想知道火星上有没有外星人？从分析观测数据开始吧

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作者：天文在线

从19世纪开始，人们就热衷于在这颗红色星球上寻找生命的迹象。不过，他们有没有留下些有说服力的证据呢？就让天文在线带你回顾这些年的观测数据。

研究仍在继续。2019年2月12日，NASA的“洞察”号漫游车将热流和物理特性探测仪放置在火星表面。

NASA/JPL-CALTECH/DLR

1877年，意大利天文学家在人类历史上首次将自己的21.8毫米口径的天文望远镜对准了这颗红色星球模糊的光影。

尽管科学家早就知道，火星绝不只是夜空中的一个亮点，而是别有洞天，但是Giovanni Schiaparelli是第一个尝试去观测并绘图的人。

他认为火星表面那些大片的阴影区是海洋，而周围那些绵延百里的暗线则是运河系统。他给这些暗线命名为“canali”，也就是“channel”（运河），在英语中被翻译成“canals”（运河，特指火星上被认为的那些）。

在接下来的13年里，Schiaparelli一遍遍的绘制火星的地图。在这个过程中，他坚信，图上的运河系统在不断的扩大，就好像是火星上的先进文明为了抵御干旱而竭力建设水利系统。

不过，即使在那是，Schiaparelli的同事们依然保持怀疑的态度。在美国天文学家David Weintraub 2018年发行的《火星上的生命》一书中写道：他的同事们觉得，Schiaparelli得出这样的结论，要么是他的望远镜坏了，要么就是他脑子坏了。

但是Schiaparelli的画激发了大众的想象。有些人甚至觉得，火星的红色是因为它的表面长满了红色的植物，就像覆盖着一层日本的红枫叶一样。而在1938年，Orson Welles的恶作剧让无数的美国听众陷入恐慌，甚至一度认为嗜杀成性的火星人已经站在了他们的家门口。

1976年，NASA的旅行者1号传回了第一张火星表面的照片。但是它随后被冠以“火星的面容”出现在一家恶趣味的小报上，并且说，这就是火星上存在生命的证据。小报甚至还说这些阴影都是火星文明所建造的东西，古埃及人都比不上他们。

现在我们知道，火星上的那些运河般的条纹不过是光学错觉。但是对于火星生命的搜寻仍然引发人类极大的兴趣。卫星和登陆器都已经证实，火星曾经有过很像地球一样的环境。它曾经有海洋，湖泊，河流，还有一层比如今浓厚很多的大气。

这颗红色星球的地质早期被称为“诺亚纪”——表明此时火星上存在大量的水。

现在，人们最关注的问题不再是“火星是否曾经适宜生存”，而是，“在火星的环境变得极端恶劣之前，火星上有没有进化出生命”。如果真的来得及，那么，也许这就印证了星际生物学家所说的“第二生命”。（我们是第一生命）

就算第二生命的形式仅仅发展到单核微生物，它的存在也意味着，在这个小小的太阳系里，产生了两次生命。那么，在其他类似地球的行星上，在遥远的星系里，有多少星球演化出了生命呢？而最终，又有多少生命进化成了像人类一样的文明呢？

能确定火星存在生命的最简单的方式，就是等着那些像科幻小说里的那种长着奇怪触手的火星人从岩石后面跳出来，挥舞着肢体，大叫道：“嘿！欢迎来到火星，地球人！”第二种方式，就是采一些土壤样本，分析一下是否有微生物存在。

但是火星表面的环境实在是极端恶劣，以至于即使的确曾经存在生命，研究人员也很难检测。不过，这并不意味着科学家就束手无策了。下面是目前采用的几种研究方式：

1.在岩石中寻找特定的构造

在地球上，这种特定的构造叫做化石。就像欧洲航天局ExoMars项目科学官Jorge Vago所说的一样：“如果你在岩石中发现了恐龙骨头，那么毫无疑问，你能判断出它曾经是活生物的一部分。

不过，令人失望的是，对于微生物来说，这点并不适用。“如果想要直接看到它们的化石结构，你得用上电子显微镜。”Vago说道，“但是，显然你没办法把电镜送上火星。”即使你费劲心思真的把电镜送上了火星，“你也不过只能看到些椭圆和球形微结构体。而且即使是与生命毫无关系的化学过程也能形成这样的结构。”

大量的火星观测数据也未能证明火星上现在或者曾经是否存在生命。

NASA

这也是1984年科学家们所遇到的问题。在那一年，他们在南极洲艾伦山地区发现了一块1.9kg的陨石。而且有证据显示，这是一块在远古时期火星与陨石碰撞之后溅射出的一块火星地表碎块。

