论文部分内容阅读
19世纪晚期，欧洲天文学家利用当时新研制的望远镜，发现火星表面的线性网状条纹，并把它们解释为“运河”，自此“火星人”成为科幻作品的主角;1976年，海盗1号（也称维京1号）在火星表面拍摄到一张酷似人脸的照片，再次引发人们对“火星人”的遐想。
自始至终，生命的探寻一直是火星探测的主要任务。一方面，科学探测的初始结果，基本上否定了火星高级生物的存在;另一方面，不断深入探测的发现表明，早期的火星环境完全满足生命的需求，甚至现代火星在地表以下的一些区域，仍存在宜居的环境。
·火星探测器搜寻生命信息·
从1960年苏联发射首颗火星探测器，至2018年美国国家航空航天局（NASA）洞察号在火星着陆，人类共进行了45次火星任务发射，成功率约50%，包括8次成功着陆。在这8次成功着陆中，除了洞察号任务以探测火星内部结构为主要目标之外，其他了次任务都把火星古环境探测和搜寻生命信息作为重要目标。为此，这些着陆器或火星车都把着陆点选择在最有可能发现生命的区域，例如古老的撞击盆地（可能是古湖泊）、古河口、火星南北交界带（可能是滨海带）等。
火星陨石NWA 7034，昵称“黑美人”（图片来源/Wiki）
为了探测生命，海盗1号、2号着陆器专门设计了微生物防护罩，以避免地球的微生物污染火星表面。但即便如此，维京号携带的色谱/质谱仪检测到的有机质，还是被认为来自地球的污染。好奇号火星车的主要任务是探寻火星的古环境，其着陆区位于盖尔陨石坑内。好奇号取得了众多与生命和古环境相关的发现，主要包括：火星大气中甲烷存在的确认;在火星土壤中检测到含氯有机质;原位分析了火星表面岩石的年龄，并在30多亿年的泥岩中分析出2.4%的水含量，以及氢的同位素组成;分析了火星大气的气体组成和碳同位素组成;证实盖尔陨石坑曾经是个古湖泊。
·火星陨石提供生命存在证据·
探寻火星生命的另一条重要途径是火星陨石。迄今为止，火星陨石仍是唯一能获得的火星样品，它携带了火星形成与演化的信息，以及火星古环境和可能的生命痕跡。目前全球已经收集到约300块火星陨石样品，其中5块是目击降落的陨石;其他主要发现于沙漠或南极，属于发现型陨石。
目击降落陨石最大的特点是新鲜，它们是降落后不久即被发现和收集到的。而在沙漠或南极发现的陨石，由于降落的年代久远，受到不同程度的地表风化和污染，这对于火星古环境和生命的探寻可能产生明显的影响。
1815年，第一块目击降落型火星陨石降落在法国，但直到1983年这些陨石的火星来源才得到确认。1996年，NASA的科学家声称在一块南极火星陨石（ALH 84001）中发现生命存在的证据：在陨石中发现了碳酸盐脉以及相关的有机质，类似磁细菌中磁小体链的形态、磁铁矿和黄铁矿等。但是，大多数学者认为，除了碳酸盐脉，其他的证据有多种成因解释，甚至是污染或制样中产生的结果。2011年，一块火星陨石降落在摩洛哥沙漠，经过分析，中美科学家在该陨石中分别发现了有机质，这一发现是目前支持火星存在生命的重要证据。
行星环境的演化是生命起源、繁衍和进化的基础。因此，地外生命的探寻往往从研究行星的宜居环境开始。虽然火星曾经有过宜居的环境，甚至现代火星的地下也有满足生命的条件，但火星生命的探寻仍需找到生物本身或其遗迹才行。
·火星表面曾经有水存在·
水是支撑地球上生命的关键因素，因而也是探寻火星生命的主要线索。
火星陨石坑
