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▲ 1888年的藝術(shù)家們憑借想象繪制了火星“水系圖”

▲ 1898年，天文學(xué)家根據(jù)模糊的觀察，繪制了火星“運(yùn)河圖”

7月25日，《科學(xué)》雜志公布火星研究新發(fā)現(xiàn)——火星南極冰蓋下發(fā)現(xiàn)20公里寬的液態(tài)水體。尋找水，是為了尋找生命。進(jìn)入宇航時(shí)代以來，幾乎每過那么一段時(shí)間，宇航科學(xué)界就會炒作一次“火星上有沒有生命”“火星上發(fā)現(xiàn)了生命跡象”這樣的話題。文藝界也在孜孜不倦地用火星人、火星生命的題材來拍攝一部又一部的電影?？茖W(xué)界這樣幾十年如一日，沒完沒了、不知疲倦地討論火星生命的問題，到底為了什么？

▲ 火星叔叔馬丁的海報(bào)

▲ 火星北極的冰蓋

那些謠言、幻想和猜想

早在17世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)火星極區(qū)有冰蓋。到了18世紀(jì)，天文學(xué)家威廉·赫謝爾發(fā)現(xiàn)這個冰蓋是隨季節(jié)變化的。19世紀(jì)的天文學(xué)家們終于精確測算出了火星的尺寸——和地球很接近，連自轉(zhuǎn)周期也差不多。既然火星和地球如此相似，“火星上有沒有人”的話題成了一個無法抵擋的誘惑。那么，火星上的陰影部分是水面嗎？亮色部分是陸地嗎？是不是像地球一樣存在著豐富的生命形態(tài)？

1854年，一位劍橋大學(xué)神學(xué)院的教師威廉姆·維維爾宣布，他認(rèn)為火星上有大海、陸地和生命。雖然他顯然誤判了火星，但需要知道的是，正是這位維維爾讓“科學(xué)家”（scientist）這個詞匯進(jìn)入了常用英語之列。19世紀(jì)末，科學(xué)界爆發(fā)了一場尋找火星生命的熱潮，人們紛紛用望遠(yuǎn)鏡在火星上尋找生命跡象，并且宣布發(fā)現(xiàn)了很多運(yùn)河。1905年，一名美國天文學(xué)家帕西瓦·羅威爾出版了兩本書《火星》、《火星及其運(yùn)河》，言之鑿鑿地宣布火星運(yùn)河是一個古文明的遺跡。

這些都不過是早期望遠(yuǎn)鏡光學(xué)誤差帶來的錯覺而已，然而卻激發(fā)了科幻作家們的靈感。英國作家威爾斯在1897年創(chuàng)作了《世界大戰(zhàn)》，講述了火星人因?yàn)楦珊刀与x火星、入侵地球的故事。這本小說流傳甚廣，被翻譯成多國文字，還衍生出了漫畫、電影和不少同類小說。最近一次翻拍是在2005年，由大牌導(dǎo)演斯皮爾伯格執(zhí)導(dǎo)，大牌影星湯姆·克魯斯主演。

不過就在那個時(shí)代，還是有一部分頭腦清醒的人。1894年，美國天文學(xué)家坎貝爾通過光譜分析發(fā)現(xiàn)，火星大氣里沒有氧氣也沒有水蒸汽，不可能存在和地球一樣的生命。到1909年，人們終于發(fā)明出了成像更清晰的望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)火星抵達(dá)其近日點(diǎn)的時(shí)候進(jìn)行觀察，確認(rèn)火星運(yùn)河的說法不過是一場鬧劇而已。

然而文藝界對火星人的興趣卻似乎熱度不減。特別是當(dāng)上世紀(jì)60年代人類進(jìn)入航天時(shí)代以后，宇航主題的電影開始爆發(fā)。1963年，一部影響深遠(yuǎn)的美劇《火星叔叔馬丁》開播，整整拍了107集。1999年該劇重拍，不過熱度遠(yuǎn)不如第一版。這部電影中的火星人馬丁和藹、親切，興致勃勃地融入了地球生活。1996年的《火星人玩轉(zhuǎn)地球》就完全不同了，無數(shù)心腸狠辣的火星小綠人坐著透明飛船入侵地球，摧毀了地球上的軍隊(duì)和政府，最后卻被流行音樂的重低音干掉了。