而电子显微镜的观测结果显示，陨石中有看起来像微生物化石的长条状结构。科学界当时几乎疯狂了。连美国总统克林顿都在一次白宫简报会上都特意提到了这件事。但是后来的结果却让每个人都失望透顶。

“很快，这些结构就被证明和火星的生命毫无关系。”来自美国喷气推进实验室（JPL）的一名澳大利亚地理学家和空间生物学家Abigail Allwood如是说，“要么是地球上的生物污染了样本，要么这就不是生物的痕迹。”

从那一次开始，很多其它的试图证明陨石中包含生命的证据相继提出，但都被否定，因为即使是普通的地质反应也能生成这样的结构。

关键问题在于，这些岩石是陨石，是从火星表面剥离下来的，它们脱离了原先的地质环境。如果我们能够知道关于这些陨石形成时间的信息，我们就能够确定，这些结构到底是火星生命造成的，还是地质变化造成的。但是很可惜，我们不知道。

不过，火星漫游车并不存在这个问题。身在火星上的它直接在火星地表作业，就可以直接判断岩石中是否存在火星生命的遗迹。很多微生物都可以在岩石中留下蛛丝马迹。

这样的例子在地球上屡见不鲜。比如在西澳大利亚的皮尔巴拉地区，由Allwood带领的科研团队就在34.3亿年前的岩石中找到了类似叠藻岩层的一层微生物遗骸。

Vago认为，同样的微生物遗骸的结构也可能在火星上找到。尤其是在那些曾经是湖底的，并且靠近活火山岩层中。Vago的研究表明：“如果有生命存在，火山灰的堆积方式会改变。没有生命存在的火山灰会形成层层堆叠的结构，而如果有生命存在的话，这些微生物最后会把火山灰沉积物变成像叠藻岩一样的结构。这样的区别一目了然。你可以轻松辨认出，曾经有微生物活在那里。”

2.古老岩层中的生命迹象

如果不能直接在岩石中发现化石，那么发现与生命有关的化学物质也一样有用。

科学家们并不是在寻找那些与人类生命活动有关的物质，如脂类，蛋白质和DNA，而是那些只要能构成火星生命的物质的残余物。不过它们很难在数十亿年里仍然保持稳定的性质，所以Vago和他的同事们找出了4类能证明生命存在的物质。尽管它们已经和能构成地球生命的物质相去甚远。它们是：

单一手性分子

很多有机分子是不对称的，也就是说，每一种分子都存在两种不同的手性分子。无机化学过程往往产生等量的两种手性分子，而生物化学过程往往主要产生其中一种。虽然我们已经在火星上发现了有机分子，但是好奇号火星漫游车并不能够判断它们的手性。

结构和质量集中分布的分子

地球上的生命喜欢用一定大小和质量数的分子来组成有机物。比如说，单个脂类分子的碳原子个数集中在14到20个，迄今为止都没有任何研究能够解释为什么脂类分子没有含有更多或更少碳原子的原因。同样的，构成DNA和RNA的5种核苷酸质量数分布在112到151之间，而用于合成蛋白质的氨基酸的质量数分布在75到204之间。“如果你能够发现一个物质质量集中分布的‘稳定岛’，那么这种集中分布就是生命的迹象。

重复的分子亚基

我们所熟知的生命喜欢将先产生一个个小分子碎片，然后一个亚基一个亚基的进行组装。我们知道蛋白质和DNA就是这样组装的。但是在一些小分子的形成也遵循同样的规律。比如脂类小分子是由一个个两碳小分子组装而成，这也就意味着脂类分子的碳数一般是偶数。（如14，16，18等）。而异戊二烯类分子——它们通常是油类和色素的关键成分，包括叶绿素，都是由5碳小分子组装而成。即使在岁月的长河中这些聚合物分解了，它们的产物通常保持了类似的结构性质。Voga认为，如果不是生命存在干预的话，这样的结构很难形成。

比例不寻常的同位素

与无机化学反应相比，有机过程——至少是我们已知的有机过程，会让那些有同位素的原子，如碳，发生一定的反应倾向。无机反应在产物的同位素比例中没有明显的倾向。在地球上，最常见的例子就是，碳的两种稳定的同位素碳12和碳13。在有机体内，更重的碳13的含量明显低于碳12。这种倾向的影响并不大，但是含量的差异已经达到可以让科学家判断哪些物质是有机过程产生的，哪些是无机反应的产物。这种差异甚至可以用来鉴别那些被怀疑使用兴奋剂的运动员体内的物质到底是实验室制造的还是他们自己的身体产生的。所以在火星上，如果同样出现了环境碳12和碳13比例的严重失衡，那么这很有可能就是生命存在的证据，而不是地质原因。

