火星生命

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好奇号在火星表面发现含硫有机物
艺术家的想像图,展示了火星被地球化后表面和大气的样子
中央为水手号峡谷,左侧可以看到塔尔西斯地区

火星生命英语:Life on Mars),有关火星生命。火星生命经常出现在群众娱乐中,如火星人。由于火星地球自然环境相似,且火星气候严寒,缺乏板块构造,无大陆漂移现象,因此地质几乎没有改变。至少有三分之二的火星表面拥有35亿年历史,因此很有可能保存生物形成前的状态。这些均引起了研究生命起源的学者对火星的兴趣。

2014年1月24日,NASA宣布正在探测火星好奇号机遇号将转向寻找古代生命存在的依据,包括自营生物化能生物、微生物、古代水域、湖积平原等迹象,以及在火星上寻找证明火星适居性、古生物化石、有机碳等证据,是目前NASA的主要目标之一。

2018年6月7日,美国太空总署宣布好奇号探测车在火星的古老湖床的岩石里发现有机物质,这可能对寻找生命给出重要线索。

概述

火星上是否存在生命,甚至是否存在象人一样有智彗的生物,是一百多年来人们十分感兴趣的问题。太阳系中火星比任何其他行星都更象地球。它比地球稍小,有被大气包围着的固体表面;有四季的交替和气候的变化;它的南北两个极冠各在夏天缩小,冬天扩大,象是冰雪的消融和冻结;火星上比较暗黑的区域(称“海洋”)颜色随季节发生深浅的变化,象是植物的生长和凋零。

1877年,斯基帕雷利报道他观测到火星的“运河”,以后又有人画出详细的火星图,并设想这些“运河”是“火星人”为了利用两极的冰雪灌溉干旱的低纬度地区而开凿的。这种说法曾轰动一时,但当时的许多天文学家对这种看法持怀疑态度。有人证明,“运河”是在人眼接近视力极限的情况下出现的错觉。二十世纪四十年代,苏联学者季霍夫认为火星上存在着植物;并认为火星上“海洋”的颜色随季节而变化是由于这些植物随季节而枯荣造成的。与此同时,也有人研究火星上存在动物的可能性。

近年来,通过行星际探测器的直接考察,为火星上是否存在生命的问题提供了很多资料。“水手号”探测器(特别是“水手”9号)拍摄的照片已证明“运河”是不存在的,“海洋”颜色随季节的变化完全是火星上的气象所造成。照片还表明,火星是一个极其荒凉的世界,那里没有液态水,大气极其稀薄,又非常寒冷。火星表面没有可以觉察到的植物或动物存在,目前它的外部条件也不适于较高级形式生命的存在。“海盗”1号、2号探测器1976年在火星上软着陆,主要目的是进行生物探测实验。两个探测器的着陆点,都是选择在估计水分较多、生命存在可能性较大的地方。两个探测器上装备的仪器从火星表面上取了土样,用14C作示踪原子、并用气相分析分光仪来寻找有机化合物的痕迹。实验结果表明:土样在实验期间发生了某种变化,但还无法完全肯定这种变化是由于土壤中微生物的新陈代射造成,抑或是土壤中某种化学过程的结果。不过,从两个探测器得到的结果来看,火星上存在生命的可能性是非常微小的。

早期的推测

模板:Double image

火星两极的冰帽早在17世纪中就已经被注意到。威廉·赫歇尔在18世纪末证实了冰帽的大小随着季节而扩张或收缩。到了19世纪中,天文学家也发现了火星其他与地球类似的特性,包括一个火星日的长度几乎与地球上的一天接近。还有火星的转轴倾角与地球接近,代表火星也有四季变化,不过因为一个火星年长度几乎是地球年两倍,季节长度也是两倍。这些观察使人开始猜测火星上的暗色区域或许是水,光亮的区域或许是陆地。因此很自然地人们开始想像火星适宜居住。

1854年,William Whewell,这位以发明英文“科学家”一词著名的剑桥大学三一学院的院士,提出火星可能有水,陆地及生命的理论。因为望远镜观测到火星上的运河,19世纪末冒出极多火星上有生命的猜测。这些像运河的地貌后来被证实只是光影造成错觉。即使如此,1895年美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔出版了“火星”一书,后来更在1906年出版了“火星与运河”一书,认为火星上的运河是一个早已消失的文明的杰作。这个概念后来被英国作家赫伯特·乔治·威尔斯在1897年写成小说世界大战,内容描述外星人因为火星逐渐乾燥而侵略地球的故事。

