“好奇号”献上新年礼物：火星生命猜想成真？

梁永辉

编者按：

2014年12月16日，正在火星上执行探索任务的“好奇号”火星车有了新发现，仿佛是给正在迎接新年的人们献上了一份独特的新年“礼物”。火星车在火星大气层中发现了甲烷增多现象，并且还首次确认在岩石中发现有机物。尽管目前还不能确定”好奇号”所发现的甲烷是否是生物性的、在岩石中发现的有机物的身份也未被最终确定，但这无疑是“好奇号”在执行其“寻找水并探寻火星上可能存在的生命痕迹”科学使命中的又一次重要发现。

王琴张巧玲（中国科学院月球与深空探测总体部）

2014年12月17日，美国国家航空航天局（NASA）召开新闻发布会宣布，正在火星上执行探索任务的“好奇号”火星车有了新发现，火星大气层中发现有甲烷增多现象，并且还首次确认在岩石中发现有机物。在2015年新年钟声即将敲响时，“好奇号”的这一重要发现仿佛是给正在迎接新年的人们献上了一份独特的新年“礼物”。

尽管目前还不能确定“好奇号”所发现的甲烷是否是生物性的、在岩石中发现的有机物的身份也未被最终确定，但这无疑是“好奇号”在执行其“寻找火星生命”的科学使命中的又一次重要发现。

登上火星的超级“实验室”

美国NASA新一代火星探测器——“好奇号”火星科学实验室（Mars Science Laboratory，MSL）于美国东部时间2011年11月26日发射升空，历经8个月的飞行，于次年8月6日成功着陆在火星表面古老的盖尔（Gale）撞击坑，开启了它为期两年的火星科学探测之旅。

作为迄今为止成功着陆火星的最先进的探测器，“好奇号”此次火星之旅牵动着亿万世人的心。

据悉，“好奇号”总投资高达25亿美元，是NASA迄今最昂贵的火星探测项目，其体积与一辆小汽车相当，重量是2004年发射的“勇气”号和“机遇”号火星车的5倍，长度是它们的2倍。

此次“好奇号”的火星之旅被赋予了极高的科学使命，其科学目标主要包括：探测火星上是否存在生命；分析火星的气候特征；开展火星地质调查；为载人探测火星作准备。

作为美国21世纪以来最重要的太空计划之一，为确保“好奇号”的火星科学之旅最终能实现上述系列的科学目标，NASA为“好奇号”配备了强大而齐全、也是迄今最为先进的科学探测“武器”，包括四类共9台科学仪器和一个火星环境探测包。其中，火星样品分析载荷包被认为是“好奇号”的“心脏”，它的重量占到了所有科学仪器总重量的一半左右。它由四极杆质谱计（QMS）、6柱气相色谱仪（GC）、可调激光光谱仪（TLS）三个仪器组成，其科学探测目标是通过对火星上与生命信息相关的分子和元素的化学分析，研究火星现在和过去是否存在适合生命繁衍的环境条件。

尽管从上世纪60年代以来，美国已发射十余次火星探测器，其中有6次实现火星登陆。“好奇号”则因其强大而齐全的载荷装备被赋予了火星“超级实验室”的美誉。人们希望“好奇号”能在其两年的科学探测之旅中，深入解答人们对“火星是否有过生命，在远古时代火星是否有适合生存的环境等一系统问题的疑问。

2013年：寻找水

寻找水并探寻火星上可能存在的生命痕迹是“好奇号”最核心的科学使命。成功登陆火星之后的两年时间里，“好奇号”围绕这两个核心科学使命循序渐进地展开其科学探测工作。据统计，2013年，科研人员根据“好奇号”获取的科学成果一共在美国《Science》杂志上发表了7篇文章，寻找水是最主要的科学成果。

发现火星湖泊遗迹

根据NASA 2013年12月9日公布的”好奇号”探测器拍摄到的火星盖尔环形山图像数据，科学家分析表明：”好奇号”虽然没有找到水的直接证据，但在探测区附近继续进行勘探极有可能发现存在水的直接证据。

“好奇号”火星漫游者的桅杆相机拍摄的照片显示，盖尔陨石坑的Glenlg区域分布着一系列沉积岩，这是在黄刀湾里朝向西北方向观察的情形。

示意图显示在盖尔陨石坑内可能存在过一个古老的湖泊。

“好奇号”桅杆相机拍摄的图像显示黄刀湾的地质构造，“好奇号”所在“羊床”是最低的地质构造，其分别在John Klein和Cumberland两点进行钻孔取样。

2013年12月9日的《Science》上发表《火星盖尔陨石坑黄刀湾内存在适合生存的河湖环境》。由Grotzinger领导的科研团队认为，盖尔陨石坑曾经存在一个非常适宜火星生物圈存活的湖泊。地球化学的分析显示，这处火星湖存在于36亿年前，续存时间长达数万年甚至更久。当时，地球上的原始生命形式刚刚踏上它们的进化历程。火星的这处湖泊具有多个适合生命存活的特点，如其水体平静，水质既不过于偏酸、也不偏咸，而且拥有丰富的、维持生物生存所需的化学成分等。

