探尋火星生命

林揚挺

19世紀晚期，歐洲天文學家利用當時新研制的望遠鏡，發現火星表面的線性網狀條紋，并把它們解釋為“運河”，自此“火星人”成為科幻作品的主角;1976年，海盜1號（也稱維京1號）在火星表面拍攝到一張酷似人臉的照片，再次引發人們對“火星人”的遐想。

自始至終，生命的探尋一直是火星探測的主要任務。一方面，科學探測的初始結果，基本上否定了火星高級生物的存在;另一方面，不斷深入探測的發現表明，早期的火星環境完全滿足生命的需求，甚至現代火星在地表以下的一些區域，仍存在宜居的環境。

生命探尋歷程

·火星探測器搜尋生命信息·

從1960年蘇聯發射首顆火星探測器，至2018年美國國家航空航天局（NASA）洞察號在火星著陸，人類共進行了45次火星任務發射，成功率約50%，包括8次成功著陸。在這8次成功著陸中，除了洞察號任務以探測火星內部結構為主要目標之外，其他了次任務都把火星古環境探測和搜尋生命信息作為重要目標。為此，這些著陸器或火星車都把著陸點選擇在最有可能發現生命的區域，例如古老的撞擊盆地（可能是古湖泊）、古河口、火星南北交界帶（可能是濱海帶）等。

火星隕石NWA 7034，昵稱“黑美人”（圖片來源/Wiki）

為了探測生命，海盜1號、2號著陸器專門設計了微生物防護罩，以避免地球的微生物污染火星表面。但即便如此，維京號攜帶的色譜/質譜儀檢測到的有機質，還是被認為來自地球的污染。好奇號火星車的主要任務是探尋火星的古環境，其著陸區位于蓋爾隕石坑內。好奇號取得了眾多與生命和古環境相關的發現，主要包括：火星大氣中甲烷存在的確認;在火星土壤中檢測到含氯有機質;原位分析了火星表面巖石的年齡，并在30多億年的泥巖中分析出2.4%的水含量，以及氫的同位素組成;分析了火星大氣的氣體組成和碳同位素組成;證實蓋爾隕石坑曾經是個古湖泊。

·火星隕石提供生命存在證據·

探尋火星生命的另一條重要途徑是火星隕石。迄今為止，火星隕石仍是唯一能獲得的火星樣品，它攜帶了火星形成與演化的信息，以及火星古環境和可能的生命痕跡。目前全球已經收集到約300塊火星隕石樣品，其中5塊是目擊降落的隕石;其他主要發現于沙漠或南極，屬于發現型隕石。

知識鏈接

目擊降落隕石最大的特點是新鮮，它們是降落后不久即被發現和收集到的。而在沙漠或南極發現的隕石，由于降落的年代久遠，受到不同程度的地表風化和污染，這對于火星古環境和生命的探尋可能產生明顯的影響。

1815年，第一塊目擊降落型火星隕石降落在法國，但直到1983年這些隕石的火星來源才得到確認。1996年，NASA的科學家聲稱在一塊南極火星隕石（ALH 84001）中發現生命存在的證據：在隕石中發現了碳酸鹽脈以及相關的有機質，類似磁細菌中磁小體鏈的形態、磁鐵礦和黃鐵礦等。但是，大多數學者認為，除了碳酸鹽脈，其他的證據有多種成因解釋，甚至是污染或制樣中產生的結果。2011年，一塊火星隕石降落在摩洛哥沙漠，經過分析，中美科學家在該隕石中分別發現了有機質，這一發現是目前支持火星存在生命的重要證據。

宜居環境演化

行星環境的演化是生命起源、繁衍和進化的基礎。因此，地外生命的探尋往往從研究行星的宜居環境開始。雖然火星曾經有過宜居的環境，甚至現代火星的地下也有滿足生命的條件，但火星生命的探尋仍需找到生物本身或其遺跡才行。

