氣，它們的逃逸半壽命更長，說明火星的稀薄大氣是最初形成的，在此后的演變過程中也未能補充足夠的大氣。火星或許從未具備過生命體適存的大氣環境。

2 0 1 4年4月1 4日，EdwinKite 在《自然地球科學》的網絡上發表了一篇論文，認為火星上存在尺寸較大的隕石坑是火星不存在濃密大氣層的證據。

在火星赤道附近8 4 0 0 0平方千米的范圍內，有3 0 0多個隕石坑，其中1 0%的直徑為5 0米，1 0%的直徑等于或小于2 1米。如果火星曾有密集的大氣，小型天體在穿越大氣層時必定會被分解，就像它們穿越地球大氣層時經歷的一樣，不會被大部分完整無損地保留下來并留下較大的隕石坑。

由于火星沒有濃厚的大氣層和巨量液態水組成的海洋調節溫度，火星表面晝夜溫差大，冬季和夜間的平均溫度低，生命體適應不了。

火星表面輻射不支持生命產生

生命體的耐輻射能力是很差的，而宇宙中的輻射很強。地球表面的巖石老化，剩余放射性很弱，又有濃厚的大氣層的保護，特別是較強的地磁場俘獲了大量帶電粒子，在防輻射方面發揮著主要作用，所以地球表面是生命系統的天堂。

火星稀薄的大氣不能有效阻擋宇宙射線，內部沒有和地球一樣的強力磁場，表面殼層的磁場又弱于地球表面的磁場，所以太陽風、太陽耀斑和宇宙射線都不能被有效阻擋，火星表面的輻射環境很不安全。

科學界用r e m 為單位評定人類生存環境的輻射水平。行星際年輻射劑量為5 7r em，火星表面的年輻射劑量為1 2rem。火星大氣層使行星際輻射降低了約7 9 % 。比較之下，地球表面的年輻射劑量為0.3 6rem，是火星表面的1/3 3。在太空的宇航員承受的年平均輻射劑量小于3 8rem。火星表面的防輻射安全性雖然低，但比太空中的宇航員所處的環境還是要安全很多。

由于火星大氣中的氧含量很低，因而形成的臭氧非常少，太陽紫外線可以直接到達火星表面。火星表面的紫外通量對DNA的破壞作用比地球高1 0 0 0倍。在火星紫外條件下進行的實驗表明，7種細菌很快就失去了活性。火星大氣不能有效地屏蔽太陽紫外輻射，即使生命產生，也不可能長期生存下去。而且，火星的重力加速度僅為地球的0.3 8倍，小于生命生存的最低值0.4。

所有這一切，決定了火星上不可能有生命體系。endprint