火星地下可能蘊藏著足夠的氧，可支持生命存在

一個世紀以來，火星存在生命的可能性一直激發著研究人員、科學家和作家的想象力。人類一直夢想著有朝一日能夠登上火星並且在這顆紅色星球發現文明，與土生土長的火星人互動。根據一項新研究，火星地下可能蘊藏著足夠的氧，能夠支持好氧生物的存在。

火星地下可能蘊藏著足夠的氧，能夠支持生命存在

自19世紀意大利天文學家喬范尼·夏帕雷利聲稱發現“火星運河”以來，人類便夢想著有朝一日能夠派使者前往這顆紅色星球。我們一直希望能夠在火星上發現文明，與火星人親密互動。

雖然上世紀60年代和70年代的“水手”號和“海盜”號任務讓尋找火星文明的願望化為泡影，但在此之後大量證據浮出水面，證明火星可能一度出現過生命。根據科學家進行的一項新研究，火星地下可能存在足夠多的氧氣，能夠支持好氧生物的存在。這一研究發現進一步表明生命能夠在地外行星上生存。

1976年9月3日，“海盜2”號登陸火星

此項研究由地球與行星學家、美國宇航局噴氣推進實驗室的理論物理學家瓦拉達·斯塔莫科維克長官，噴氣突進實驗室和加州理工學院地質與行星學系的多名科學家參與。研究論文於最近刊登在《自然-地球科學》雜誌上。

氧氣在火星上可能扮演的角色一直沒有引起科學家重視。這是因為火星大氣主要由二氧化碳和甲烷構成，氧氣的比重很低。但從火星隕石和地表富錳岩石獲取的地質化學證據顯示，它們的氧化程度很高。這可能因為過去的火星存在水，氧在火星地殼的化學風化過程中扮演角色。

“水手2”號飛船藝術概念圖

為了探尋這種可能性，斯塔莫科維克和他的研究小組將目光投向“好奇”號火星車收集的兩組證據。第一組是化學與礦物學分析儀（CheMin）收集的化學證據，證明火星岩石樣本的氧化程度很高。

隨後，他們對“火星快車”先進地下和電離層探測雷達（MARSIS）獲取的證據進行分析。這些證據表明火星南極地下存在水。借助這些數據，研究小組開始測算地下鹽水沉積物的含氧量，同時確定氧量是否足以支持好氧生物存在。

歐洲航天局的“火星快車”探測器

研究小組創建了一個綜合性熱力學框架，用來計算火星地下鹵水（海水和其它可溶解礦物的混合物）的氧溶解度。計算過程中，他們假定氧的供應來自於火星大氣層，即大氣層能夠與地表和地下環境接觸，讓氧的輸送成為可能。隨後，他們將溶解度框架與火星大氣環流模型（GCM）結合，確定每年氧溶解於鹵水的速度。在此過程中，他們考慮了當地氣壓和溫度條件等因素。這允許他們立即鎖定哪些區域最可能維持高水準的氧溶解度。

火星南極冰蓋

最後，他們計算火星傾斜度在過去及未來發生的變化，以確定有氧環境在過去2000萬年如何分布，以及將在未來1000萬年發生怎樣的改變。根據他們的研究，即使在最惡劣的情況下，火星岩石和地下水庫也擁有足夠的氧，能夠支持好氧微生物的存在。

斯塔莫科維克指出：“我們的研究結果表明在現代火星環境下，氧能夠溶解於一系列鹵水，濃度遠超好氧微生物呼吸所需的氧濃度。雖然尚無法證實火星地下存在生命，但我們的研究暗示冷鹵水的存在能夠作用於岩石，形成錳氧化物。‘火星科學實驗室’探測車的觀測結果也證明了這一點。”

陽光普照下的火星

根據研究小組的計算，絕大多數火星地下環境的氧水準超過好氧微生物呼吸所需濃度，可達到後者的6倍。這一濃度與當前的地球海洋相當，同時高於23.5億年前大氧化事件之前的地球氧濃度。

研究結果表明生命能夠存在於火星地下的鹽水沉積物中，為高度氧化的岩石的形成提供了一種解釋。斯塔莫科維克說：“‘好奇’號火星車發現了通常只在岩石與高氧化岩石發生互動時才形成的錳氧化物。如果存在冷鹵水，氧濃度與當前類似或者遠超現在並且岩石發生改變，我們的研究結果能夠解釋這些發現。”

在火星南極地下，雷達探測到水

研究人員指出火星極地的多個地區擁有更高的氧濃度，足以支持海綿等更複雜的多細胞生物的存在。中等溶解度環境可能存在於靠近赤道，地表氣壓更高的低窪地帶——例如赫拉斯平原和亞馬遜平原——以及阿拉伯高地和坦佩高地。

火星生命如何遷移到地下，而不是消失蹤影？隨著大氣層的緩慢剝離和地表溫度下降，水開始凍結並滲入到地下水庫。這些地區擁有足夠的氧，允許好氧生物在不進行光合作用的情況下繼續生存。

火星與地球對比圖

雖然這種可能性為搜尋火星生命提供了新的機遇，但這種搜尋難度極大，同時也是一種不明智的做法。第一，此前實施的任務回避水濃度較高的火星區域，唯恐地球細菌汙染這些地區。未來的火星任務——例如美國宇航局的“火星2020”探測車——的重點是收集地表土壤樣本，尋找過去曾出現生命的證據。

第二，雖然這項研究證明生命能夠存在於火星的地下水庫，但並沒有證明生命仍存在於這顆紅色星球。不過，斯塔莫科維克指出他們的研究將開啟一個令人興奮的新研究領域，將從根本上改變我們看待火星的方式。他說：“這項研究表明，對火星過去以及現在支持生命存在的可能性，我們仍有太多東西需要了解，很多疑問仍等待我們去解答。這項研究為探尋火星存在生命的可能性帶來希望。我們應將目光聚焦好氧呼吸，可能會取得意想不到的發現。”

“好奇”號火星車藝術概念圖

根據這項研究，如果火星上有生命存在，生命進化的環境與地球生命截然不同。火星生命並非在有毒環境崛起的厭氧生物，利用光合作用產生氧以改造大氣，滿足好氧生物的生存需要。火星生命是好氧生物，棲息在一個遠離陽光的冷環境，從岩石和水中獲取氧。

對於地外生命搜尋工作，這項研究具有重要意義。雖然冰冷乾燥系外行星的地下存在微生物並不意味著這樣的行星具有通常意義上的“適居性”，但我們可以在這樣的系外行星搜尋我們不知道的生命。不管它們呈現出何種形態，發現地外生命都具有突破性意義。

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