火星轨道探测器获得的大量高清晰影像，显示了火星表面有水流形成的各种地形地貌;而火星轨道器上搭载的光谱仪，可以识别火星表面分布的各种矿物，特别是识别出石膏、碳酸盐、黏土矿物、赤铁矿等。这些矿物不仅佐证了水的存在（它们或是岩浆岩与水相互作用形成，或是从不断蒸发的水体中结晶出来），而且与地球上的矿物类似，可以帮助人们确定火星液态水的盐度、酸碱性等条件。
所有的探测结果都指示了火星表面水流的主要活动时期早于35亿年。后来，由于火星内部活动和火山喷发减弱、磁场消失、河流干涸，从30亿年以来，火星就基本上处于与现在相似的寒冷、干旱环境。火星上的水到底去哪儿了？科学家认为，消失的地表水，一部分以地下冰川和两极冰盖的形式存在，还有一部分被太阳风吹离火星而逃逸进太空。
·火星陨石记录古环境信息·
科学家通过对火星陨石的研究，发现在一些火星陨石中存在黏土矿物，以及脉状的碳酸盐、石膏等蒸发盐。更为重要的是，这些火星陨石从岩浆中结晶出来后，如果遇到地下水，就会通过水一岩反应记录地下水存在的证据等重要信息。
中国曾在南极格罗夫山找到两块火星陨石，分别命名为GRV99027（1999年发现）和GRV020090（2002年发现）。中国科学院地质与地球物理所的科研人员利用纳米离子探针，用束斑直径仅为100纳米的铯离子轰击GRV 020090火星陨石样品表面，分析水的含量和氢同位素氘/氢比值。分析结果发现，GRV 020090火星陨石记录了当时火星地下水扩散加入的信号，科研人员还根据水的扩散速度，得到扩散过程的时间长达25万年。这一发现证明，晚到1.8亿年前，通过岩浆的热量融化地下冰川，火星地下仍可以存在地下水活动，并且持续很长时间。同时，测出的地下水氢同位素很重，其氘/氢比值是地球的了倍。这说明曾有大量的水逃逸离开了火星（在逃离过程中，氢比氘丢失的更快，故留下水的氘/氢比值升高）。
自始至终，生命的探寻一直是火星探测的主要任务。一方面，科学探测的初始结果，基本上否定了火星高级生物的存在;另一方面，不断深入探测的发现表明，早期的火星环境完全满足生命的需求，甚至现代火星在地表以下的一些区域，仍存在宜居的环境。
生命探寻历程
·火星探测器搜寻生命信息·
从1960年苏联发射首颗火星探测器，至2018年美国国家航空航天局（NASA）洞察号在火星着陆，人类共进行了45次火星任务发射，成功率约50%，包括8次成功着陆。在这8次成功着陆中，除了洞察号任务以探测火星内部结构为主要目标之外，其他了次任务都把火星古环境探测和搜寻生命信息作为重要目标。为此，这些着陆器或火星车都把着陆点选择在最有可能发现生命的区域，例如古老的撞击盆地（可能是古湖泊）、古河口、火星南北交界带（可能是滨海带）等。
为了探测生命，海盗1号、2号着陆器专门设计了微生物防护罩，以避免地球的微生物污染火星表面。但即便如此，维京号携带的色谱/质谱仪检测到的有机质，还是被认为来自地球的污染。好奇号火星车的主要任务是探寻火星的古环境，其着陆区位于盖尔陨石坑内。好奇号取得了众多与生命和古环境相关的发现，主要包括：火星大气中甲烷存在的确认;在火星土壤中检测到含氯有机质;原位分析了火星表面岩石的年龄，并在30多亿年的泥岩中分析出2.4%的水含量，以及氢的同位素组成;分析了火星大气的气体组成和碳同位素组成;证实盖尔陨石坑曾经是个古湖泊。
·火星陨石提供生命存在证据·
