火星上可能存在富氧液態水

正如那些在黑爾火山口看到的那樣，流動的鹽水是可能導致火星斜坡上季節性地觀察到的深色條紋的原因之一。一項新的研究顯示，在火星表面或者近表面的某些鹽水可能富含大量的氧氣。該圖片是利用來自NASA火星偵察軌道器上裝載的高解析度成像科學設備採集的立體觀測和地形信息製作而成。

火星上有生命的可能性也許並不只存在於遙遠的過去。最新的研究顯示，與我們相鄰的星球可能在近地表的地方藏有富含氧氣的富鹽液態水，在整個星球上開闢了大量潛在的可棲息區域。雖然這些發現並沒有直接測量紅色星球上鹽水的氧含量，但它們是決定那裡是否存在生命的重要一步。

依賴氧氣的有氧呼吸是地球上現存生命的關鍵組成部分。在該過程中，細胞攝入氧氣並利用其降解產生的能量來驅動新陳代謝。火星上大氣氧含量太低，所以許多科學家否認了火星上存在有氧呼吸的可能性，但是該新研究將這種可能性重新帶回研究視野。該研究在十月22日的Nature Geoscience上發表。

「我們的研究成果完全顛覆了我們看待火星上的生命可能性和氧氣的作用。這意味著如果火星上存在生命，那它也可能呼吸氧氣，」NASA噴氣推進實驗室研究員，該研究的主要作者Vlada Stamenkovic說道，「我們現在有可能去弄清楚目前火星的可居住性。」

雖然火星現在是寒冷乾燥的荒漠，但它保留了大量的地表冰和一些液態鹽水。這些鹽水的高含鹽量降低了鹽水的凝固點，使得這些鹽水能在火星冰冷的表面保持液態。在他們新的研究中，Stamenkovi和他的同事們將氧氣溶解於鹽水中的模型和火星天氣模型相結合。模型的結果顯示，這些地表或淺地表的鹹水可以捕獲火星大氣中微薄的氧氣，從而產生一個微生物可以新陳代謝的水環境。根據這項研究，火星上的鹽水中目前的氧含量可能比早期地球還要高，地球的大氣在24億年前只含有極微量的氧氣。

該研究分析了火星上相對於太陽位置緩慢變化的傾斜角（一個被廣泛研究的現象直到今天還在被探索）是如何改變火星的平均氣溫，並檢驗了從過去兩千萬年到未來一千萬年的溫度變化。分析顯示這段時間伴隨的溫度變化可以使得鹽水從火星稀薄的大氣中吸收並保存氧氣。

模型的結果可能看起來過於偶然，但是該結果與在火星上的神秘發現保持一致。NASA的好奇號探測車已經確認了一塊富含錳元素的岩石，而錳元素一般需要關鍵的氧元素來形成。「地球上的錳元素的沉積直接的或間接的與生命密不可分，」 洛斯阿拉莫斯國家實驗室的行星地質學家Nina Lanza說。然而，這也不意味著是火星生命創造了那些錳沉積；也可能是火星在過去擁有比現在多得多的大氣氧。這也受到其他獨立證據鏈的支持。

反過來，一個擁有大量氧氣的古代火星需要有更厚的大氣層，或許厚得都能讓海水在地表沉積。根據多次火星探測任務的大量觀測，這是目前最受研究者們關注的火星歷史。

但是Stamenkovic表示：一片海洋、一個富氧的大氣層或者更溫暖的氣候可能都不是產生錳沉積的原因。也許是那些鹽水與岩石几百萬年的相互作用形成了富錳岩石，而且可能現在仍然在產生，這就排除了火星曾擁有類似地球那樣的海洋和大氣層的必要性。Lanza同意富錳岩石也可以在沒有海洋的火星上產生，但是提出這需要進一步研究。

亞利桑那州的行星科學研究院的火星水文學專家Steve Clifford並沒有加入該研究項目，不過他也沒有準備排除海洋在形成火星鹽水時的作用。「要形成鹽水就需要有水存在。」他說。Clifford指出，目前火星上無論存在什麼樣的水——研究者們認為這些水多到足夠覆蓋整個星球，即使沒有一千米深也至少有五百米深——都需要在早期的時候存在更多的水。這基本上可以確定火星有一個某種程度上的多水的過去。

