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篇名: 自然科學-火星 ~轉貼
作者: ✿小林船長✿(暫離)	日期: 2012.07.10　　天氣: 　心情:

火星與地球之間儘管相隔數千萬公里的空曠空間，卻與地球有著很多神秘的共同之處：它也是一顆固態的岩質行星，半徑大約是地球的一半，但體積大約只有地球的1/7；火星上也有兩個白色皚皚的極冠，這兩塊區域冬季增大、夏季消融縮小，與地球極爲相似。此外，火星上面也同樣有高聳的山脈、幽深的峽谷、飄蕩的白雲、怒吼的風暴，它與地球一樣也是四季分明，甚至一天也是24小時。因此，它被人們稱爲地球的“孿生兄弟”，與地球一起被認爲是太陽系內生命可棲居區域。

　　僅僅在100多年前，人們還普遍相信火星上存在高級智慧生命，有關“火星上的運河”、“火星人大戰”、“火星上的獅身人面像”等等的猜測與幻想很多年來一直不絕如縷。但人們對火星的瞭解越多，人們的失望也就越大。自從上世紀60年代以來，人類已向火星發射了30多個探測器，不僅沒有找到智慧生命的蹤迹，而且連最簡單的微生物也沒有找到。火星探測器帶給我們的訊息是：火星是一個佈滿了大小石塊的沙漠星球，其表面是一片荒涼、寒冷和死寂的世界，沒有一絲生命的氣息！

　　這顆與地球如此相似的星球爲何最終沒有像地球那樣孕育出紛繁複雜的生命？在數十億年前的早期，它有過生命活動的迹象嗎？如果有，那麽是什麽原因使生命的進程被打斷？更深層的問題是：在廣闊的宇宙中，只要是與地球相似的星球，就必然會産生生命嗎？如果真是這樣，那麽火星爲什麽給我們提供了一個反證？生命究竟是偶然還是必然？通過對火星和地球截然相反的命運的比較，我們或許能夠更好地揭開宇宙生命之謎。

　　兩顆洪水泛濫的星球

　　50億年前，在銀河系一個旋臂上，有一塊星際氣體雲坍縮了。這次宇宙中毫不起眼的坍縮事件最終創造了宇宙亙古未有的奇迹——智慧生命。這塊星際氣體雲核心的溫度很快上升到1000萬K，接著燃燒成一顆黃色的恒星——這就是我們的太陽。圍繞太陽旋轉的大量宇宙塵粒依靠引力逐漸聚集成團，然後形成了太陽系的九大行星，其中有兩個相互靠得很近、稟性相同的兄弟——地球與火星。

　　在誕生之初，這兄弟倆都遭遇了相同的命運。初生太陽系內有無數大大小小的岩石在四處遊蕩，肆意撞擊著尚在繈褓中的行星。巨大的碰撞對這兩顆行星來說都是家常便飯，每月至少發生一次。碰撞後抛射出去的煙霧與塵埃遮天蔽日，籠罩在行星上空，久久不能散去。據估計，在太陽系行星形成後，隕石風暴前後延續了約7億年。直到今天，在砂礫遍地、荒涼沈寂的火星表面，還遍佈著遭隕星襲擊後形成的坑坑窪窪，但地球上的隕石坑已被長時間的風蝕和水蝕消磨掉了。

　　那時，兩顆行星都是沒有水、沒有生命、漆黑一團、異常酷熱的行星。乍看起來，它們都沒有形成生命的可能性。

　　然而，隕石通常都含有豐富的水分，正是這持續了數億年的隕石風暴爲兩顆行星帶來了最初的水氣。隨後，兩顆熾熱的星球都經歷了頻繁的火山活動。火山爆發時，岩漿鋪滿了較低的盆地，大量氣體從岩漿中釋放出來，與隕石留下的水氣混合，在兩顆行星上空形成了飽含水分的原始大氣層。原始大氣層形成以後，隨著兩顆行星的溫度逐漸降低，某些氣體就會冷凝成雨，分別在兩顆星球上産生了最早的海洋。

　　火星因爲在地球的外側，受到隕石的撞擊比地球還多，得到的水氣也比地球多得多。因此，火星早期的水比地球豐富得多。據估計，火星上海洋的深度曾經平均可達10萬米深，比現在地球海洋平均5000米的深度要深出20倍。

　　作爲火星上曾經洪水泛濫的證據，火星表面現在佈滿了縱橫交錯的溝壑，很可能是乾涸的河床。它們多達數千條，長度從數百公里到1萬公里以上，寬度也可達幾公里到幾十公里，蜿蜒曲折，極爲壯觀。它們主要集中在火星的赤道區域附近。河床的存在使科學家們認爲，現在乾燥異常的火星曾經有過大量的水。而火星兩極至今仍有殘存的乾冰和水冰，這些水冰如果全融化，可在火星表面形成10米的均勻水層。

