火星生命：探索與證據

劉安立

當我們想象外星生命可能潛藏于哪些地方時，首先想到的應該就是火星了。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，多個火星任務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？

可居環境

在搜尋生命方面，許多天體生物學家認為水是關鍵。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。火星大氣層非常稀薄，太陽輻射直達火星地表，從而增大了生命在火星地表生存的難度。火星水的證據首先出現于2000年。當時，美國宇航局“火星全球勘測者”飛船發現了火星地表疑似由流水形成的溝壑。

一些科學家相信，火星并非一直都是荒原。遠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，但早期濕潤火星的環境條件有可能適合生命演化。有一種觀點是，一座遠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，因此有科學家推測火星保持濕潤的時間比之前預計的要長一些，火星可居住的時間自然也要長一些。

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水流動。火星表面的季節性斜坡紋線是源自流水還是流沙？科學家對此一直有爭議。美國地質調查局天體生物學中心在一份聲明中說，雖然一些人相信季節性斜坡紋線可能是流水的跡象，但它們實際上與流沙更匹配。這種對季節性斜坡紋線的新理解，與顯示今天火星很干燥的其他證據吻合。

火星隕石84001中的疑似化石結構

地下水對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輻射。霍爾特等科學家指出，已有證據表明火星存在一個與蘇必略湖面積相當的冰層，該冰層比大多數火星水冰都更容易探測，因為它位于一個相對低緯度的平滑區域，飛船在這里登陸比在其他含冰區域容易。

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。在已經發現的34塊火星隕石（科學家戲稱它們是微型飛碟）中，科學家認為有3塊可能攜帶了遠古火星生命的證據。火星隕石84001中的疑似化石結構。

1996年，一塊發現于南極洲的隕石——AIH 84001（簡稱84001）成為頭條新聞。科學家當時宣布，它可能包含火星生命的證據。84001包含著像是細菌化石的結構。后續測試表明84001包含有機物，但有關這些有機物是不是由生物學過程產生的爭論直到2012年才終結。當時，科學家確定這些有機物的形成并沒有生命參與。科學家的結論是，火星在長時間里曾有過有機碳化學過程，但84001包含的有機分子并非源于生物過程，而是源于火山機制。另一方面，盡管這些分子形成于非生物過程，它們的有機特性對于尋找生命來說具有正面意義。在地球上有機化學過程形成了生命，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，科學家發現了像是納米菌化石的結構。他們確定，這塊隕石上多達3/4的有機材料都不是源自地球有機材料污染。對這些球形結構的進一步檢驗表明，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構。科學家1999年在一份聲明中說，生物膜提供了古地球細菌菌落的主要證據。但科學家也指出，要想查明“休格地”隕石中是否包含火星生命證據，首先得查明隕石中的疑似生物結構是不是真的化石。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。要想確定潛在火星生命的演化歷程，對火星地表和地下情況的新探測看來更靠譜。

尋找生命

對火星的首批近觀照片是由美國宇航局“水手4”飛船拍攝的。接著，美國宇航局“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景，顯示火星地表很干燥，但也有暫時性地貌。疑似溝壑、海底、侵蝕的地貌和巨大的火星極地冰蓋，讓一些科學家相信火星曾經有過生命。當美國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，其進行實驗的目的之一是搜尋生命跡象。雖然“海盜”的實驗結果不確定，卻為其他探測器進入火星環境鋪平了道路。

此后，火星探測暫停了20多年。當火星探索重啟后，科學家把目光轉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。雖然美國宇航局“好奇”火星車的任務并不是尋找生命，但科學家希望它能定位可讓未來訪客探索、檢驗火星水和火星生命證據的地點。

未來火星任務可能包括火星取樣，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器，能進行更多實驗。這樣的實驗比研究地球上的火星隕石直接得多，因而也準確得多。

美國宇航局計劃2020年發射“火星2020”飛船，它有可能把火星樣本送回地球。但這項任務預算成本大，目前仍有諸多未知數，計劃能否付諸實施依然不確定。宇航局內部一些科學家正在游說該局上層，希望把火星取樣任務放在優先位置。

