火星上有生命存在嗎?讓我們來分析一下證據

自從19世紀以來，人們一直沉迷於在火星這個「紅色星球」上尋找生命的痕跡，但是「火星上存在生命」這一假設是否有任何真正的基礎依據，理察·A·羅夫特從數據中篩選證據。

證據的搜索還在繼續。美國宇航局的InSight著陸器於2019年2月12日在火星表面上放置了他的熱探針，也被稱為熱和物理的屬性包。

圖片來源：美國宇航局

1877年，義大利天文學家喬範尼·夏帕雷利將他的21.8釐米的望遠鏡放在火星神秘的磁碟上——當時這是最好的望遠鏡。

科學家們早就知道，火星本身就並不是一個單純存在於天空中的光點，而是一整個世界，但是夏帕雷利是第一個嘗試對其進行詳細繪製的人。

他觀察到了黑暗的區域，並且認為這些區域是海洋，由數百裡長的線性特徵相連。他將這些線性特徵成為卡納利，從技術層面上來講，這一術語的含義是：渠道，但是在英語裡被翻譯成「運河」。

在19世紀的70和80年代，夏帕雷利一次又一次地繪製了火星的地圖，並說服自己說運河系統正在迅速地擴張——就像先進的文明正在拼命地試圖在乾旱地情況下保持其供水一樣。

圖為火星地圖變化

來源：騰訊新聞

甚至是在當時那個年代，夏帕雷利的許多同事還是十分質疑他的這一假說，美國天文學家戴維·溫特勞布，在其2018年發表的 著作《火星上的生命》（普林斯頓大學出版社）中提到，這些特徵是否僅僅是夏帕雷利的望遠鏡存在光學上的設計不良或者是他的錯誤猜想導致的。

但是夏帕雷利的觀點激發了公眾的想像力。其他人甚至表示，這一顆「紅色的星球」，之所以有這樣紅的顏色是因為它富有茂盛的植被，就像它被日本的楓樹覆蓋了一樣。1938年，奧森·威爾斯的電臺改編的《世界大戰》的廣播劇使成千上萬的聽眾驚慌失措，該廣播劇使聽眾們堅信火星的使人致死的「魔法棒」就要出現在自家門口了。1976年，當美國宇航局的維京1號人造衛星拍攝了第一張火星的清晰的圖像的時候，一個被稱為是「火星上的面孔」的照片作為「類似人類的外星人曾經存在於我們的相鄰行星——火星」的證據，刊登在小報上，成為轟動一時的新聞，並製造了巨大的反響，甚至使古埃及人蒙羞。

現在我們知道了，所謂「火星上的面孔」，像是運河一樣，也是光影和我們玩的「小把戲」。但是，在火星上尋找生命的過程仍在繼續。軌道飛行器和著陸器已經證明了，火星曾一度與地球存在諸多相似的地方，一樣有海洋、湖泊和河流，此外，火星上還擁有比今天地球的薄膜還要濃密的大氣層。

現在，關於這顆「紅色星球」，最早的紀元被官方命名為「挪亞人時期」——這一命名來源於使人想起大量的水的圖像。

如今，關於火星最迫在眉睫的問題不是是否曾經有適合人類居住的環境——實際上，在遙遠的過去的各個時期裡，它確實是適宜人類居住的——但是，現在的問題是，火星是否可以在氣候變得過於寒冷和乾燥前，使得生命得以延續和生存。如果火星可以的話，那麼這將是天體生物學家稱之為生命「第二個起源」的證據（第一個起源是源於我們自己）。

即使是第二種起源，也永遠不會超出單細胞微生物的範疇，這也意味著在我們自己的太陽系中，生命的數量增長了至少兩倍。如果這發生在這裡，它將多久會在天文學家們一直尋找的行星上，圍繞著遙遠的恆星旋轉著發生一次呢？以及，其中的某些微生物大概多久才能演變成我們這樣的生物呢？