無論火星上的鹽水是如何形成的，它們的存在和可能的氧合反應都明顯表明了過去被忽視的，過去甚至現在可能存在生命的行星環境。「如果我們在火星上有合適的工具，我們就有可能解決現有生命的問題。」 Stamenkovic說道，「尋找火星表面的鹽水和液態水只是第一步，鑽洞探索會是第二步。」

但是僅僅是因為這些鹽水可能含有氧，這並不意味著它們就能組成跨越整個行星的火星微生物避難所。一方面，Stamenkovic和他的同事們並沒有模擬鹽水實際的隨時間變化的形成和穩定的情況，而是簡單的根據測量的火星大氣壓和估計的年平均溫度範圍尋找鹽水可能存在的地區。鹽水在赤道附近需要更鹹的環境形成，這使得它們吸收更少的氧氣也更不穩定從而變成不適宜的棲息地。但是兩極的鹽水可能會吸收足夠的氧氣並且可能支持不同的生命形式。

然而，根據Edgard Rivera-Valentin的說法，地表的鹽分一開始從火星大氣中吸收水分形成鹽水就很困難——這就是已知的潮解過程。Rivera-Valentin是月球與行星研究所的行星科學家，也不是該研究項目的一員。他表示即使是在星球的兩極，潮解也是很困難的，兩極由於冰蓋的存在比赤道有更多水蒸氣，但是由於溫度太低，大氣中的水蒸氣仍然很少。

相反地，Rivera-Valentin表示，赤道的鹽水更容易由地表水與富鹽的礦物質接觸形成，而不是鹽分與大氣中水蒸氣相互作用而形成。根據Clifford的說法，行星範圍內的水-岩相互作用更容易發生在地表深層之下，在那裡，地下水溶解其周圍的岩石並與大氣層相互隔絕長達數十億年。「在近地表處，我們比較難推斷鹽水的成分和飽和度，」 Clifford說。

Rivera-Valentin也表達了對鹽水可能對生命來說太鹹的擔憂。「火星上鹽水可能會殺死生命，」他說，「我們已知的地球生命在那些鹽水中不可能存活，那些鹽水太咸也太冷了。」

加利福尼亞理工學院的地球生物學家，該研究的共同作者Woodward Fischer表示，如果要知道生命的鹽度極限，那麼必須清楚一個細胞的能量收支平衡。「我們僅僅知道在地球上實驗室中某些極個別的微生物案例，我們對於在其他星球的情況一無所知。」 Fischer認為科學家們在設想外星生物可能如何出現和進化時應該避免太過死板僵化。

事實上，如果那些生物友好的鹽水綠洲星羅棋佈於火星之上，使得火星上大片的地區成為潛在的棲息地，那麼它們反而對未來的探索任務來說是個壞消息，而且根據現有的國際干預法，人們不會再以原位探測的方式進入。行星保護協議對著陸於靠近「特殊地區」的太空儀器有著嚴格的去污染方法的要求，所謂的「特殊區域」就是那些被認為是可能擁有生命所必須的環境的，換句話說就是含有可利用的液態水和能量的地方。這些協議是為了避免由於地球微生物的入侵導致的火星潛在生命的意外滅絕和污染，也是為了保護我們的星球不受任何也許有一天搭著採樣返回任務的順風車到達地球的火星生物的危害。可以想到的是，如果大塊的火星表面和地表之下被視作「特殊區域」，只要探測機器人通過某種方法完全清除潛在的地球生物的污染痕迹，人們仍然可以對那些地區進行探索。

這樣的嚴格要求會大大提高火星探險的成本，但是Stamenkovic仍持有樂觀態度。「我認為那是一個我們保持好奇，進行探索而不弄得亂七八糟的完美地方，」他說，「我們一定要為之努力。」

作者：Nola Taylor Redd

翻譯：徐天朔

本文來自：環球科學

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