“海盜”在火星上進行實驗。

但是，對火星生命的搜尋可能會因為對如何防止地球生物污染火星的擔憂而受阻。目前的國際政策對此增加了嚴重的金融負擔，導致探索火星的潛在可居住區域又多了一大挑戰。要讓一艘完全潔凈的飛船在火星上一個特定區域實地搜尋生命，其成本至少達5億美元。為了降低成本，一些科學家呼吁無需對火星采取過分嚴格的保護舉措。他們指出，花那么多錢，完全可以資助一種類似于美國宇航局“探路者”和“洞察”任務那樣的火星發現之旅任務，同時又能附加另一次低成本火星探索任務，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）激起了一場爭議：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生過？一些科學家相信，地球隕石也曾到達過火星。此外還有一個爭議：微生物是否足夠堅韌，能夠挺過冰冷、無空氣還充滿輻射的漫長太空旅途，到達新家園？

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，科學家有可能某一天會找到火星生命，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古生命證據，這種證據以脂肪酸形式保存在一種叫作針鐵礦的富鐵礦物中。

科學家前往位于英國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，被認為與30億年前火星上的流水酸性相同。早在白堊紀，這條溪流就流經砂巖床。在這一遙遠時期，森林大火把焦炭沉積到沙中。細菌能夠依靠焦炭生存，使用硫酸鹽降解焦炭，產生一種硫化鐵礦物質——黃鐵礦。今天，溪水氧化黃鐵礦產生的硫酸賦予溪水3.5的pH值。與此同時，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。

黃鉀鐵磯很擅長捕捉有機物，尤其是酸，而生命產生的一種常見有機化合物就是酸。隨著時間推移，水把黃鉀鐵礬轉變為另一種礦物質——針鐵礦。在火星表面那樣的干燥環境中，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現在火星上大量存在。

科學家發現，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，并且假定遠古火星的單位體積內生物量與多塞特溪流的相當，科學家估計火星的富鐵巖石里至少鎖閉著286億千克的脂肪酸。如果在火星上發現由碳原子長鏈構成的脂肪酸，其意義將是非凡的，因為這些脂肪酸是明確的生物指針。科學家解釋說，如果把碳原予以非生物學方式扔到一堆，那么可能有5萬種不同的同分異構體，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過程產生的。

其中的關鍵是找到可能存在的火星脂肪酸。美國宇航局“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有機分子，讓車載的氣相色譜一質譜聯用儀更容易探察到有機分子。火星取樣分析儀器組還搭載了9只密封的“濕化學”杯，其中每只都裝有一種混合化學液。當樣本與這些化合物混合并且加熱到900℃時，化合物會把任何可能存在的有機分子轉變為更容易揮發的產物，讓氣相色譜-質譜聯用儀更容易檢驗。其中兩只杯子里裝的是羥化四甲銨和甲醇，運用它們可探測到脂肪酸。不過，這兩只杯子迄今尚未被用過。“勇氣”任務團i隊表示，“勇氣”火星車的取樣檢測實驗至今只毖試過兩次，但該團隊正在考慮實驗完9只杯子，其中包括對火星表面維拉·魯賓橋地帶附近的富含黏土層取樣檢測。

雖然有科學家提醒說火星有機分子的來源仍不確定，但火星有機分子的存在依然昭示遠古火星生命可能存在。有科學家指出，除了富含黏土的材料，也應該檢測富鐵礦物——針鐵礦。美國宇航局火星登陸器“鳳凰”2008年發現，火星表面覆蓋著某些在被加熱時會釋放氧的礦物質，這些氧與有機化合物反應會摧毀有機化合物。黃鉀鐵礬是這些礦物質中之一，而針鐵礦不是。這就意味著，如果遠古火星生命留下的脂肪酸被包裹在轉變為針鐵礦的黃鉀鐵礬里，那么這些脂肪酸今天應該依然能被探察到。

要想探察這樣的脂肪酸，正確取樣最關鍵。儀器再好，技術再好，如果取樣錯誤，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。在多塞特溪流的發現也表明，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時又費錢，還不見得能發現與火星類似的條件。而科學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。

科學家說，多塞特小溪邊緣的pH值為中性，而溪流中心為強酸性，這為他們追蹤這些條件的開始和消失提供了絕佳機會。如果能詳細了解溪流中的化學過程，那么這些微型類比地點就能揭示大規模類比地點的情況。

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合的“外火星”火星車聯手。后兩者的車載實驗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可居住。科學家說，火星充滿驚奇，我們永遠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

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

質量 地球質量的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

地球飛火星要多長時間 迄今為止飛得最快的是美國宇航局“水手7”飛船，它從地球到火星只飛了128天。