火星大气的光谱分析始于1894年,当时美国天文学家William Wallace Campbell发现火星大气既无水也无氧气。1909年,因为当年是自1877以来火星最接近地球的时候,加上性能更佳的望远镜,火星运河的假说被证明是错的。

适居性

化学、物理、地质及地理的属性形塑了火星的环境。

科学家仍不知道适合居住的行星需要的最少条件,但可确定超过下表中的一两项。

适宜性因子
模板:· 水活性(aw
模板:·过去/未来水或冰藏量
模板:· 盐度, pH以及Eh
化学环境 营养物:
模板:· C, H, N, O, P, S, essential metals, essential micronutrients
模板:·固氮
模板:·Availability/mineralogy
毒性多寡及致命程度
模板:· 重金属(e.g., Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd, etc., some essential, but toxic at high levels)
模板:· Globally distributed oxidizing soils
新陈代谢能量 阳光(仅表面或近表面)
地球化学(地下)
模板:· 氧化剂
模板:· 还原剂
模板:· Redox gradients
Conducive
physical conditions
模板:·温度
模板:·一天之中极端温度变化
模板:·低压(地球厌氧生物存活的低压极限?)
模板:·强烈的紫外线杀菌照射
模板:·宇宙射线and 太阳质子事件(长期累积的效应)
模板:·太阳紫外线造成的氧化反应,如超氧化物(O 2, OH2O2,O3
模板:·气候及变化(地理的,季节性的,一日之间的,甚至是轨道倾角变化)
模板:·Substrate(soil processes, rock microenvironments, dust composition, shielding)
模板:·大气高浓度二氧化碳含量
模板:·Transport(风化作用,地下水流,地表水,冰河)

过去

根据最近的行星模型显示,就算火星曾有浓厚的二氧化碳大气,早期的火星仍比地球寒冷。

现在

目前仍未发现火星生命或有机物的确切证据。

生命存在的可能证据

甲烷

火星北半球夏季时的大气甲烷分布。红色块(30ppb)约位于阿拉伯地

火星大气中含量为十亿分之一级(ppb)的微量甲烷,首次的发现来自2003年一支在NASA戈达德太空飞航中心的团队。2004年三月,火星快车号也支持甲烷的存在,浓度约10 ppbv。甲烷的存在十分吸引人,因为这是不稳定的气体,要存在必有某种来源。据估计,火星每年必须产生约270公吨的甲烷,但由小行星带来的只占0.8%。虽然地质活动也可提供,但火星近期缺乏火山活动热液活动热点等是甲烷来源的可能性就较低。

微生物(如甲烷古菌)也可能是来源之一,但尚未证实。

甲烷的分布不是全球性的,表示它在充分分布均匀之前就已被破坏,不过这也指出它必不时的释放至大气。目前计划于寻找可能的伴随气体,藉以推测来源的形式:在地球海洋中,生物产的甲烷常伴随着乙烯,而火山作用产生的甲烷则伴随着二氧化硫

2005年,研究发现橄榄石与水、二氧化碳于高温高压下蛇纹岩化(serpentinization)后可产生甲烷,过程与生物无关。在地表下几公里深即可满足反应的温压条件,且计算如果要维持目前甲烷浓度几十亿年,所需的橄榄石量并不多,增加了甲烷无机来源的可能。而如果要证明正确,就得发现此反应的另一产物蛇纹岩

欧洲太空总署发现甲烷的分布不均匀,但却和水气的分布相当一致。在上层大气这两种气体分布均匀,但在地表却集中在三处:阿拉伯地埃律西昂平原阿卡迪亚平原。西南研究学院的行星科学家David H. Grinspoon认为甲烷与水气分布的一致性增加了生物来源的可能,不过生命如何在火星如此不友善的环境下生存仍然未知。如果要证明甲烷的分布与生物有关,探测船或登陆艇需要携带质谱仪,分析火星上碳12碳14的比例(即放射性碳定年法),便可辨别出是生物还是非生物源。

2012年,火星科学实验室将会测量二氧化碳与甲烷中的同位素。

2013年9月19日,根据从好奇号得到的进一步测量数据,NASA科学家报告,并没有侦测到大气甲烷(atmospheric methan)存在迹象,测量值为0.18±0.67 ppbv,对应于1.3 ppbv上限(95%置信限),因此总结甲烷微生物活性概率很低,可能火星不存在生命。但是,很多微生物不会排出任何甲烷,仍旧可能在火星发现这些不会排出任何甲烷的微生物。

2018年6月7日,美国太空总署宣布,好奇号探测车在火星盖尔陨石坑帕朗丘默里构造底部的湖泊泥岩的岩石里发现有机硫分子。这可能对寻找生命给出重要线索。

参见