火星上的生命是否难以存在（火星上有生命吗）

自十九世纪以来，人们一直痴迷于在这个红色星球寻找生命，但是那里真的有假设生命存在与否的基础吗？理查德A洛维特（Richard A Lovett）对数据进行了筛选。

图解：搜寻仍在继续，美国宇航局（NASA）的洞察号着陆器于2019年2月12日在火星表面安放了热探测器，这种探测器被称为热量和物理特性包（HP3）。

美国宇航局（NASA）/加州理工大学/德国宇航局（DLR）

1877年，意大利天文学家乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）将他的21.8厘米望远镜（当时最好的望远镜之一）对准了火星这个神秘圆盘。

科学家们很早就知道，火星不仅仅只是天空中的一个闪亮的光点，他拥有着自己完整的世界。但是乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）是第一个尝试去详细绘制它的人。

他观察到了黑暗的区域，并推测为海洋。这片区域由数百公里长的线性特征。他将后者称为canali，这个术语在技术上意味着渠道，但被英语翻译成“运河”。

在19世纪70年代和80年代，乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）一次又一次不断地绘制火星地图，这使得他自己确信火星上的运河系统在不断地扩大——就好比一个先进的文明在面对干旱时拼命想要保持其供水。

就在当时，乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）的同事都在怀疑。美国天文学家大卫·温特劳布（David Weintraub）在他2018年的著作“生命在火星”（普林斯顿大学出版）上说，这些特征仅仅是“乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）望远镜的错误观测或者只存在于他的想象当中”。

但是乔瓦尼·施帕帕雷利（Giovanni Schiaparelli）的观察引起了公众的想象力。有些人甚至认为这个红色星球的颜色是由于被红色植物覆盖而形成的，它就好比日本被红色的枫叶树给覆盖了一样。1938年，奥森威尔斯的广播剧《世界大战》（全称：《世界大战：火星人进攻地球》）使得成千上万的人产生恐惧，他们坚信象征死亡的火星“三角体”即将出现在自家的门口。

1976年，当美国宇航局（NASA）的维京1号轨道探测器提供了火星的系一个清晰的照片时，其中一个被称为“火星上的面孔”进入了臭名昭著的小报的报道，并以此来证明我们的地球的邻居上曾经居住着外星人，它们创造了让古埃及都人感到惊叹的巨大建筑。

如今我们知道火星上的面孔是光影的小把戏，它似乎是一条运河。但是，对于在火星上寻找生命仍然很诱人。太空轨道探测器和着陆器已经证明曾经的火星和地球十分相似，拥有海洋、湖泊和河流，并且曾经火星的大气层比今天的密度要大很多。

红色星球最早的时代现在被称为“诺亚纪”——它旨在想象出的广阔海洋的图片。

今天，这个待以解决的问题依然不再是火星在过去的某个时段是否适合居住，而变成了在其气候变得干燥和寒冷之前是否存在生命的发展。如果是这样，那这就天体生物学家称其为生命的“第二个起源”（第一个是我们自己）的证据。

即使生命的第二个起源从未超越单细胞微生物，它也意味着在我们太阳系中生命至少出现过两次。如果真的发生过，那么在天文学家发现的成千上万颗遥远恒星周围的行星上又发生过多少次生命的起源呢？而且，这些微生物又有多少进化成了和我们一样的生物呢？

在火星上寻找生命最好的方法就是发现一个多触角的东西从岩石后面跳出来向我们挥手：“欢迎，地球人，我在这里！”，就好比科幻作家想象中的画面。第二个好方法是，一个巡视器捡起的土壤样本里看到一些扭动的微生物。

但是火星表面是一个极端恶劣的环境，如果生命的迹象存在或曾经存在，可能也很难被发现。但这并不意味着没有更好的办法去寻找它。

1|寻找岩石中的结构

在地球上，这意味着寻找化石。“恐龙骨骼，”欧洲航天局（ESA）的火星天文生物学任务（ExoMars）项目的科学家豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说，“如果你看到类似的东西，你可以说它曾经存在过。”

但是遗憾的是，这并不适用于微生物。“你需要一台电子显微镜去观察他们。”豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说，“但是你无法带它去火星。”即使你可以，“它们是小棒状和球体，但是有各种与生命无关的演化过程可以产生棒状和球体。”