·火星表面曾經有水存在·

水是支撐地球上生命的關鍵因素，因而也是探尋火星生命的主要線索。

火星隕石坑

火星軌道探測器獲得的大量高清晰影像，顯示了火星表面有水流形成的各種地形地貌;而火星軌道器上搭載的光譜儀，可以識別火星表面分布的各種礦物，特別是識別出石膏、碳酸鹽、黏土礦物、赤鐵礦等。這些礦物不僅佐證了水的存在（它們或是巖漿巖與水相互作用形成，或是從不斷蒸發的水體中結晶出來），而且與地球上的礦物類似，可以幫助人們確定火星液態水的鹽度、酸堿性等條件。

所有的探測結果都指示了火星表面水流的主要活動時期早于35億年。后來，由于火星內部活動和火山噴發減弱、磁場消失、河流干涸，從30億年以來，火星就基本上處于與現在相似的寒冷、干旱環境。火星上的水到底去哪兒了？科學家認為，消失的地表水，一部分以地下冰川和兩極冰蓋的形式存在，還有一部分被太陽風吹離火星而逃逸進太空。

·火星隕石記錄古環境信息·

科學家通過對火星隕石的研究，發現在一些火星隕石中存在黏土礦物，以及脈狀的碳酸鹽、石膏等蒸發鹽。更為重要的是，這些火星隕石從巖漿中結晶出來后，如果遇到地下水，就會通過水一巖反應記錄地下水存在的證據等重要信息。

中國曾在南極格羅夫山找到兩塊火星隕石，分別命名為GRV99027（1999年發現）和GRV020090（2002年發現）。中國科學院地質與地球物理所的科研人員利用納米離子探針，用束斑直徑僅為100納米的銫離子轟擊GRV 020090火星隕石樣品表面，分析水的含量和氫同位素氘/氫比值。分析結果發現，GRV 020090火星隕石記錄了當時火星地下水擴散加入的信號，科研人員還根據水的擴散速度，得到擴散過程的時間長達25萬年。這一發現證明，晚到1.8億年前，通過巖漿的熱量融化地下冰川，火星地下仍可以存在地下水活動，并且持續很長時間。同時，測出的地下水氫同位素很重，其氘/氫比值是地球的了倍。這說明曾有大量的水逃逸離開了火星（在逃離過程中，氫比氘丟失的更快，故留下水的氘/氫比值升高）。

·火星內部活動決定環境變化·

火星表面宜居環境的變化，主要受控于火星內部活動，是后者的外在表現，也是行星圈層相互作用的一個很好例子，對于認識地球環境的演化和生命出現提供了最好的類比。火星的直徑約為地球的一半，其產生磁場的發電機很早就已停止工作。失去磁場保護的火星大氣和電離層，在高速太陽風的侵蝕下，水和氣體分子不斷逃逸。

火星——人類未來新家園

人類渴望登上火星

生命探尋突破

·美國致力人類登陸火星·

2020火星采樣返回毅力號（Perseverance）的任務是NASA火星探測長期規劃的重要組成部分，其主要目標是回答天體生物學的關鍵問題——即火星生命的存在與否。該任務不僅要探索古老火星的宜居環境，還要探尋微生物本身的證據。

毅力號火星車將攜帶鉆取裝置，用來鉆取最有可能保存生命痕跡的巖石或土壤的巖芯樣品。這些樣品會先貯存在一個地方，通過再發射一次火星任務，將樣品帶回地球，然后利用實驗室中最靈敏、最準確、最高分辨的各種現代儀器進行分析研究。另外，NASA的下一個里程碑目標是人類登陸火星，發現火星微生物存在的直接證據，最終回答火星是否存在生命。

·中國首次自主火星探測·

中國將以嫦娥工程為起點，開展對整個太陽系的探測，而火星則是除月球之外的最重要探測目標。2020年了月，中國將首次自主探測火星，這是首次進行軌道器、著陸器、火星車三位一體的聯合探測，將獲得不同空間尺度上火星環境的同步參數以及火星古環境的信息，理解火星宜居環境的演化。另外，中國還規劃了火星樣品的采樣返回任務，通過對火星巖石和土壤樣品的分析，探索生命的痕跡和古氣候環境的變化。

（責任編輯/康耀武 美術編輯/張小穗）