3.寻找甲烷的踪迹

也许未来的火星漫游车可能能够直接获得火星微生物的活体样本，但即使它们只能找到岩石中已经降解的生物的残余物也是可以接受的。毕竟，“如果你设计的计划就是去挑战困难，去直接寻找生物遗迹或者活得的微生物，就好像仅仅走在一个大花园中，就想要知道每一种生物的化学结构一样。”

但是另一种判断火星上是否存在生命的方式只需要检测火星大气中的甲烷。在地球上，大多数甲烷都是由生命过程产生的，包括牛的屁和植物的降解。但是甲烷在地质活动的过程中也会产生。比如水和橄榄石会发生蛇纹石化反应，生成甲烷气体和一种叫蛇纹石的岩石。

美国喷气推进实验室的科学家Chris Webster说:“在2004年，欧空局的火星快车号航天器在多处火星表面探测到甲烷的迹象。但是最终都一无所获。因为这些都是独立的事件，没有任何可辨识的模式。”

不过到了2018年，Webster提交了好奇号火星漫游车长达6个地球年的观测结果。其中显示，火星大气中的甲烷含量在夏季达到顶峰，并且在秋，冬季逐渐回落。这有可能是因为那些能产生甲烷的细菌在温暖的季节复苏，而在寒冷的冬季进入冬眠。Webster说:“这是我们首次发现火星大气甲烷含量的规律，但是我们并不能确定这是由生命活动产生的还是无机的地质反应。”

但令人扫兴的是，仅仅几个月之后，在2018年华盛顿举办的美国地球物理学联合会年会上，Vago的研究团队做出报告，指出根据欧空局发射的“痕量气体轨道器”从2016年来的观测数据，火星大气中的甲烷似乎完全消散了，其浓度已低于可探测的阈值。尽管这并不能证明火星上不存在局部的甲烷释放点，就像好奇号在盖尔环形山探测到的那样，但是这样的结果似乎对于全火星这类释放点能否永久存在打上了大大的问号。

4.加油深挖吧！

科学家们一致认为，如果火星上的确存在甲烷的话，那么它们大概率是从地下溢出的。也就是说，可能是季节性的微生物活动或者是火星地表通透性的季节性改变让地下深处的甲烷气体溢出地表。

科学家们猜想土卫二和火星上存在微生物

SPACE

我们也知道，由于火星大气过于稀薄，它无法屏蔽强烈的宇宙辐射，同时也含有高浓度的高氯酸盐，这使得火星表面极度不适合生命存在——“我们一般使用高氯酸盐来消毒。”来自加拿大渥太华约克大学的行星科学家John Moores如是说。

所以，我们就需要向下深挖，避开高强度的宇宙辐射和有毒的高氯酸盐的侵袭。2018年11月26日着陆的探测器“洞察”号就会通过火星地震的地震回波来探测火星地表下的地质结构。这些数据对于地质物理学家来说非常有价值。根据喷气推进实验室的行星科学家兼物理学家Vlada Stamenkovi?所说，该计划的下一步将用远程探测器寻找火星上可能存在液态水的位置，然后一直钻探到那里。

听起来这项工程极其浩大，不过实际上我们并不需要将数吨重的仪器发射到火星上然后像建造石油钻井一样麻烦。Stamenkovi?说，这项工程将依靠线缆钻头。在《自然天文学》上，Stamenkovi? he他的同事写道：“只要你还有缆线，你就可以进一步深入。而且这些线每千米的质量甚至小于1千克。”这样，载荷就减少了许多。同时钻头会将火星大气中的二氧化碳压入钻孔，将碎石块从钻孔中清出。

最终探测器能找到什么谁也不能预测。但是Stamenkovi? 领导的另一个团队2018年在《自然地球科学》发表了一篇论文，文中提出，也许我们不仅仅能够找到支持产生甲烷的细菌的地方，很可能能发现消耗氧气的生命。

目前来看，火星大气的氧气含量仅有0.145%，但是在地表下低温低压的环境下，Stamenkovi?的团队估计有大量的氧气最终被火星的地下盐水吸收，其氧气浓度足以支持像地球早期的海绵动物一类的好氧型生物的生存。

氧气并不是生命活动所需要的唯一物质。来自西雅图华盛顿大学的一名行星科学家David Catling说：“好氧型生物的生存需要满足很多条件”。但是如果能确定火星表面下有足够支持复杂生命活动的氧气无疑是令人兴奋的。