图解：迄今为止，对火星的密集监测中未能提供现在和过去存在生命的证据。

美国宇航局（NASA）

这正是1984年面临的问题。当时科学家在南极洲的艾伦山地区发现了一颗1.9千克的陨石：这颗陨石被证明是由一颗古老的小行星撞击火星表面喷出的碎片。

当电子显微镜图像显示看起来有很像棒状结构的化石微生物时，科学家们兴奋不已，甚至美国总统比尔·克林顿（Bill Clinton）在白宫简报中都谈到了此事。然后一切都破灭了。

“很快就发现它与火星的生命无关。”美国宇航局（NASA）位于加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室（JPY）的澳大利亚地质学家兼天体生物学家的阿比盖尔·阿尔伍德（Abigail Allwood）说，“这可能是受到了地球岩石的污染，或者它并不是生物。”

阿比盖尔·阿尔伍德（Abigail Allwood）说，从那时起，艾伦山陨石中的其他特征被认为是生物的起源，但是由于地质构造过程中也会产生这些特征，因此被否决。

她说，火星陨石只是被破坏的地质环境下的普通岩石。“如果我们对于岩石形成的背景有所了解，”她补充说，“我们就能确认正确的是生物学或者非生物学假设。但是对于陨石来说存在的问题是我们没有这种背景。”

然而，这个问题并不存在于在火星表面运行的火星车上，它能够探测到整个微生物群落留下的印记。“不仅仅是一种微生物，”豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说，“而是成千上百种。”

类似的地层已在地球上发现，如在西澳大利亚皮尔巴拉地区，由阿比盖尔·阿尔伍德（Abigail Allwood）带领的团队发现了发现了称为叠层石的特征——由单细胞生物垫形成的丘状结构——在岩石中有34.3亿年了。

豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）认为在火星上也发现了类似的地层，尤其是在曾经靠近喷灰的火山的湖底。“如果存在生命，那么灰烬的沉淀方式将有所不同。”他说，“如果没有生命，灰烬将沉淀在底部，并形成大致水平的一层。”

但是如果湖底有微生物菌落，这些微生物可能会将沉淀的颗粒捕获，从而形成类似叠层石的结构。“这是一个告诉你微生物存在的印记。”

2|古代岩石中的生命信号

和寻找化石一样，我们也能寻找到含有与生命有关的化学物质的岩石。

科学家并不是寻找与我们自身脂类、蛋白质和DNA相同的化学物质，而是寻找任意可以代替火星生命的化学物质残余物。2017年豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）及其同事表示，这些残余物可以在十亿年里保持不变，并且有四个与众不同的特征。分别如下：

纯手性

许多有机分子的形状是不对称的，就好比是我们的“左手”和“右手”。非生物过程往往使它们产生相同的数量。生物却只产生一种或者相反的物质。但是好奇号探测器并不具备测试在火星上发现的有机化学物质的手性的能力。

分子结构和质量的“聚簇”

地球生命倾向于偏向于有限尺寸范围的构造块。例如，脂质倾向于聚集在14至20碳范围内，即使没有理论上的原因，它们不具有更多或更少数量的碳。同样，我们的DNA和RNA使用的五个核苷酸碱基（四个用于DNA，另一个用于RNA）的分子量在112和151之间，而我们用来制造蛋白质的氨基酸的分子量范围为75到204。“如果你发现有化合物的‘岛屿’，”豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说，“这种聚簇是一种生物印记。”

重复分子亚基

我们知道生命就像在制作化学制品一样，每次增加一个子单元。我们在蛋白质和DNA中看到了这一点，但它也出现在较小的分子中，如脂质，它们以双碳单元组装 - 这意味着它们往往具有偶数碳（14，16，18等）。类异戊二烯 - 精油和色素的成分，包括叶绿素 - 组装在五碳亚基中。即使这些化学品随着时间的推移而分解，它们的降解产物仍保持相似的模式。“除非涉及到生命，否则这种情况不会发生。”豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说。

同位素比率

我们熟知的生物的产生与简单的工作不同，他们由不同的重要的同位素化合物组成，例如碳。非生物却没有这个特点。在地球上，最常见的是碳的两种稳定同位素12C和13C，较重的13C同位素并不受欢迎。影响并不大，但足够测量，这两种同位素的比例可用于确定含碳化合物是否具有生物或非生物来源。甚至可以用来确定运动员体内中的类固醇和激素是由实验室合成的药物作用，还是由自身产生的，由此可以判断他们是否作弊。在火星上，与其背景相比，12C / 13C比率的任何变化都将是由生命产生的重要标志，而不是地质。

