探寻火星生命

林扬挺

19世纪晚期，欧洲天文学家利用当时新研制的望远镜，发现火星表面的线性网状条纹，并把它们解释为“运河”，自此“火星人”成为科幻作品的主角;1976年，海盗1号（也称维京1号）在火星表面拍摄到一张酷似人脸的照片，再次引发人们对“火星人”的遐想。

自始至终，生命的探寻一直是火星探测的主要任务。一方面，科学探测的初始结果，基本上否定了火星高级生物的存在;另一方面，不断深入探测的发现表明，早期的火星环境完全满足生命的需求，甚至现代火星在地表以下的一些区域，仍存在宜居的环境。

生命探寻历程

·火星探测器搜寻生命信息·

从1960年苏联发射首颗火星探测器，至2018年美国国家航空航天局（NASA）洞察号在火星着陆，人类共进行了45次火星任务发射，成功率约50%，包括8次成功着陆。在这8次成功着陆中，除了洞察号任务以探测火星内部结构为主要目标之外，其他了次任务都把火星古环境探测和搜寻生命信息作为重要目标。为此，这些着陆器或火星车都把着陆点选择在最有可能发现生命的区域，例如古老的撞击盆地（可能是古湖泊）、古河口、火星南北交界带（可能是滨海带）等。

火星陨石NWA 7034，昵称“黑美人”（图片来源/Wiki）

为了探测生命，海盗1号、2号着陆器专门设计了微生物防护罩，以避免地球的微生物污染火星表面。但即便如此，维京号携带的色谱/质谱仪检测到的有机质，还是被认为来自地球的污染。好奇号火星车的主要任务是探寻火星的古环境，其着陆区位于盖尔陨石坑内。好奇号取得了众多与生命和古环境相关的发现，主要包括：火星大气中甲烷存在的确认;在火星土壤中检测到含氯有机质;原位分析了火星表面岩石的年龄，并在30多亿年的泥岩中分析出2.4%的水含量，以及氢的同位素组成;分析了火星大气的气体组成和碳同位素组成;证实盖尔陨石坑曾经是个古湖泊。

·火星陨石提供生命存在证据·

探寻火星生命的另一条重要途径是火星陨石。迄今为止，火星陨石仍是唯一能获得的火星样品，它携带了火星形成与演化的信息，以及火星古环境和可能的生命痕跡。目前全球已经收集到约300块火星陨石样品，其中5块是目击降落的陨石;其他主要发现于沙漠或南极，属于发现型陨石。

知识链接

目击降落陨石最大的特点是新鲜，它们是降落后不久即被发现和收集到的。而在沙漠或南极发现的陨石，由于降落的年代久远，受到不同程度的地表风化和污染，这对于火星古环境和生命的探寻可能产生明显的影响。

1815年，第一块目击降落型火星陨石降落在法国，但直到1983年这些陨石的火星来源才得到确认。1996年，NASA的科学家声称在一块南极火星陨石（ALH 84001）中发现生命存在的证据：在陨石中发现了碳酸盐脉以及相关的有机质，类似磁细菌中磁小体链的形态、磁铁矿和黄铁矿等。但是，大多数学者认为，除了碳酸盐脉，其他的证据有多种成因解释，甚至是污染或制样中产生的结果。2011年，一块火星陨石降落在摩洛哥沙漠，经过分析，中美科学家在该陨石中分别发现了有机质，这一发现是目前支持火星存在生命的重要证据。

宜居环境演化

行星环境的演化是生命起源、繁衍和进化的基础。因此，地外生命的探寻往往从研究行星的宜居环境开始。虽然火星曾经有过宜居的环境，甚至现代火星的地下也有满足生命的条件，但火星生命的探寻仍需找到生物本身或其遗迹才行。