2012年，又一部火星人科幻電影《火星公主》（也譯為《異星戰(zhàn)場》）上線，這次是美國騎兵軍官介入了火星上的戰(zhàn)爭，雖然道具和特效極其出色，演員也相當(dāng)賣力，但故事情節(jié)沒什么創(chuàng)意——它其實(shí)是把描述印第安人戰(zhàn)爭的電影《與狼共舞》搬到了火星上，所以毫不意外地成為票房毒藥，時(shí)任迪士尼制片廠主席里奇·羅斯因此引咎辭職。

在所有關(guān)于外星人的猜想中，火星人占的比例最高。這其實(shí)反應(yīng)了人類自身對于那顆紅色星球的興趣和欲望。事實(shí)上，不存在的火星人不會侵略地球，地球人倒是對火星躍躍欲試了。

▲ 《異星戰(zhàn)場》的海報(bào)

▲ 科學(xué)家們測算的火星地表水變遷圖

火星上以前有生命嗎

在數(shù)十年間，NASA執(zhí)行了多次任務(wù)來尋找火星上是不是曾經(jīng)有生命。最終的目標(biāo)，是判定火星環(huán)境能不能支持生命存在。

地球生命是以水為基礎(chǔ)的，哪怕是生活在暗無天日的海底、洞穴中的生命，也離不開水。而且，并不是說有一點(diǎn)點(diǎn)水就可以，否則彗星上也會存在生命了。如果火星上曾經(jīng)有生命，哪怕是只有短暫的歷史時(shí)期，也意味著有大量的水來支撐生命存在，而且這些水還必須是液態(tài)的、相對穩(wěn)定的，并且暴露在火星表面。人類的探測器在火星上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些地方，可能曾經(jīng)是溫泉所在地。“火星全球勘測者”發(fā)現(xiàn)，火星上有那么幾個地方，淺地表下可能存在過水。但是到目前為止，火星上確認(rèn)水的地方只是兩極，而且是冰凍的水。

生命不僅僅是水，生命還需要實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)。在地球上，植物一般通過光合作用來是實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)，動物一般則通過氧化還原來實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)。但是，無論動植物都離不開有機(jī)物。那么，在火星上，有沒有可能實(shí)現(xiàn)這樣的能量循環(huán)呢？所以，各種火星探測器幾乎都把搜尋有機(jī)物的痕跡作為主要任務(wù)之一。

我們常說有機(jī)物是碳水化合物，那么除了水，生命的另一個要素就是碳。當(dāng)然外星生命未必以碳為基礎(chǔ)，但如果一個星球上富含碳元素，那么會與地球多少有點(diǎn)相似性。

在這個問題上，火星還是有好消息的?；鹦谴髿獾闹饕煞质嵌趸迹m然極為稀薄，但畢竟有碳存在?，F(xiàn)在的問題就是，這些二氧化碳是怎么來的。如果是水和大氣之間化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，那就意味著遠(yuǎn)古火星是有可能存在生命的。在地球上，我們可以通過挖掘化石的辦法來感知古生物。如果火星上存在古生物，理論上說也會留下化石，畢竟火星上寒冷干燥，也沒有大規(guī)模的人類活動破壞化石。根據(jù)人類到目前為止的觀測，火星表面有三分之二的區(qū)域，在最近的35億年里都沒有發(fā)生過變化，有多少化石都能保存下來。不過需要知道的是，人類也是在漫長歷史發(fā)展中，逐步發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識到化石的意義。一代代考古學(xué)家孜孜不倦地在野外求索，才基本摸清了古生物發(fā)展的脈絡(luò)。但是在火星上，僅僅依靠有限的幾個著陸器和漫游車，靠小范圍的有限深度挖掘，發(fā)現(xiàn)化石的概率實(shí)在是太低了?；蛟S，人們需要發(fā)明一些更加高效、作用范圍更大的古生物考古手段。

