NASA的新發現足以證實火星存在生命嗎

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作者：李會超

中國科學院國家空間科學中心

空間天氣學國家重點實驗室

在偵探小說中，對於撲朔迷離的奇案，精明的偵探們往往能夠根據與罪案相關的蛛絲馬跡，找到破案的線索，最終揭開案件的謎團。每一條線索雖然不能直接告訴偵探犯罪的過程是怎樣發生的，也不能立即確定罪犯到底是誰，但將種種線索背後的信息聯繫到一起後，就能展示案件背後的大圖景。今天，研究火星生命的科學家們正像那些偵探一樣，利用在火星工作的探測器傳回的科學數據，尋找生命曾經或現在在火星存在的線索，希望最終能夠理解生命在火星產生和存在的過程。

自人類能夠向火星發射探測器以來，對火星生命跡象的探測主要集中在水的存在、土壤和岩石中有機物等生命跡象的存在和大氣中甲烷等生物標記的存在這三個方面展開。對於水的存在，勇氣號、機遇號和好奇號火星車及火星全球勘察者等環繞火星的探測器已經找到了許多有力的證據。

（現今火星的環境並不適合生物體生存，人們早已經知道想像中的火星人是不存在的。）

6月8日，NASA宣布好奇號在火星土壤中發現了有機物分子，在大氣中發現了甲烷氣體含量的季節性波動，為火星生命探測的後兩個方面增添了新的進展。有關研究論文已經在《科學》雜誌上發表。本次的兩個發現都不能直接證明火星現在或從前存在生物體，但這些發現一方面為科學家們增加了新的研究素材，另一方面也為未來的火星探測任務指明了進一步探測的重點和方向。

撞擊坑中的有機物

對於地球上所有已知的生物，含有碳、氫、氧等元素的有機物是構成生命體的基本化學單元。因此，如果火星上存在有機物，則意味著火星上可能存在有適合生命產生的條件。早在上世紀七十年代，維京1號和維京2號火星著陸器就進行了有機物的搜尋，但卻並沒有發現有機物存在的跡象。進入21世紀後，對維京探測數據的深入研究發現，火星物質樣本在維京號儀器中進行分析的過程中，其本身發生的化學反應有可能使有機物分解。因此，維京號的探測結果並不能否定火星上有機物存在的可能。2013年，好奇號火星車探測器利用其安裝的火星樣品分析儀(SAM)，在耶洛奈夫灣採集的岩石樣品發現了有機物。然而，當時使用的分析方法還不足以釐清有機物到底是在樣品中原始存在，還是產生於儀器分析過程中的化學反應。

於是，在隨後的兩年中，科學家們將好奇號移動到了位於蓋爾撞擊坑中心的夏普山附近，對四個探測點沉積岩進行了取樣。一般認為，這裡的沉積岩由35億年前古湖泊底部的淤泥沉積而成。在此次探測中，SAM分析儀將樣品加熱到了500攝氏度以上。這樣的溫度已經足夠排除在分析過程中產生的有機物。經過仔細分析，科學家們確認了此次採集的樣品中噻吩（CH4H4S）和 二甲基硫醚（C2H6S）等有機物分子的存在，其丰度達到了10ppm，比之前探測到的有機物分度高出了100倍。這樣的有機物丰度與30億年前地球上的有機物丰度基本相當，可能意味著當時火星和地球上正在發生一些相似的生物過程。

（好奇號在夏普山附近工作時的場景）

此前，好奇號曾經在蓋爾撞擊坑中發現了液態水存在的證據，本次有機物的發現增加了蓋爾撞擊坑曾是火星生命溫床的可能性。然而，有機物的發現並不能直接證實生命在火星的存在。除了生命體本身，地質現象和隕石都可能帶來有機物，而目前的探測尚不能搞清有機物的來源。此外，科學家們也無法確定，在三十多億年的漫長時間中，這些有機物發生了怎樣的變化。

隨季節變化的甲烷

許多微生物活動都會釋放甲烷。例如，甲烷是沼氣的主要成分。在農業生產中利用糞便、秸稈和雜草發酵產生沼氣，依靠的就是一些細菌釋放甲烷的代謝過程。2003年，ESA的火星快車首次探測到了甲烷在火星全球的廣泛分布。據計算，由於甲烷在火星大氣中並不能長期穩定存在，火星上每年必須通過某些過程產生270噸的甲烷，才能維持火星大氣中的甲烷濃度，而火星上現在或曾經存在的微生物則被認為是甲烷的可能來源之一。

在本次公布的發現中，好奇號上的SAM儀器探測到了火星大氣中甲烷含量隨季節的穩定變化。在一個火星年（約等於兩個地球年）中，甲烷的含量在火星北半球的夏季達到最高，一年中的最高值大致是最低值的兩到三倍。科學家們推測，在火星的地表之下存在著豐富的甲烷儲藏，溫度的增高會使這些甲烷釋放到火星大氣中的速度加快，因此才形成了這種季節性的變化。雖然甲烷的季節變化是現在探測到的現象，但地下的甲烷儲藏究竟產生於什麼時間還不能確定。這些甲烷儲藏既可能在遠古時代就已經產生，隨著時間的推移而逐漸釋放，也可能產生於近期甚至現在。

（火星上甲烷含量隨季節變化的探測數據（標顏色的點）和擬合曲線（黑色實線））

由於微生物發酵產生甲烷的過程並不需要氧氣，產甲烷細菌可以生活在火星的地下，成為甲烷地下儲藏的產生者。然而，除了生物過程外，溫度較高的水和某些岩石的化學反應也能夠產生甲烷。和有機物的發現一樣，甲烷季節性變化的發現也只提供了火星生命探測的線索，無法直接證實火星上生命的存在。

謎題還待未來解開

雖然本次公布的兩個發現都不能直接證實火星上生命的存在，但它們為未來火星的進一步探測指出了更明確的方向。

今年4月剛剛在火星附近完成了軌道調整的「氣體追蹤軌道器」，將對火星上甲烷的全球分布進行比較精細的探測。一旦發現甲烷釋放量較多的區域，就可以將此處定為2020年發射的ExoMars火星車的潛在探測點。ExoMars火星車上裝備的儀器可以對甲烷中的碳元素同位素進行探測。由於生物過程和非生物過程產生甲烷時，甲烷中碳13同位素的含量存在差異，因此通過對甲烷碳13丰度的探測，就可以更確切的確定甲烷的來源，進而直接回答甲烷是否是由生物體產生這一問題。 本次對有機物的發現使科學家們對火星有機物的進一步探測更加具有信心。而發現有機物的遠古湖床，也有望成為ExoMars火星車進一步開展有機物探測的目標區域。

作者：李會超中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

文章來源：科工力量

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