3|嗅探甲烷

当然，在未来探测器可能会发现活的有机体，而不是以前的岩石中含有的降解的化学物质。但着并不是问题，豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）说，“如果你有一个有效载荷，旨在寻找过去的生命的迹象是具有挑战性的；而如果你要拿起一个含有活的微生物的样本，就好比在公园散步去检测那些化学成分一样简单。”

但另一种寻找现有生命迹象的方法是测试火星大气中的甲烷。在地球上，甲烷主要由生物活动产生，从牛的屁到植物的分解。有些也是由地址的变化产生的，例如水与一种叫做橄榄石的矿物在一种叫做蛇形化的过程中的相互作用，因为它产生了被称为蛇纹石的绿色岩石。

喷气推进实验室（JPL）的科学家克里斯韦伯斯特（Chris Webster）说，2004年欧洲宇航局（ESA）的火星快车号轨道探测器在火星的哥哥地方探测到了甲烷的痕迹，但是令人沮丧的是，都是偶然的发现，并没有长期发现。

之后，在2018年，克里斯韦伯斯特（Chris Webster）报告说，好奇号火星探测器进行了6个地球年的测量（三个火星年），发现大气中的甲烷水平在夏季达到峰值并在秋季和冬季下降—— 这可能会也可能不会表明存在由甲烷产生的微生物在温暖的天气中醒来，然后在冬天重新进入冬眠状态。“这是我们第一次在甲烷故事中看到可重复的东西，”克里斯韦伯斯特（Chris Webster）说，“但我们不知道它是来自岩石化学还是微生物。”

美中不足的是。几个月后，在华盛顿特区举行的2018年美国地球物理联盟年会上，豪尔赫·瓦戈（Jorge Vago）的团队报告说，自2016年起一直在火星上空盘旋的欧洲航天局（ESA）的微量气体探测器，无法在火星大气中的任何地方找到可测量的甲烷。这并不意味着它不会在局部性的出现，例如好奇号在盖尔环形山上发现的，但这确实引起了对它们在全球范围内的突出程度的质疑。

4|挖掘，生命

科学家们同意的一点是，如果火星上有甲烷，或者是由于微生物活动的季节性变化，或者是地表能够使气体从更深处逃逸的能力的季节性变化，它可能从地下渗透。

我们还知道火星表面非常不适合居住，这是因为火星的大气十分稀薄，无法阻挡强烈的辐射和高浓度的氧化化学物质，如高氯酸盐。来自加拿大安大略省约克大学的行星科学家 约翰·摩尔斯（John Moores）说，“我们一般使用高安酸盐来灭菌。”

我们需要在地表下方，超出有害辐射和氧化剂的范围内进行探测。美国宇航局的视野号着陆器于2018年11月26日着陆，并将开始通过窃听地震的地震回波——火星地震 ，其振动可以揭示火星内部的大部分构造。但其结果将主要引起深层内部地球物理学家的兴趣。喷气推进实验室（JPL）的行星科学家兼物理学家弗拉达斯塔门科维奇（VladaStamenković）说，下一步他们将使用遥感来寻找可能有水的地方，然后尽可能深地钻探。

这听起来像是一项艰巨的任务，但实际上并不需要将大量的建筑材料运到火星上并建立类似于石油井架的东西。相反，弗拉达斯塔门科维奇（Stamenković）说，可以用一种叫做电缆钻的东西来完成。他说：“你可以将电线钻得越来越深。并且这些电线有一公里长，重量不到一公斤。”他和同事在今年1月的自然天文学论文中写道，通过压缩火星大气中的二氧化碳并用它来代替传统的钻井液冲洗材料，并将材料冲洗回地表。这样将节省载重。

每个人都在猜测在那里能找到什么。在2018年的自然地球科学论文中，另一个由弗拉达斯塔门科维奇（VladaStamenković）领导的研究小组认为，我们可能会钻探一个不仅能够支持产生甲烷的细菌，还能支持有氧生命的区域。

目前，氧气只占火星大气的0.145％（相比之下，地球的氧气占其21％），但在已知发现的地表附近的温度和压力条件下，弗拉达斯塔门科维奇（VladaStamenković）的团队计算得出，大量巨大的气体可能溶解在火星的地下水中——这远远超出了需要支持像地球海绵一样复杂的好氧生物的氧气含量。

氧气并非是这些生物体唯一需要的东西。“对于有氧生命还有许多其他的必要物质，”西雅图华盛顿大学的行星科学家卫·凯特琳（David Catling）说。但是，为了支持相对复杂的生态系统，今天火星可能存在足够多的氧气的想法令人兴奋。