人們推測，在30多億年前的溫暖時(shí)期，海洋的面積一度占到火星表面積的36%～75%。這么多水不可能無端消失。NASA在2016年的發(fā)現(xiàn)證明了這一點(diǎn)，他們在火星烏托邦平原的土壤下發(fā)現(xiàn)了大量水冰，預(yù)測水量大約相當(dāng)于美國和加拿大之間的蘇必利爾湖。如果這個預(yù)測是準(zhǔn)確的，那么確實(shí)可以用來支撐一個火星居民點(diǎn)了。

就在猜測之中，超期服役的“勇氣”號火星車給人們帶來了新的發(fā)現(xiàn)。在運(yùn)行了數(shù)年之后，它的一個輪子就壞了，只能拖著這個輪子勉強(qiáng)在火星上爬行。但是在2007年5月，這個壞輪子卻意外地刮開浮土，暴露出了一片硅含量超過90%的地面。這意味著曾經(jīng)有熱泉水或者蒸汽在火山巖上沖刷過?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這或許可以證明，火星的環(huán)境曾經(jīng)是適于微生物的。但是這些微生物去哪里了呢？

科學(xué)家們提出了一種可能性，在遠(yuǎn)古時(shí)代的諾亞紀(jì)晚期（35億年前），火星的部分地區(qū)因?yàn)樾⌒行亲矒艋蛘呋鹕交顒樱糠值貐^(qū)的溫度升高到了冰點(diǎn)以上，于是出現(xiàn)了地表液態(tài)水流。溫度較高的水流對巖石產(chǎn)生了加熱效應(yīng)，可以留下明顯的痕跡。根據(jù)地球上的考古和地質(zhì)研究，直徑130公里的小行星撞擊坑可以產(chǎn)生持續(xù)200萬年的水加熱效應(yīng)，完全可以產(chǎn)生微生物了。人們在火星表面觀察到的水流痕跡，應(yīng)該就是這種水加熱效應(yīng)帶來的。但是這樣的效應(yīng)并沒有在火星上持續(xù)下去，在所謂的赫斯伯利亞紀(jì)中期，火星上的宜居性就開始消退，哪怕此前產(chǎn)生過生命，這個時(shí)期也滅絕了。至少，火星表面從此一片死寂。

▲ 火星的阿爾加沖擊地形附近可能存在過古代生命

▲ “勇氣號”的壞輪子意外刮出了一處富含硅質(zhì)的地表

微妙而充滿誘惑的甲烷

甲烷是最簡單的有機(jī)物，也是最重要的生命跡象之一。在很多動物——包括人類——的腸道氣體中，都存在著甲烷。許多火星生命研究項(xiàng)目都是以甲烷為對象。早在2003年，人們就在地球上用望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)火星大氣中可能有甲烷。2004年，歐空局發(fā)射的“火星快車”軌道器證明了確實(shí)如此。

甲烷并不是一種很穩(wěn)定的氣體，小行星撞擊可能只貢獻(xiàn)了火星甲烷總數(shù)量的0.8%。如果人們能持續(xù)觀察到甲烷，那就意味著一定有某個穩(wěn)定的源頭在不斷產(chǎn)生甲烷。根據(jù)觀察到的數(shù)量，人們估計(jì)火星每年至少要產(chǎn)生270噸甲烷?；鹦谴髿庵械亩趸寂c巖漿發(fā)生反應(yīng)的過程也可能會產(chǎn)生甲烷，也就是所謂的蛇紋巖化。另外，火山活動和溫泉噴射同樣能產(chǎn)生甲烷。但是，這幾種過程在最近的幾十億年里，都不曾發(fā)生在火星上。還有人提出，隕星在穿越火星大氣層的時(shí)候，表面的有機(jī)物被紫外線照射，其化學(xué)反應(yīng)也會產(chǎn)生甲烷。但2009年的一項(xiàng)研究排除了這種可能性。