·火星表面曾经有水存在·

水是支撑地球上生命的关键因素，因而也是探寻火星生命的主要线索。

火星陨石坑

火星轨道探测器获得的大量高清晰影像，显示了火星表面有水流形成的各种地形地貌;而火星轨道器上搭载的光谱仪，可以识别火星表面分布的各种矿物，特别是识别出石膏、碳酸盐、黏土矿物、赤铁矿等。这些矿物不仅佐证了水的存在（它们或是岩浆岩与水相互作用形成，或是从不断蒸发的水体中结晶出来），而且与地球上的矿物类似，可以帮助人们确定火星液态水的盐度、酸碱性等条件。

所有的探测结果都指示了火星表面水流的主要活动时期早于35亿年。后来，由于火星内部活动和火山喷发减弱、磁场消失、河流干涸，从30亿年以来，火星就基本上处于与现在相似的寒冷、干旱环境。火星上的水到底去哪儿了？科学家认为，消失的地表水，一部分以地下冰川和两极冰盖的形式存在，还有一部分被太阳风吹离火星而逃逸进太空。

·火星陨石记录古环境信息·

科学家通过对火星陨石的研究，发现在一些火星陨石中存在黏土矿物，以及脉状的碳酸盐、石膏等蒸发盐。更为重要的是，这些火星陨石从岩浆中结晶出来后，如果遇到地下水，就会通过水一岩反应记录地下水存在的证据等重要信息。

中国曾在南极格罗夫山找到两块火星陨石，分别命名为GRV99027（1999年发现）和GRV020090（2002年发现）。中国科学院地质与地球物理所的科研人员利用纳米离子探针，用束斑直径仅为100纳米的铯离子轰击GRV 020090火星陨石样品表面，分析水的含量和氢同位素氘/氢比值。分析结果发现，GRV 020090火星陨石记录了当时火星地下水扩散加入的信号，科研人员还根据水的扩散速度，得到扩散过程的时间长达25万年。这一发现证明，晚到1.8亿年前，通过岩浆的热量融化地下冰川，火星地下仍可以存在地下水活动，并且持续很长时间。同时，测出的地下水氢同位素很重，其氘/氢比值是地球的了倍。这说明曾有大量的水逃逸离开了火星（在逃离过程中，氢比氘丢失的更快，故留下水的氘/氢比值升高）。

·火星内部活动决定环境变化·

火星表面宜居环境的变化，主要受控于火星内部活动，是后者的外在表现，也是行星圈层相互作用的一个很好例子，对于认识地球环境的演化和生命出现提供了最好的类比。火星的直径约为地球的一半，其产生磁场的发电机很早就已停止工作。失去磁场保护的火星大气和电离层，在高速太阳风的侵蚀下，水和气体分子不断逃逸。

火星——人类未来新家园

人类渴望登上火星

生命探尋突破

·美国致力人类登陆火星·

2020火星采样返回毅力号（Perseverance）的任务是NASA火星探测长期规划的重要组成部分，其主要目标是回答天体生物学的关键问题——即火星生命的存在与否。该任务不仅要探索古老火星的宜居环境，还要探寻微生物本身的证据。

毅力号火星车将携带钻取装置，用来钻取最有可能保存生命痕迹的岩石或土壤的岩芯样品。这些样品会先贮存在一个地方，通过再发射一次火星任务，将样品带回地球，然后利用实验室中最灵敏、最准确、最高分辨的各种现代仪器进行分析研究。另外，NASA的下一个里程碑目标是人类登陆火星，发现火星微生物存在的直接证据，最终回答火星是否存在生命。

·中国首次自主火星探测·

中国将以嫦娥工程为起点，开展对整个太阳系的探测，而火星则是除月球之外的最重要探测目标。2020年了月，中国将首次自主探测火星，这是首次进行轨道器、着陆器、火星车三位一体的联合探测，将获得不同空间尺度上火星环境的同步参数以及火星古环境的信息，理解火星宜居环境的演化。另外，中国还规划了火星样品的采样返回任务，通过对火星岩石和土壤样品的分析，探索生命的痕迹和古气候环境的变化。

（责任编辑/康耀武 美术编辑/张小穗）