5.寻找火星古代大气的信息

无论你在寻找的是朝生暮死的小生命还是能长期活跃的智慧生命，最重要的问题在于，火星的大气是否曾经最够浓厚，能够让火星保持湿热，以支持这类生命的形成。

有很多的证据显示，火星曾经足够温暖，甚至有液态水的存在。但是这段宜居时期有没有持续很长呢？还是仅仅昙花一现？Moores认为这是一个未解之谜。

NASA的MAVEN卫星从2014年开始环绕火星，对火星大气与宇宙空间的相互作用进行监测。“可以确定，有很大一部分火星大气已经逸散了。”来自科罗拉多大学波尔多分校大气与空间物理实验室的主研究员Bruce Jakosky如是说。

这种说法听起来像是火星原来有很浓厚的大气，然后也许过了很久才慢慢逸散，直到火星表面变成一片死寂的荒原。但是这样的证据并不充分。Moores认为，火星的大气也有可能时而厚，时而薄，从而产生不规律的暖期和冰河期。

“火星的大气就像你钱包里的钱一样，” Jakosky说道，“你可以花很多钱，但是这并不能证明你钱包里一开始钱多还是钱少。你也许是不停的每次从ATM机上取出一点点放在包里再去花掉。”正因为无法确定这个问题的答案，我们才无从得知火星的大气是否在很长一段时间内都能保持足够的厚度，让生命得以有机会繁衍生息。

6.寻找合适的勘探点

NASA的下一期火星任务——火星2020漫游车，将在45km宽的Jezero环形山的盆地登陆。因为这个环形山区域曾经是一片湖泊，并且有河流从周围的山上流淌而下，注入湖中，甚至还形成了一个较大的三角洲平原。据space.com所述，该项目的科学家Ken Farley 在2018年的记者会上表示：“三角洲平原有利于保存生命活动的迹象。生命可能存在于湖水中，也可能在盐水和湖水的交界面，但也很可能顺着河流流下，最终沉淀在河口三角洲区域。”

不过像Jezero三角洲地区并不是唯一一个可能存在生命遗迹的地方。来自新南威尔士大学宇宙生物学的澳大利亚研究中心的指导教授Martin van Kranendonk认为，在以下几种生命可能发源的地方我们都有可能发现生命的迹象。

科学家们一度认为，深海热泉地区最有可能产生生命。因为这它们附近有大量对形成生命有关键作用的化学物质从地壳深处喷发而出。但是研究表明，像美国黄石国家公园的那种地热喷泉似乎才是最佳地点。因为，无论深海热泉提供了多少有用的物质，复杂的生命似乎都来不及形成。Martin van Kranendonk说：“它们（如果存在过的话）也会很快死亡，灭绝。”

但是地热喷泉却没有那没多问题。这个地区也有水位高低变化产生的间断性潮湿和干燥的环境。实验室证实，正是这样的交替环境才能促使小分子有机物化合为大分子。Martin van Kranendonk认为：“它们是一台台复杂的生命机器。”

这些地热喷泉也能够产生二氧化硅矿物。Martin van Kranendonk称它们为“自然界中天然的保鲜室，能够将矿物特征包括可能的生命迹象完好的保存下来”。

此外，火星上也已经证实存在过地热喷泉。在2007年NASA的勇气号漫游车在Gusev环形山的Columbia Hills地区一个叫Home Plate的地方发现了古喷泉的遗迹。“我们认为火星上很可能有第二生命的存在。因为它曾经有地球上生命存在所需要的大部分条件。” Martin van Kranendonk说道。

所以，火星到底有没有第二生命存在呢？我们现在能确定的，就是我们还没有找到任何生命存在的证据。

如果火星上的确有生命存在，那么很可能它们已经逃离至足够深的火星地下，以至于我们的漫游车和卫星都没有办法发现它们。所以没有发现并不意味着不存在。也不能因为我们没能找到它们曾经存在的证据就将这种可能性一票否决。即使在地球上，那些古生命的遗迹都已十分罕见，大多数都已成为破碎的遗骸。

如果科学家有朝一日能够发现一些线索，那么科学界一定会遵循“不寻常的发现需要绝对准确的证据”的准则。就火星生命而言，喷气推进实验室的Allwood认为，在确定火星生命的演化之前，每一种假说都要被排除一遍。没有“可能”，“但是”，“如果”。证明火星上存在生命需要绝对准确的证据。

这不是个简单的任务。但是，Allwood相信，这样不是不可能的任务：“我认为如果火星上有生命存在，那么它们一定会留下证据。这就看我们工作做的怎么样了。”
参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.大英百科全书

4.Google

5. 2.7K-Richard A. Lovett

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