▲ 火星上的赤鐵礦球粒，看上去是水流作用的結(jié)果

▲ 火星全球甲烷濃度分布圖，個別地區(qū)的甲烷濃度明顯比其他地方高

因此，火星上那么多甲烷是從哪里來的，引發(fā)了人們越來越強(qiáng)烈的興趣。在地球上，有一些叫做產(chǎn)甲烷菌的厭氧菌，是一類能夠?qū)o機(jī)或有機(jī)化合物厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化成甲烷的古細(xì)菌。它的存在并不需要氧氣或者有機(jī)養(yǎng)料，甚至不需要光合作用。它們把氫作為能量來源，以二氧化碳作為碳的來源。如果是火星微生物在產(chǎn)生甲烷，那么它必然生活在地表以下很深的地方，這里應(yīng)該還存在著液態(tài)水。

2003年人們發(fā)現(xiàn)火星上存在甲烷后，一些科學(xué)家設(shè)計(jì)了試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砟M火星土壤，設(shè)法讓厭氧菌在其中生長。4種產(chǎn)甲烷菌的試驗(yàn)?zāi)Ｊ蕉籍a(chǎn)生了數(shù)量可觀的甲烷，其中一種模式甚至是在含有高氯酸鹽的土壤中完成的。這意味著“鳳凰號”的發(fā)現(xiàn)并不能否定火星上存在著產(chǎn)甲烷菌。

2005年，歐空局的“火星快車”軌道器通過所攜帶的“火星傅里葉波譜儀”，發(fā)現(xiàn)在火星大氣中存在著甲醛。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人認(rèn)為，這些甲醛是甲烷氧化的結(jié)果，因此火星上必然存在著微生物的棲息地。不過NASA的科學(xué)家們當(dāng)時(shí)還不敢下這樣的結(jié)論。

2016年3月發(fā)射的ExoMars計(jì)劃中的“痕量氣體探測器”（TGO）軌道器，在2018年4月發(fā)布了所測量和繪制的火星大氣甲烷地圖，地圖中還體現(xiàn)了甲烷分解的產(chǎn)物：甲醛與甲醇。

還有科學(xué)家認(rèn)為，火星上甲烷的產(chǎn)生和消失，都是由不同類型微生物導(dǎo)致的。這樣的觀點(diǎn)得到了阿肯色州大學(xué)一項(xiàng)研究的支持。2015年，該校科研人員發(fā)現(xiàn)，有四種產(chǎn)甲烷菌可以在火星的低氣壓下生存，它們的名字相當(dāng)古怪，其中三種甚至沒有中文譯名，分別叫做Methanothermobacter wolfeii，Methanosarcina barkeri 和Methanobacterium formicicum，唯一有中文名字的叫做海藻甲烷球菌。

科學(xué)家們還測定了火星上氫氣和甲烷的比例，其結(jié)果意味著火星上的產(chǎn)甲烷菌不但存在，而且是活的。

“好奇號”漫游車登陸火星之后，它強(qiáng)大的科學(xué)設(shè)備使人們能夠分辨出各種甲烷同位素。它攜帶的可調(diào)諧激光光譜儀發(fā)現(xiàn)，著陸地點(diǎn)的甲烷濃度不超過5ppb。經(jīng)過一段時(shí)間的觀測，到2013年，NASA宣布著陸地點(diǎn)的甲烷體積濃度不超過1.3ppbv，不能證明生命存在。然而到了2014年，“好奇號”發(fā)現(xiàn)了一個“十倍尖峰”，當(dāng)時(shí)測量到的甲烷濃度比背景濃度高了10倍以上，平均甲烷濃度達(dá)到7ppb。這說明火星上的甲烷是間斷產(chǎn)生的。然而“好奇號”的鉆探能力有限，雖然發(fā)現(xiàn)了甲烷濃度的異常變化，也無法深挖土壤，去找一找火星深處到底有沒有生產(chǎn)甲烷的細(xì)菌。

