火星科普系列之五——关于火星生命探索

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从 20 世纪中期开始，人类开始了对火星的空间探测，其中一个重要课题便是火星是否存在生命。火星拥有接近地球的表面环境，如河网体系痕迹、盆地峡谷、极区冰盖消长等，激发着人类对火星生命的探究。目前，围绕火星是否存在生命有着许多争论，今天向大家介绍一下相关的探测研究。
1. 关于火星水体的探测研究水是生命之源。如果探测到火星有水存在的证据，则可以为火星存在生命提供更多科学依据。“奥德赛”探测器利用伽马射线分光计对火星北极进行了探测，发现火星大气中有微量水蒸气。


“奥德赛”探测到火星北极大气层中水蒸气分布
从火星表面的形貌特征也可以反证火星曾存在水体活动。美国“火星全球勘测者”（Mars Global Surveyor）在轨道上对火星进行了科学测绘，先后对火星的Centauri Montes 地区某个疑似冲刷沟壑进行了拍照，发现了由水冲刷而形成的新冲积堆积物。



火星表面的河道形貌特征
对火星表面的探测发现了许多类似河道的形貌特征，从这些形貌特征去反演或研究火星水体活动的演变，以期探究火星远古地理环境。以上所有的探测结果表明火星有水或曾经有水体活动。NASA 喷气推进实验室针对新发现的沟槽开展了形成机制的研究，推测火星水体深埋在地表下或靠近斜坡面处，当冰障受外力影响被消除时，水体裸露而溢出并冲刷火星表面。  2.关于火星表面及地下物质的研究美国“凤凰号”着陆器对火星土壤样本开展了研究分析，用左旋乳酸和右旋丙氨酸细菌培养液与火星土壤相混合，发现混合样本释放出的部分气体具有独特特征，测试结果表明：火星的释放气体是右旋性。组成地球生命体的氨基酸绝大部分是左旋性，而没有右旋性。因此，可以认为火星表面的土壤样本没有生命构成的基本物质。“火星勘测轨道器”（Mars Reconnaisance Orbiter）对火星表面以下的岩石、冰以及液态水的分层情况进行了探测，勘测深度达 1 km 左右。平面分辨率大约 0.3～3 km，纵向分辨率约 15 m。发现地表下 800 m 处可能是水冰层。下图是某个区域的雷达探测图，发现在地表下 1～2 km 处沉积层可能存在水冰层。

雷达探测的火星次表层水冰分布
“哈勃”太空望远镜对火星的极地进行了观测，从 1996 年 10 月至 1997 年 3 月的观测过程中，发现了火星北极冠的变化。探测结果认为这种变化是由干冰/水冰的变化所致。

  “哈勃”太空望远镜对火星极地冰盖随季节变化的观测
3.盐类矿物的探测与研究结果欧空局于 2003 年 6 月 2 日发射的“火星快车”（Mars Express）在降落过程中对火星表面进行了探测。利用“火星快车”上的欧米伽探测仪对东经356.75°、南纬 2.23°区域探测到火星表面风化盐类矿物，发现了一个类似于罗布泊的干枯盐湖，盐类矿物是水挥发后的残留物，这可证明火星表面曾经有水的存在。


“火星快车”拍摄到的干枯盐湖
另外，美国“机遇号”（Opportunity）火星车和“火星勘测轨道器 ”（ Mars Reconnaissance Orbiter）开展了火星表面盐类矿物的探寻，对在火星盐类矿物和地球盐类中的溴/氯质量分数（单位为百万分之一）进行了对比研究，发现火星和地球上盐类的溴/氯含量比例和形成过程相似。

“机遇号”拍摄到的火星表面盐类矿物
4.从火星陨石中探寻生命存在的证据许多国家在南极科学考察中收集到类型众多的陨石，我国南极科考队在中山站附近的格罗夫山发现了2 块二辉橄榄岩质火星陨石（它们的编号分别为GRV 99027、GRV 020090）。



ALH84001 火星陨石
通过对 ALH84001 火星陨石（见图 16）的分析研究，测定该陨石的形成年龄为36 亿年。经电子显微镜观察，发现了大量类似细菌状“化石”。


  ALH84001 火星陨石中发现的类似细菌状的“化石”
此外，科学家在火星陨石中还发现了磁铁矿和黄铁矿颗粒的排列以及多环芳烃（PAHs）的特征组成。还有人在火星陨石的研究中发现了碳酸盐瘤体的微结构（图 18） 和类似生物膜（biofilm）的微结构等。



火星陨石中的碳酸盐瘤体微结构

火星陨石中的类似生物膜微结构
关于火星陨石中发现的类似原始生命的“化石”，仍然存在着诸多争论。类似细菌形态的微结构多环芳烃等有机化合物是非生物成因还是生物成因，其机制需要进一步研究。
5.火星生命信息的探寻研究中的一些难题1） 火星大气中甲烷气体目前无法判定是有机成因还是无机成因。2） 火星表面发育过海洋盆地、湖泊和河网体系，但水体埋藏的部位、深度与分布有待进一步探测。3） 如何从火星沉积岩中寻找含有古老信息的化石并精细圈定火星表面沉积岩的分布。尽管在火星陨石的研究中发现了一些火星可能曾经发育过生命的“证据”，但在火星上如何从沉积岩中寻找到含有古老信息的化石仍是一个重大挑战。探寻和圈定含有化石的火星沉积岩将是探测火星过去存在生命的突破点，是未来火星着陆器寻找火星过去曾经发育过生命的重大科学任务。

今年火星发射窗口期，迎来了新一轮的“火星热”，阿联酋“希望号”、中国“天问一号”和美国“毅力号”三个火星探测器先后发射成功，目前正在奔火途中。三个探测器的科学任务各有侧重，各有特色，中国“天问一号”将通过一次任务实现对火星的环绕、着落和巡视探测。相信三个火星探测器的到访，将对解答火星是否存在或曾经存在生命、火星演变等科学问题提供更多科学依据，进一步揭开火星的神秘面纱。

参考文献：《火星探测的主要科学问题》（欧阳自远 ，肖福根）《寻找火星生命的关键 》(刘先曙 )《火星探测发展历程与未来展望》（于登云，孙泽洲，孟林智，石东）