“好奇号”项目组成员、英国帝国理工学院地质学家Gupta认为，对于火星探测而言，这是巨大的、积极的一步。

虽然”好奇号”发布了如此宜居的地质条件，但科学家依然没有掌握火星存在远古生命的直接证据。科学家们还将继续寻找有机物含量较高或者化学条件更利于保存有机物的岩石样本。

火星土壤含有丰富水分

科学家们利用“好奇号”的探测数据分析表明，按重量百分比计算，火星土壤中约2%是水分，这就意味着每立方英尺（不到0.03立方米）的火星土壤就能获得约1升的水，若这一结论成立，未来的火星探索者可能不必担心用水问题了。

2013年9月26日，美国伦斯勒理工学院和美国NASA等机构的研究人员在《Science》杂志上报告称，他们利用“好奇号”携带的样本分析仪，将其登陆火星后获得的第一铲细粒土壤加热到835℃的高温，结果分解出水、二氧化碳以及含硫化合物等物质，其中水的重量约占2%。

论文第一作者、伦斯勒理工学院的劳里•莱欣认为：“现在知道火星上应该有丰富的、可轻易获得的水”，这是“最令人激动的结果之一”。今后如果有人登上火星，只需在火星表面铲起土壤，然后稍稍加热，就可获得水。

“好奇号”还发现，火星土壤重氢碳比率与大气的测量结果相似，这说明火星表面土壤与大气存在“广泛的交互作用”，火星土壤可能像海绵一样从火星大气中获得水分与二氧化碳。

NASA研究人员在2013年7月19日出版的《Science》杂志上发表的两篇论文称，火星大气主要由二氧化碳、氩气、氮气、氧气和一氧化碳组成，其中二氧化碳约占96％，氩气和氮气各占1.9％，而对生命至关重要的氧气则微乎其微。

几年前，美国科学家曾声称，通过陆基望远镜发现火星表面存在甲烷，引发了火星上可能存在微生物的猜测。但“好奇号”一年前搜集的超过1/3火星年的数据，排除了火星种有大量甲烷气体存在的可能性。

火星现在寒冷而干燥，大气层厚度仅有地球的百分之一。研究人员通过分析二氧化碳和水中的氢、碳和氧的比例发现，火星其实也曾温暖湿润，也曾有厚厚的大气层。然而，约40亿年前，火星上或许发生过大变动，导致环境剧变，这可能是由于火山喷发，也可能是猛烈的太阳风带走大部分大气等因素。不过，自那以来，火星大气基本稳定，至今变化不大。

鹅卵石证实远古火星存在河流

“好奇号”在火星的盖尔陨坑中发现了光滑的小块鹅卵石，其形状和大小显示它们应该是被水流长期冲刷、磨蚀而成，这是迄今有关远古火星存在河流的最确切证据。

此前的火星探测器已发现火星上存在类似地球上的三角洲和巨型河道等地貌，但确认火星上曾经存在河流的证据相当有限。2012年8月，“好奇号”登陆火星后，地面科学家指挥它到距登陆地点约400米的“格莱内尔格”区域探测，拍摄了多处裸露岩层的高精度图片。通过这些图片分析，科学家发现，这一位于盖尔陨坑的区域有许多光滑的小块鹅卵石，与地球河床沉积物中的鹅卵石极为相似。在排除风化可能性的分析后，他们认为这些鹅卵石可能是被水流冲刷、磨蚀而变光滑的。据此，研究人员还估计了盖尔陨石坑附近河流的深度和流速：要冲刷形成现如今这样尺寸的光滑鹅卵石，河流深度应介于0.03至0.9米，流速则介于每秒0.2-0.75米。

研究人员表示，这一成果支持了此前所作假设，即很久以前火星上的环境比现在温暖、潮湿，可能适合原始微生物的生存。

2014年：寻找生命

在2014年收官之际，“好奇号”在火星大气层中发现了甲烷增多现象，并首次确认在岩石中发现有机物，使寻找生命成为“好奇号”2014年的主要科学探测成果，也为“好奇号”2014年的火星之旅画上了圆满句号。