在火星上找到生命的最簡單的方法是，是否存在一個，來自科幻小說家的夢中的類似有多個觸手的什麼東西，從巖石背後跳出來，向我們招手：「歡迎光臨，地球，我在這裡！」第二簡單的方式則是，是否流浪者可以挖出一些土壤樣本，並有一堆蠕動的微生物存在於在這些土壤樣本中。

但是火星的表面是一個極其惡劣的環境，如果存在或者曾經存在過生命的跡象，可能都很難發現。但是這並不意味著一點可行的尋找方法都沒有。

1 |尋找巖石中的結構

在地球上，這意味著化石，也就是「恐龍的骨頭」，歐洲航天局ExoMars項目的科學家喬治·瓦格說，「如果能看到任何類似的東西，這就可以表明他還活著。」

但是可悲的是，這並不適合微生物。因為瓦格說，「我們需要一臺電子顯微鏡才可以觀察到微生物，然而火星上沒有電子顯微鏡。」即使我們可以把電子顯微鏡帶到火星上，「微生物們也都是很小的杆和球，並且與生命無關的所有過程都能產生杆和球。」

迄今為止，對火星的密集檢測至今都無法為「火星上存在生命」這一假設提供證據。

圖片來源：美國宇航局

1984年，科學家在南極的艾倫丘地區發現了一個1.9千克的隕石，而這一隕石被證明是古代小行星從火星表面炸掉的碎片。

然而當電子顯微鏡的圖像顯示出類似於化石微生物的棒狀結構時，科學家對這一結果感到十分興奮，甚至於當時的美國總統比爾·柯林頓在白宮簡報中也提到了這一點。然而這一切都落空了。

「它很快就被證明這與火星上是否存在生命無關。」位於加利福尼亞州帕薩迪納的美國宇航局噴氣推進實驗室的澳大利亞地質學家和天體生物學家阿比蓋爾·澳爾伍德說，「這要麼是巖石的陸地汙染，要麼就不是生物汙染。」

這件事之後，澳爾伍德說，艾倫丘隕石的其他特徵被認為具有生物學起源，但也可能因為，被認為是地質過程的結果而被科學家們否定。

她認為，這一問題的根源在於，火星隕石僅僅只是被從其地質環境中剝離出來的巖石。澳爾伍德還補充說：「如果我們對巖石形成的背景有所了解，那麼我們將能夠確定生物學或非生物學假設是否正確。隕石的問題是我們在地球上沒有那樣的形成環境。」

但是，此問題不適用於在火星表面運行的漫遊者，漫遊者可能能夠檢測到整個微生物菌落留下的痕跡。瓦格說，「不僅僅只有一種微生物，而是數十億種的微生物。」

在地球上發現了這樣的地層，澳爾伍德領導的團隊正是在諸如西澳大利亞的皮爾巴拉地帶等地方，在34.3億年前的巖石中發現了稱為疊層石的特徵——由單細胞生物墊形成的丘狀結構。

瓦格表明在火星上也可以找到類似的地層，特別是在曾經是湖底、靠近噴灰火山的地區。他說，「如果有生命，菸灰的沉降方式會有所不同，各個地層將會形成大致水平的地平線。」

但是，如果湖底有微生物菌落，那麼這些微生物就會捲起來，將沉積物的顆粒捕捉到疊層石狀的結構中，「會有一種印跡表明，微生物們就在那裡。」

2 |古代巖石中的生物特徵

能找到含有與生命有關的化學物質的巖石，這幾乎和發現化石一樣，是值得高興的事情。

科學家們並不是要尋找與我們自身存在的脂質、蛋白質、DNA同類的化學物質，相反的是，他們將會尋找火星上的生命用來替代此類化學物質的殘留物。瓦格和其同事們在2017年發表稱，這些殘留物質可能難以保存數十億年，但是即使它們與地球上的生命的化學構造完全不同，他們有四個特徵可以使他們長存。這四個特徵分別是：

