關於火星生命探索

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從 20 世紀中期開始，人類開始了對火星的空間探測，其中一個重要課題便是火星是否存在生命。火星擁有接近地球的表面環境，如河網體系痕跡、盆地峽谷、極區冰蓋消長等，激發著人類對火星生命的探究。目前，圍繞火星是否存在生命有著許多爭論，今天向大家介紹一下相關的探測研究。

1. 關於火星水體的探測研究

水是生命之源。如果探測到火星有水存在的證據，則可以為火星存在生命提供更多科學依據。“奧德賽”探測器利用伽馬射線分光計對火星北極進行了探測，發現火星大氣中有微量水蒸氣。

“奧德賽”探測到火星北極大氣層中水蒸氣分布

從火星表面的形貌特徵也可以反證火星曾存在水體活動。美國“火星全球勘測者”（Mars Global Surveyor）在軌道上對火星進行了科學測繪，先後對火星的Centauri Montes 地區某個疑似衝刷溝壑進行了拍照，發現了由水衝刷而形成的新衝積堆積物。

火星表面的河道形貌特徵

對火星表面的探測發現了許多類似河道的形貌特徵，從這些形貌特徵去反演或研究火星水體活動的演變，以期探究火星遠古地理環境。

以上所有的探測結果表明火星有水或曾經有水體活動。NASA 噴氣推進實驗室針對新發現的溝槽開展了形成機制的研究，推測火星水體深埋在地表下或靠近斜坡面處，當冰障受外力影響被消除時，水體裸露而溢出並衝刷火星表面。

2.關於火星表面及地下物質的研究

美國“鳳凰號”著陸器對火星土壤樣本開展了研究分析，用左旋乳酸和右旋丙氨酸細菌培養液與火星土壤相混合，發現混合樣本釋放出的部分氣體具有獨特特徵，測試結果表明：火星的釋放氣體是右旋性。組成地球生命體的氨基酸絕大部分是左旋性，而沒有右旋性。因此，可以認為火星表面的土壤樣本沒有生命構成的基本物質。

“火星勘測軌道器”（Mars Reconnaisance Orbiter）對火星表面以下的岩石、冰以及液態水的分層情況進行了探測，勘測深度達 1 km 左右。平面分辨率大約 0.3～3 km，縱向分辨率約 15 m。發現地表下 800 m 處可能是水冰層。下圖是某個區域的雷達探測圖，發現在地表下 1～2 km 處沉積層可能存在水冰層。

雷達探測的火星次表層水冰分布

“哈勃”太空望遠鏡對火星的極地進行了觀測，從 1996 年 10 月至 1997 年 3 月的觀測過程中，發現了火星北極冠的變化。探測結果認為這種變化是由乾冰/水冰的變化所致。

“哈勃”太空望遠鏡對火星極地冰蓋隨季節變化的觀測

3.鹽類礦物的探測與研究結果

歐空局於 2003 年 6 月 2 日發射的“火星快車”（Mars Express）在降落過程中對火星表面進行了探測。利用“火星快車”上的歐米伽探測儀對東經356.75°、南緯 2.23°區域探測到火星表面風化鹽類礦物，發現了一個類似於羅布泊的乾枯鹽湖，鹽類礦物是水揮發後的殘留物，這可證明火星表面曾經有水的存在。

“火星快車”拍攝到的乾枯鹽湖

另外，美國“機遇號”（Opportunity）火星車和“火星勘測軌道器 ”（ Mars Reconnaissance Orbiter）開展了火星表面鹽類礦物的探尋，對在火星鹽類礦物和地球鹽類中的溴/氯質量分數（部門為百萬分之一）進行了對比研究，發現火星和地球上鹽類的溴/氯含量比例和形成過程相似。

“機遇號”拍攝到的火星表面鹽類礦物

4.從火星隕石中探尋生命存在的證據

許多國家在南極科學考察中收集到類型眾多的隕石，我國南極科考隊在中山站附近的格羅夫山發現了2 塊二輝橄欖岩質火星隕石（它們的編號分別為GRV 99027、GRV 020090）。

ALH84001 火星隕石

通過對 ALH84001 火星隕石（見圖 16）的分析研究，測定該隕石的形成年齡為36 億年。經電子顯微鏡觀察，發現了大量類似細菌狀“化石”。

ALH84001 火星隕石中發現的類似細菌狀的“化石”

此外，科學家在火星隕石中還發現了磁鐵礦和黃鐵礦顆粒的排列以及多環芳烴（PAHs）的特徵組成。還有人在火星隕石的研究中發現了碳酸鹽瘤體的微結構（圖 18） 和類似生物膜（biofilm）的微結構等。

火星隕石中的碳酸鹽瘤體微結構

火星隕石中的類似生物膜微結構

關於火星隕石中發現的類似原始生命的“化石”，仍然存在著諸多爭論。類似細菌形態的微結構多環芳烴等有機化合物是非生物成因還是生物成因，其機制需要進一步研究。

5.火星生命信息的探尋研究中的一些難題

1） 火星大氣中甲烷氣體目前無法判定是有機成因還是無機成因。

2） 火星表面發育過海洋盆地、湖泊和河網體系，但水體埋藏的部位、深度與分布有待進一步探測。

3） 如何從火星沉積岩中尋找含有古老信息的化石並精細圈定火星表面沉積岩的分布。

儘管在火星隕石的研究中發現了一些火星可能曾經發育過生命的“證據”，但在火星上如何從沉積岩中尋找到含有古老信息的化石仍是一個重大挑戰。探尋和圈定含有化石的火星沉積岩將是探測火星過去存在生命的突破點，是未來火星著陸器尋找火星過去曾經發育過生命的重大科學任務。

今年火星發射窗口期，迎來了新一輪的“火星熱”，阿聯酋“希望號”、中國“天問一號”和美國“毅力號”三個火星探測器先後發射成功，目前正在奔火途中。三個探測器的科學任務各有側重，各有特色，中國“天問一號”將通過一次任務實現對火星的環繞、著落和巡視探測。相信三個火星探測器的到訪，將對解答火星是否存在或曾經存在生命、火星演變等科學問題提供更多科學依據，進一步揭開火星的神秘面紗。

參考文獻：

《火星探測的主要科學問題》（歐陽自遠 ，肖福根）

《尋找火星生命的關鍵 》(劉先曙 )

《火星探測發展歷程與未來展望》（於登雲，孫澤洲，孟林智，石東）

來源：中國探月工程