2014年6月24日，NASA发布的最新消息称，“好奇号”火星车已完成第一个火星年探测任务，时间长达687个地球日。“好奇号”为此自拍留念，以表庆祝。

NASA表示，“好奇号”在火星工作一年来开展了大量科研工作，已成功完成既定任务，最大成果是发现了一个古老河床，提供了关于火星环境是否曾适宜微生物生存的证据。

在火星山成功钻孔

2014年9月24日，“好奇号”火星车在夏普山基底钻了一个6.7厘米的深洞，相关照片和数据于次日传回喷气推进实验室。

这次钻孔分析将让科学家们大概了解前方的沉积岩成分。研究人员希望分析火星表面岩土结构，探索火星地质演变史。

据悉，在经过漫长的长途跋涉之后，”好奇号”开始逐渐离开其着陆的盖尔陨坑坑底区域，逐渐接近一个被称为“莫里地层”(Murray Formation)的地质单元。而Pahrump区域正是”好奇号”接触这一地质区域的首次取样。这一区域可能构成了夏普山的山麓地层。

在以后的时间里，随着“好奇号”沿着夏普山不断爬高，将会逐次接触到越来越年轻的地层。最终，“好奇号”将会找到一个转变开始发生阶段的岩层区间，那里的岩层将代表着火星从古代温暖潮湿的气候逐渐向现代寒冷干燥气候的转变。

夏普山首次采样钻孔。

“好奇号”抵达Pahrump Hills。

岩层露头的抗风化的特征。

发现水作用于火星地貌的新证据

2014年12月8日NASA宣布，“好奇号”为火星夏普山拍摄的高清晰度岩石照片显示，这座位于火星陨石坑里的山丘或许由一座大型湖泊的沉积物长期堆积、风化而成，这一发现成为火星地质历史上曾存在流动水的又一有力证据。

描绘了一个湖泊的水填充火星盖尔陨石坑，融化的雪水流向陨石坑北部边缘。

在 2014年8月8日公布了几幅“好奇号”发回的照片。在一幅摄于此前8月7日的照片上，可以清晰看到夏普山底部呈现出均匀分层的岩石。研究人员认为，这属于湖底沉积物形成岩石的典型样貌，该地应当距离流水注入湖泊之处不远。

其他照片也从不同角度证明，盖尔陨石坑从前可能是个湖泊，但曾多次蒸发干涸，夏普山或许就是由来自陨石坑边缘高地的流水沉积物或风化沉积物层层累积而成，沉积物积累到一定高度后受到风力侵蚀，最终塑造了夏普山如今的外貌。当盖尔陨石坑成为“盖尔湖”时，夏普山可能“变身”为湖中的“夏普岛”。

“好奇号”项目科学家阿斯温•瓦萨瓦达指出，“好奇号”的最新发现或许意味着火星温暖、湿润的时期出现在35亿年前，比人们以前想象的距离现在更近，而支持火星存在湖泊的时间也比预想的更为久长。

NASA火星探测项目首席科学家迈克尔•迈耶表示，这座湖泊非常大，也许存在了数百至上千万年，不仅为沉积物逐渐形成夏普山提供了充足时间，也为生物产生和繁荣提供了充足时间。不过，科学家们尚不能确定远古火星持续存在湿润时期，还是中间存在过“干燥间隙”。

在岩石中发现有机物

甲烷增加的两种可能，一是来源于火星大气，二是从大气中分离出来的（沉下去）。“好奇号”探测到大气甲烷的波动，意味着两种类型的活动同时存在现在的火星上。

NASA在当地时间2014年12月16日宣布，“好奇号”样本分析仪在20个月的时间里测量了火星大气12次，发现了几次峰值甲烷排放浓度的平均值，竟是背景浓度的10倍左右，这一发现对于“好奇号”一年前发布的“没有价值”的探测结果来说，是一个令人激动的逆转，再度激起了人们对火星上存在生命的猜想。“好奇号”项目科学家、美国密歇根大学专家阿塔亚表示，这一现象说明火星上肯定有相对固定的物质，这种物质或生物性或非生物性，皆有可能。

此外，“好奇号”还首次在钻取岩石过程中还发现了有机物，不过，科学家表示，这些有机碳的还未能确定身份。如果被证实是微生物活动所产生的甲烷，那将是爆炸性的新闻——火星发现了生命！

答案或许会在人类未来的火星探测任务中揭晓。NASA即将在2020年发射的新一代探测器“火星2020”，有可能继续解开火星甲烷排放的谜底。

牵手一生

金山二少

呵呵。。。

金山二少

答案或许会在人类未来的火星探测任务中揭晓

金山二少

如果被证实是微生物活动所产生的甲烷，那将是爆炸性的新闻——火星发现了生命！