同手性：

許多有機分子都是不對稱形狀的，這意味著它們有「左手」和「右手」兩種形式。非生物過程往往會產生相同數量的生物。而生物的過程則只會產生一個或者其他的生物。儘管好奇號漫遊者在火星上發現了有機化學物質，卻沒有檢測它們手性的能力。

分子結構和質量的「聚類」：

地球的生命傾向於在限制的尺寸範圍內構建基塊。例如，儘管沒有理論上的缺陷，脂質不具有更多或者更少的碳原子，但是它們的碳原子數量都傾向於在14-20個之間。同理，我們的DNA和RNA使用的五個核苷酸鹼基（四個用於DNA，另一個在RNA中）的分子量在112到151之間，而我們用來製造蛋白質的胺基酸的分子量則是75-204。瓦格說，「如果您發現有化合物的『孤島』，那麼這種聚類就是一種生物特徵。」

重複分子亞基

正如我們所知，生命將化學物質製成碎片，一次添加一個子單元。我們在蛋白質和DNA中看到了這一點，但它也以較小的分子（如脂質）的形式出現，它們以兩個碳原子的單位組裝-意味著它們傾向於具有偶數個碳原子（14、16、18等）。類異戊二烯-精油和色素的成分，包括葉綠素-被組裝成五碳亞基。即使這些化學物質隨時間分解，它們的降解產物仍保持相似的模式。瓦格說：「除非涉及生命，否則這一切都是不會發生的。」

同位素的比例

至少在我們所認知的範圍內，生物過程的各種工作方式略有不同，其化合物包含重要原子——比如碳原子，的不同同位素。非生物工作過程則不會有這種傾向情況。在地球上，最明顯的例子就是碳的兩個穩定同位素：12C和13C，而較重的13C的同位素則不受歡迎。這種影響雖然不大，但通過測量這兩種碳元素的同位素的比率，就足以確定含碳化合物的來源是生物來源還是非生物來源。這甚至可以用來確定懷疑，運動員使用藥物作弊的相關物質：類固醇和激素是實驗室合成的還是由自己的身體產生的。在火星上，任何相較於背景水平的，12C/13C的比率變化都將是有生命存在的跡象，而不是地質活動的標誌。

3 |甲烷吸氣

當然，未來的漫遊者可能會挖出活的生物體，而不是古代巖石中降解出來的化學物質。但可以很確定的是，「如果你的有效載荷可以檢測到過去生活中更具有挑戰性到跡象；如果你想要採集到含有微生物的樣本，那麼僅僅是在公園裡散個步就可以檢測出其中的化學成分。」瓦格這樣說道。

但是尋找到現存的生命跡象的另一種方法則是：測試火星大氣中的甲烷含量。在地球上，甲烷主要是由生物活動產生的，包括牛放的屁到正在分解的植物等等。但是甲烷也可以由地質的活動過程產生，例如水和一種叫做橄欖石的礦物在蛇化過程中產生相互作用，因為在這一過程中會產生綠色的巖石，被稱為蛇紋石。

圖為：火星大氣

圖源：新浪

JPL科學家克裡斯·韋伯斯特說，2004年，ESA的火星快車軌道飛行器在地球各處發現了甲烷的痕跡，但令人沮喪的是，因為每一次勘測到甲烷都是一次性事件，沒有可辨認的模式。

緊接著，在2018年，韋伯斯特報告說，好奇號火星車經過了六個地球年（三個火星年）的測量，發現甲烷的大氣水平在夏季達到峰值，並會在秋季和冬季有所下降——但這並不一定是在表明甲烷可以產生微生物，而這些微生物則在溫暖的天氣中醒來，在冬天的時候進入冬眠狀態。韋伯斯特說：「這是我們第一次在甲烷的產生過程中看到多次重複出現的東西，但是我們並不知道，它是來自巖石化學還是微生物。」