在2018年6月，NASA宣布，他們發(fā)現(xiàn)火星甲烷的季節(jié)性變化幅度有三倍之多。這就意味著火星上現(xiàn)在就有某些來源正在產(chǎn)生甲烷，而不是30億年前積累下來的。

2018年6月，NASA還宣布，“好奇號”從一些35億年壽命的石頭里發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜有機(jī)物的痕跡，這些石頭是從帕倫普丘陵附近的一處干湖里找到的。所找到的有機(jī)物包括含硫噻吩，以及苯和甲苯等芳香族化合物，還有丙烷和丁烯等脂肪族化合物。在地球上，上述有機(jī)物往往是石油和天然氣的源頭。不過，NASA還是不敢下火星上有沒有微生物這個結(jié)論。

▲ “好奇號”發(fā)現(xiàn)，火星上的大氣濃度在夏秋之間有一個突然上升的現(xiàn)象

我們才是火星生命！

從現(xiàn)在的情況來看，在火星上找到生命的希望是很渺茫的，即使找到，或許也只是遠(yuǎn)古的一些微生物殘骸。哪怕人們在火星深處找到一些厭氧菌，也沒法和它們做什么思想溝通。想找到任何形式的智慧生物，都是不可能的。

但是這并不影響人類終將移居火星的大局。無論火星上有沒有生物，有什么類型的生物，人類也一定要成為火星生物的一種。為了維持人類在火星上的生活，我們將帶去各種各樣其他的生物，包括微生物、植物和動物。在一部叫做《火星生命》的電影里，導(dǎo)演就設(shè)想了這樣的一種場景：人類為了改造火星大氣，發(fā)射了不少無人飛船，在火星上種草。但是這些草被火星上的某種蟲子吃光了！當(dāng)航天員們沮喪地看著自己攜帶的氧氣一點(diǎn)點(diǎn)用完，干脆拉開頭盔打算給自己一個痛快，然而迎面而來的卻是可以呼吸的空氣。原來蟲子們吃掉草之后，居然能排出氧氣。

如果人類希望有朝一日能在火星上拋掉頭盔自由地呼吸，那么或許離不開微生物和各種動植物的幫助。如果人類需要在火星上自力更生，自行解決食物供應(yīng)問題，那么就更加不可能離開各種從地球上引種而去的動物和植物，以及在火星上自行繁育的新型動植物。

所以，如果在火星上找不到生命也不要緊，人類可以自己改造這片不毛之地，讓它成為生命的樂園。前文已經(jīng)說到，火星的大部分表面有35億年不曾改變過，考慮到地球和火星的相似性，火星的現(xiàn)在或許為人們提供了一個很好的參照物來理解生命誕生之前的地球，讓我們對于地球生命是如何從無到有這個問題，給出更好、更完善的答案。這個答案或許會給我們指明方向，在火星上創(chuàng)造新的生命。

當(dāng)然，最重要的火星生命，應(yīng)該就是人類自己。作為迄今為止唯一的智慧生命，地球、火星和太陽系的未來，顯然都取決于人類自身。也許，人類為了成為一個多星球物種，不但要開發(fā)更多的技術(shù)和裝備，也要對人類自身進(jìn)行一些改造。在最近上映的美國電影《泰坦》中，男主角經(jīng)過痛苦的基因改造，成為一個能在土星上生存的人。這看起來有點(diǎn)驚悚，但未必不會發(fā)生。人類在適應(yīng)地球環(huán)境的過程中，不斷發(fā)生著微小的變異，積累至今，已經(jīng)和早期類人猿有了巨大的差異。

那么，當(dāng)人類成為多星球物種并定居的時(shí)候，這樣的變異是不是不可阻擋呢？至少，我們要對火星的生命環(huán)境進(jìn)行更多的研究，才能得到答案。