　　生命的曙光同時出現

　　在數億年不斷絕的隕石雨中，與水分子相伴同行的是孕育生命的有機分子，它們不僅投向了地球的懷抱，也同樣投向了火星的懷抱——在太陽系初期變化劇烈的環境中，生命的曙光同時出現在火星與地球上。

　　這些有機分子是生命的“種子”，它們需要什麽樣的條件才能在一個星球上生根發芽、茁壯成長呢？

　　液態水是生命産生的先決條件，其他都是次要的。因爲水能溶解各類化學物質，使分子能親密接觸，進行化學反應，製造生命所需蛋白質，並能運輸養分，排泄廢物。更重要的是，水能被分解成氫和氧，直接參與生物化學分子反應，成爲生命不可或缺的一部分。

　　別的液體能代替水嗎？土星的土衛六上有石油類海洋，海王星的海衛一上有液態氮海洋，別的行星上還有硫酸、液態氨、液態甲烷等海洋。但這些液體參與基本生命化學反應的能力有限，更談不上參加製造複雜的蛋白質和遺傳基因了。

　　因此，維持生命，一定需要水，離開水，生命就無法起源和演化。以“水淋淋”來形容生命核心和組織環境，最恰當不過。作爲典型例證，我們知道，人體內有70%是水分，即使是地球上最簡單的生命大腸桿菌，水也占其總重量的70%。

　　水與生命的分子同時落到兩個星球上，這一切表明，在創造生命的歷程中，火星與地球曾站在同一起跑線上。但火星與地球生命故事的相同之處，至此結束。從這點起，火星與地球開始分道揚鑣，各奔前程。

　　火星上水與氣的大逃亡

　　太陽系共有四大顆岩石行星——水星、金星、地球與火星，火星是距太陽最遠的岩石行星。火星之外，是小行星帶，再向外走，除冥王星外，其餘的木星、土星、天王星、海王星皆爲巨無霸的氣體行星。木星強大的引力很可能掠奪了火星軌道上的部分原始材料，使它先天營養不良，長成一個有厚厚的地殼和像小鐵球一樣的核心的小矮個。由於天生瘦弱，火星在與地球進行的生命競賽中，很快就處於下風。

　　40多億年前，初生火星的材料正在進行大分化，重金屬類如鐵等，向火星地心沈積，輕的物質如二氧化碳、水等，向火星地表之上浮離，而大量氫氣因爲最輕，所以一直竄升到外大氣層。由於瘦弱的火星其重力場僅爲地球的38%，平均逃逸速度僅需約每秒5公里(相比之下，地球的平均逃逸速度爲每秒11.2公里)，因此火星上的氫氣在初生太陽猛烈的紫外線照射下，取得足夠的能量，很容易就達到脫離火星的速度，一去不復返。衆多逃離的氫原子匯合成一股巨大的朝火星外噴射的氣流，還同時拖走了更多的其他成分的大氣，造成火星大氣集體逃亡潮。

　　數億年的隕石雨給火星帶來了大量的水，但這些水來得快，去得也急，很快又被火星大氣裹挾著逃向太空。每次隕石碰撞火星，雖然也帶來一些水，但其産生的能量也使火星上原有的水大量汽化，並激起一股高速反彈的氣流，輕易逃離火星。更厲害的是隕石以接近切線的角度撞上火星，火星像是在胃部被重重擊上一拳，向外太空做抽搐性瘋狂大嘔吐。專家稱這種由隕石碰撞造成的行星水損耗現象，爲碰撞侵蝕。很可能，在最初的7億年中，火星處於既是大得水又是大失水的時期。

　　38億年前隕石風暴停止，火星得水率和失水率都在減緩，但火星大氣仍在綿綿不斷地逃亡。最終，整個火星的大氣壓降成僅爲地球的1/150，在這麽低的大氣壓下，火星表面液態水無法存在，其一點殘存的水分只能轉入地下，或成爲深藏不露的地下水，或變成地下永凍層。而火星地表則變得永遠荒涼乾燥。

　　幾十億年下來，小矮個火星根本無法保住自己的大氣層，氣壓低，則大氣吸熱和存熱能力低，天寒地凍，地表液態水消失。強烈的紫外線與各類宇宙射線長驅直入，把地表消毒得乾乾淨淨，連有機分子都被分解怠盡，不復存在。即使生命能耐高溫、高壓、無氧、高堿、超鹹的環境，但是卻無法抗拒高輻射能量。輻射能打入細胞內核，擊斷遺傳基因長鏈，扼殺生命複製演化的契機。因此，數十億年前火星上的生命，至今恐怕早已灰飛煙滅，或變成化石，或深藏地下，不再露面了。