但是這一發現出現了一些問題。幾個月後，在華盛頓特區舉行的美國地球物理聯合會的2018年會上，瓦格的團隊報告說，自2016年以來，一直在火星上空飛行的ESA的「痕量氣體軌道飛行器」無法在火星大氣中的任何地方找到可測量的甲烷量。但是這並不意味著就不可能出現局部膨脹的現象，例如好奇號火星車在大風火山口中觀察到的，但這確實引發了人們對甲烷在全球範圍內的顯赫性的疑問。

4 |繼續深挖

科學家們一同認同的一件事是，如果火星上存在甲烷，則可能是由於微生物活動的季節性變化，或者更可能是由於地表允許氣體從更深處逸出的能力，在隨著季節發生變化，導致甲烷從地下滲出。

我們還知道，火星的表面是極度荒涼的，這是由於火星的大氣太過於稀薄，以至於無法阻擋強烈的輻射和高濃度的氧化性化學物質（例如高氯酸鹽）。 「我們使用高氯酸鹽進行滅菌。」加拿大安大略省約克大學的行星科學家約翰·摩爾斯這樣說。

科學家在土衛二和火星上定殖微生物

圖片來源：SPACE

我們所需要做的是關注火星表面上下面的物質，而不是破壞性的輻射和氧化劑。 美國宇航局的InSight著陸器於2018年11月26日降落，將通過監測火星地震的地震回波開始這一過程，地震回波的振動可以揭示火星內部的許多情況。但是這一過程的結果將是深部地球物理學家最感興趣部分。JPL的行星科學家和物理學家弗拉達·斯塔門科維奇說，下一步就是使用遙感技術尋找可能有水的地方，然後儘可能深入地進行鑽探。

這聽起來就像是一項非常艱巨的任務，但實際上，我們並不需要將數噸的建築材料運到火星上，也不需要設置類似於石油井架的東西。相反，斯塔門科維奇說，這可以通過稱為「電纜鑽」的方法來完成。他說：「我們可以深入到和導線一樣的深度。」「有些電線的長度不到一公斤。」斯塔門科維奇和他的同事在今年1月的《自然天文學》上寫道，還可以通過減輕重量的方法：具體的做法是壓縮火星大氣中的二氧化碳，並用它代替傳統的鑽井液將物質衝洗回地面。

可能有人會猜到。但是在《自然地球科學》2018年的一篇論文中，由斯塔門科維奇領導的另一個團隊認為，我們可能會鑽探到一個不僅有能夠生產甲烷的細菌，而且還能支持有氧生命的地區。目前，氧氣僅佔火星大氣層的0.145％（相比之下，地球佔21％），但是斯塔門科維奇的小組通過計算得出，在已知地表附近發生溫度和壓力的條件下，令人震驚的是大量氧氣可能會溶解在如鹽水般的火星地下水中——這遠遠超出了支持像地海綿一樣複雜的需氧生物的能力。

並不是說氧氣是這些生物唯一需要的東西。 「有氧生活還有許多其他要求，」西雅圖華盛頓大學的行星科學家戴維·卡特林說。但是，今天那裡可能有足夠的氧氣來支持相對複雜的生態系統，而這一想法，著實令人興奮。

5 |原始空氣中的痕跡

無論您是要尋找現今的生活還是長壽的徵兆，主要問題是火星大氣層是否足夠厚，足以加熱地球，使其有形成現在生活的機會。

有大量的地質證據表明，火星曾經具有十分高到溫度，到存在大量液態水。但這是在很長一段時間內存在的現象還是僅僅是在短期內發生的？摩爾斯說，這是一個懸而未決的問題。

這是美國宇航局自2014年以來一直在繞地球運行的太空飛行器：火星大氣層和揮發層演化（MAVEN），這一太空飛行器主要用於研究火星大氣層與行星際空間如何相互作用。科羅拉多大學博爾德分校大氣與空間物理實驗室的首席研究員布魯斯·雅科斯基說：「我們已經能夠確定的是，火星的溫度現在已經沒有那麼高了。」