探寻火星生命的另一条重要途径是火星陨石。迄今为止，火星陨石仍是唯一能获得的火星样品，它携带了火星形成与演化的信息，以及火星古环境和可能的生命痕跡。目前全球已经收集到约300块火星陨石样品，其中5块是目击降落的陨石;其他主要发现于沙漠或南极，属于发现型陨石。
知识链接
目击降落陨石最大的特点是新鲜，它们是降落后不久即被发现和收集到的。而在沙漠或南极发现的陨石，由于降落的年代久远，受到不同程度的地表风化和污染，这对于火星古环境和生命的探寻可能产生明显的影响。
1815年，第一块目击降落型火星陨石降落在法国，但直到1983年这些陨石的火星来源才得到确认。1996年，NASA的科学家声称在一块南极火星陨石（ALH 84001）中发现生命存在的证据：在陨石中发现了碳酸盐脉以及相关的有机质，类似磁细菌中磁小体链的形态、磁铁矿和黄铁矿等。但是，大多数学者认为，除了碳酸盐脉，其他的证据有多种成因解释，甚至是污染或制样中产生的结果。2011年，一块火星陨石降落在摩洛哥沙漠，经过分析，中美科学家在该陨石中分别发现了有机质，这一发现是目前支持火星存在生命的重要证据。
宜居环境演化
行星环境的演化是生命起源、繁衍和进化的基础。因此，地外生命的探寻往往从研究行星的宜居环境开始。虽然火星曾经有过宜居的环境，甚至现代火星的地下也有满足生命的条件，但火星生命的探寻仍需找到生物本身或其遗迹才行。
·火星表面曾经有水存在·
水是支撑地球上生命的关键因素，因而也是探寻火星生命的主要线索。
火星轨道探测器获得的大量高清晰影像，显示了火星表面有水流形成的各种地形地貌;而火星轨道器上搭载的光谱仪，可以识别火星表面分布的各种矿物，特别是识别出石膏、碳酸盐、黏土矿物、赤铁矿等。这些矿物不仅佐证了水的存在（它们或是岩浆岩与水相互作用形成，或是从不断蒸发的水体中结晶出来），而且与地球上的矿物类似，可以帮助人们确定火星液态水的盐度、酸碱性等条件。
所有的探测结果都指示了火星表面水流的主要活动时期早于35亿年。后来，由于火星内部活动和火山喷发减弱、磁场消失、河流干涸，从30亿年以来，火星就基本上处于与现在相似的寒冷、干旱环境。火星上的水到底去哪儿了？科学家认为，消失的地表水，一部分以地下冰川和两极冰盖的形式存在，还有一部分被太阳风吹离火星而逃逸进太空。
·火星陨石记录古环境信息·
科学家通过对火星陨石的研究，发现在一些火星陨石中存在黏土矿物，以及脉状的碳酸盐、石膏等蒸发盐。更为重要的是，这些火星陨石从岩浆中结晶出来后，如果遇到地下水，就会通过水一岩反应记录地下水存在的证据等重要信息。
中国曾在南极格罗夫山找到两块火星陨石，分别命名为GRV99027（1999年发现）和GRV020090（2002年发现）。中国科学院地质与地球物理所的科研人员利用纳米离子探针，用束斑直径仅为100纳米的铯离子轰击GRV 020090火星陨石样品表面，分析水的含量和氢同位素氘/氢比值。分析结果发现，GRV 020090火星陨石记录了当时火星地下水扩散加入的信号，科研人员还根据水的扩散速度，得到扩散过程的时间长达25万年。这一发现证明，晚到1.8亿年前，通过岩浆的热量融化地下冰川，火星地下仍可以存在地下水活动，并且持续很长时间。同时，测出的地下水氢同位素很重，其氘/氢比值是地球的了倍。这说明曾有大量的水逃逸离开了火星（在逃离过程中，氢比氘丢失的更快，故留下水的氘/氢比值升高）。