5|古代大气的痕迹

无论你实在寻找现存的生命还是在寻找过去生命存在的痕迹，最主要的问题是火星的大气层是否足够厚，以至于可以保持生命形成所需的热量。

有大量的地质证据表明火星曾经足够温暖，有液态水。但这是发生在很久以前，或者是在间歇性的时代？约翰·摩尔斯（John Moores）说，这是一个悬而未决的问题。

进入火星大气和挥发性演化（MAVEN），这是一个自2014年以来一直在火星轨道运行的美国宇航局（NASA）太空船，它旨在研究火星大气如何与星际空间的相互作用。科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的首席研究员布鲁斯雅科斯基（Bruce Jakosky ）说：“我们已经能够确定火星中的大部分大气已经丢失了。”

这听起来像是一个火星最初拥有厚厚的大气层的证据，可能经过了一段时间的侵蚀，才使得火星进入深度冻结状态。但事实并非如此，火星大气层有时可能很厚，有时很薄，产生了约翰·摩尔斯（John Moores）提出的间歇性变暖和降温。

“把它想象成钱包中的钱，”布鲁斯雅科斯基（Bruce Jakosky ）说。“你可以支付很多钱，但这并不能决定你在任何时候都有一点或那么多。你可能会不断地在自动柜员机上补充你的钱包，而且随时只需要几美元。“这对于这个星球是否在足够长时间里足够温暖让生命有一个开端有所不同。

6|选择合适的地方去探测

美国宇航局的下一个任务是发射2020火星探测器，它将前往一个45公里宽的盆地耶泽洛陨石坑（Jezero Crater）。之所以选择它，是因为它曾经有一个湖泊，并且有一条河流从周围的高地流入，形成了一个大三角洲。“三角洲非常擅长保存生物印记，[是的]湖水中，或沉积物与湖水之间的地方可能存在的生命证据，或者可能是被河流冲入并沉积在三角洲的东西，项目科学家肯·法利（Ken Farley）在2018年末通过space.com的新闻发布会上说到。

但像耶泽洛陨石坑（Jezero Crater）三角洲这样的地方并不是唯一可能保留生命迹象的地方。新南威尔士大学澳大利亚天体生物学中心主任马丁·范克兰登克（Martin van Kranendonk）表示，也有可能在其他生命可能起源的地方寻找生命迹象。

科学家曾经认为，这些地方将是海底热液喷口，重要的化学物质从地壳深处排出。但是目前的理论显示，像美国黄石国家公园那样的温泉池可能会成为更好的候选者，因为海底通风口可能排放许多有趣的化学物质，但它们没有太多时间形成更复杂的前生物。“他们只是消散和消失，”马丁·范克兰登克（Martin van Kranendonk）说。

另一方面，温泉池中现在没有出现这样的问题。它们还经历波动的水位，产生改变的湿和干循环——正如实验室实验所表明的那样，需要使小分子连接到更大的链条。“他们是复杂的机器，”马丁·范克兰登克（Martin van Kranendonk）说。

这些温泉也生产矿物二氧化硅，马丁·范克兰登克（Martin van Kranendonk）将其描述为“地质世界的埃及坟墓。它完美地保留了特征，包括生命迹象“。

此外，他们知道火星上也存在温泉，因为2007年美国宇航局的勇气号探测器在古谢夫陨石坑哥伦比亚山地区的一个名为Home Plate的地方发现了一个残余物。“我们认为火星上可能存在第二个生命的起源，因为它具有被认为地球生命形成的正确的成分，”马丁·范克兰登克（Martin van Kranendonk）说。

火星上有没有第二个起源？我们目前还未找到准确的证据。

如果生命仍然存在，它很可能在地下足够远的地方，这使得我们以前使用的轨道仪器和探测车是无法观察到的。但这并不意味着它不存在。到目前为止，我们还没有找到任何真正的曾经生命存在的痕迹，也没有提供很多证据证明它不存在。即使在地球上，古生物的踪迹也十分稀少和零散。

如果我们有一天能找到这样的痕迹，科学的格言之一是，非凡的主张需要非凡的证据。对于火星上的生命而言，喷气推进实验室（JPL）的阿比盖尔·阿尔伍德（Abigail Allwood）说，这意味着“你能想到的每一个生物学假设”在被接受之前必须被排除在外。没有假设，但是，或者可能有。火星上生命的存在需要绝对的证据。

这是一项艰巨的任务，但不是不可能，阿比盖尔·阿尔伍德（Abigail Allwood）认为。“如果有生命，我认为证据会存在，”她说。“问题在于我们能做到什么。”

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine- Richard A. Lovett- STAR

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