這聽起來像是，火星在最初存在十分厚實的大氣層的證據，大氣層可能需要一段時間才能被侵蝕，而被侵蝕後的大氣層則足以使地球陷入深度冰凍。但這目前並無定論。火星大氣有時可能很厚，有時又很稀薄，這也就是為什麼摩爾斯會提出火星存在間歇性變暖和變冷現象。

「把火星的大氣層視為我們錢包裡的錢。」 捷克斯基這樣說道：「我們可能會付出很多錢，但這並不能決定我們是否有足夠的時間。我可能會不斷地從ATM機中提取現金，但是我們的錢包裡依舊有可能，隨時都只有幾美元。」地球是否足夠溫暖，一小段時間足夠長，生命是否有現實的開始生存下來的機會，這可能都是火星上可以存在生命的至關重要的因素。

6 |選擇合適的地方尋找

美國宇航局的下一個發射器，即「火星2020」火星探測器，將前往一個45公裡寬的盆地，即火山口湖。之所以選擇它，是因為它曾經是一個湖泊，一條河流從周圍的高地流進來，形成了一個大三角洲。「三角洲非常善於保存生物特徵，而生物特徵的證據可能存在於湖水中，或沉積物與湖水之間的界面，或者可能是被河水衝刷的生物中的生命。根據天文在線發布的新聞稿，項目科學家肯·法利在2018年末的新聞發布會上這樣說道。

但是像火山口湖三角洲這樣的地方並不是唯一可以保留生命跡象的地方。新南威爾斯大學澳大利亞天文生物學中心主任馬丁·范·克蘭東克表示，也有可能是在類似起源生命的地點中尋找生命跡象。

科學家曾經認為，這些地方本來是海底熱液噴口，在那裡，有重要的化學物質從地殼深處排出。但是目前的理論認為，像美國黃石國家公園那樣的溫泉池可能是更好的選擇，因為儘管海底通風口可能散發出許多有趣的化學物質，但它們沒有太多時間來形成更複雜的益生元。 範·克蘭東克說：「它們只是消散、然後消失。」

圖為：美國黃石公園溫泉池

另一方面，溫泉池沒有這種問題。他們還經歷了水位的波動，從而導致乾濕循環的變化——實驗室通過實驗表明，正是這種情況使小分子連接到越來越大的鏈中。範·克蘭東克說：「它們是複雜的機器。」

這些溫泉還產生二氧化矽礦物，範·克蘭東克將其描述為「地質世界的埃及墓」。它完美地保留了特徵，包括生命的跡象。」

此外，據稱它們還存在於火星上，發現了2007年美國宇航局的「精神漫遊者」漫遊者在古瑟夫撞擊坑哥倫比亞山地區的一個名為本壘板的位置發現了其中的一個殘餘物。範·克蘭東克說：「我們認為生命的第二次起源可能是在火星上發生的，因為它具有與現在認為的，地球大氣組成成分有關的成分。」

那麼火星上是否存在生命第二個起源？我們目前擁有的唯一證據是我們尚未找到它。

如果生命仍然存在，它很可能已經退至地下十分遠的地方，以至於我們迄今使用的那種軌道工具和漫遊車是看不見的。但這並不意味著它不存在。到目前為止，我們還沒有發現任何古代生命的真實特徵，也沒有任何事實證明它不存在。即使在地球上，古代生命的痕跡也很少見且分散。

如果有一天我們發現了這樣的痕跡，那麼科學的頌歌之一就是，非同尋常的主張需要非同尋常的證據。對於火星上的生命，JPL的艾爾伍德表示，這意味著「必須接受的每個生物學假設」都必須被排除在外。沒有如果、但是和或許。關於火星生命的證據將需要絕對證據。

這是一項艱巨的任務，但艾爾伍德認為，這不可能。她說：「我認為只要生命在那裡，證據就在那裡。」 「這取決於我們能完成的工作。」

作者: Richard A. Lovett

FY: milkteaa

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