火星探索：红色星球上的生命痕迹

从荒凉到惊喜

1976年，美国的海盗1号和海盗2号着陆器首次在火星表面进行了生命迹象的实验。结果暧昧不清——三个实验中的一个给出了正向信号，但当时科学界的主流意见是这些信号来自非生物化学反应，而非生命。

此后数十年，人类对火星的看法在"无生命的荒漠"和"可能有微生物的家园"之间来回摆动。但近十余年的发现，已经大大改变了局面：火星在遥远的过去，可能并不是今天这样的红色荒漠。

2004年，机遇号火星车在鹰陨石坑发现了赤铁矿——一种通常在有水环境下形成的矿物。2012年降落的好奇号火星车在盖尔陨石坑中发现了清晰的古代河床痕迹、鹅卵石和黏土矿物。这些证据表明，约30至40亿年前的火星拥有河流、湖泊，甚至可能是一片汪洋。

现在的火星表面虽然干燥荒凉，但它的过去并不一直是这样的。关键的问题是：在那段湿润的时期，火星上是否出现过生命？

2018年，好奇号在盖尔陨石坑约30亿年前的沉积岩中检测到了复杂有机分子——噻吩、甲苯、苯等小分子，以及更大的含碳、含硫的复杂结构。这些分子本身不能证明生命存在——非生物过程也能产生它们。但它们的存在证明，火星的有机化学比我们以前想象的更复杂。

更令人兴奋的是甲烷的季节性变化。地面望远镜和火星轨道探测器都探测到火星大气中的甲烷浓度随季节变化。好奇号火星车也多次在着陆点附近检测到甲烷的突然升高。甲烷可以有非生物来源（如蛇纹石化），但也可由产甲烷微生物产生。这种季节性变化暗示存在某种活跃的地下来源。

雷达探测显示，火星两极地区存在大量水冰。2018年，雷达数据揭示了一个可能的地下液态卤水湖，位于火星南极冰盖下方约1.5公里深处。后来又有更多类似的地下湖信号被发现。

虽然这些卤水湖极寒、极咸，不适合已知地球生命，但它们的存在表明：火星地下并非完全没有液态水。一些科学家认为，如果火星微生物今天仍然存在，最可能的地方就是这些地下含水层中。

2021年，中国天问一号任务的祝融号火星车成功着陆于乌托邦平原。这是中国首次火星探测任务就一次实现"绕、落、巡"三大目标。祝融号搭载了探地雷达，对地下结构进行了探测，发现了火星地下浅层的分层结构，与沉积地层一致。

此外，天问一号的轨道器也开展了全球范围的遥感探测，为火星气候、磁场和地形的研究提供了宝贵数据。

当前火星探测的一个重要方向是采样返回。NASA的"毅力号"火星车正在杰泽罗陨石坑（一个古代湖泊三角洲）钻取岩心样本，封存在小管中。计划由后续任务将这些样本取回地球，在地面实验室中进行精密分析。

地面实验室能做的检测远超火星车上有限的仪器：同位素比、化石微体结构、生物标志分子等，都只能在地面完成。如果火星曾经有生命，采样返回是最有可能确认它的路径。

中国也在规划自己的火星采样返回任务，预计在2030年前后实施。

我们仍然不知道火星是否曾有或仍有生命。但每一次探测都在累积数据，缩小可能性范围。火星从一个"可能无生命"的荒漠，变成了一个"至少在远古可能宜居，也许仍有微生物"的候选地。

无论最终答案如何，火星探索已经改变了我们看待生命在宇宙中可能性的视角。如果太阳系内、我们隔壁的星球上曾经独立地出现过生命，那生命在宇宙中就远非稀有。

> 本文选题参考自《自然》(Nature) 杂志。更多精彩科学报道请访问 [Nature 中国官网](https://www.nature.com/china/)。