　　生機勃勃的地球

　　而地球是幸運的，它恰倒好處的引力維繫住了原始的大氣層和液態水。但早期地球的環境也極爲惡劣，隕石風暴過後，火山活動活躍、硫磺濃湯漫流、地表灼熱、閃電頻頻，沒有一點氧氣。今天絕大部分地球生物，是無法在那個環境中生存的。

　　但生命的頑強正表現在這裏。從天上來的簡單的有機分子，在氮、碳、氫氣體豐富、溫暖潮濕的環境下，首先進化出來的是厭氧古細菌，它們生活在90℃以上，吸收硫、氫、二氧化碳等化學能量生長繁殖，如果溫度低於80℃則停止生長。因此它們具有耐高溫、喜硫磺和甲烷等古怪個性，適應了當時異常惡劣的環境——最初的生命在地球上站穩了腳跟。

　　然後，地球生命的轉折時刻到了，肩負著偉大轉折使命的是一種早已消亡的古細菌——氰細菌。它首次使用太陽能進行光合作用，攝取二氧化碳，吐出氧氣，此後對地球大氣持續加氧10億年，徹底改變了地球原有的大氣成分，也永遠改變了地球的未來命運。它們爲未來更高級更複雜的喜氧生命披荊斬棘，開創了嶄新的環境，而自身卻不幸葬身於這個環境。地球生命史上最悲壯的一幕——“氧的大屠殺”，使第一代地球生命古細菌幾乎全部滅絕，目前只有一點殘餘躲在深海海底。

　　氰細菌的偉大獻身換來了地球上湛藍的天空，當氧氣充溢著地球天空時，地球生命開始了一個長達30餘億年的波瀾壯闊的進程。

　　在火星與地球的生命競賽中，地球最終成爲勝利者，孕育了萬千生命，並成功地誕生了高級智慧生命，現在已是一個生機勃勃、充滿活力的行星；而小個子火星則因氣力不支，很快就退出了競爭，現在成爲一個萬籟俱寂、死氣沈沈的行星。

　　這兩顆星球的生命故事告訴我們：生命誕生所依賴的條件是極爲苛刻的，即使是像火星這樣同地球如此相似的星球，其艱難的生命歷程也半途停頓，那麽，在宇宙其他地方，生命産生發展的可能性又有多大呢？

　　尋找火星生命的遺迹

　　火星上尋找生命的遺迹一直扣人心弦，原因有兩個：一是人類好奇心驅使想要通過它驗證一下到底外星有沒有類地文明，哪怕火星上有一點生命的遺迹，也足以讓人喜出望外，從而使人們對宇宙的思考改觀；另外一個原因則是地球生命起源的謎題尚未完全解開，人們希望火星可以多提供一些線索。

　　據說“海盜”號探測器開始發回科學資料後，一位元報業人士向一位科學家約稿，要求對方用100個單詞的電報回答火星到底有沒有生命，這位科學家就將“Nobody knows”(無人知道)重復了50遍作回復。事實上，到了今天，如果有人問起能否找到火星生命的遺迹，科學家的回答仍然將是“無人知道”。

　　確實，這項工作的開頭就非常困難。火星距離地球數千萬公里之遙，以現今的科學技術，人類還無法親臨火星，目前只能有三種間接的方法尋找火星生命的證據：一種是對被認爲來自火星的隕石進行檢測；一種是對火星軌道探測器發回的觀測資料和照片進行分析；最後一種是由火星登陸車取得火星土壤樣本進行化學和生物試驗。

　　火星樣本試驗取得了積極的結果。從那塊著名的火星隕石ALH84001身上，科學家們發現了它內部佈滿了呈球狀的碳化物，球的直徑在100-200微米之間；球的交界處有卵圓形的物體，更加微小，形狀很像人類熟知的桿菌，但體積最大的也只有桿菌的1/10。進一步分析發現，球內含有數種磁性礦物質，與地球各類含磁鐵細菌體內成分相似。

　　火星探測器的探測也取得了一定的成效，科學家們正依據從探測器得到的資料，結合地球經驗作出種種最大膽的設想。2001年11月，匈牙利科學家宣稱，他們發現火星存在“黑生物”。這個科學家小組表示，“火星全球勘探者”拍攝的照片顯示，在火星冰雪覆蓋的南極環形山有幾千個黑色沙丘點，這些點顯示，在冰層下面的地面有生物體，它吸收太陽能，可以融化冰，爲自己製造生存的條件。

　　當然，目前最好的方法還是讓火星登陸車直接登臨火星，讓車上先進的精密儀器對火星土壤進行細緻地檢測。今天，當人類的攜帶火星登陸車的探測器競相向火星進發時，我們可望在火星上什麽地方找到生命的遺迹呢？目前人類對火星生命模式，可從三方面探討。

　　第一方面，在火星形成後的10億年中，自然環境可能促成生命起源。後來環境每況愈下，生命再掙扎了十餘億年，終於全面絕種，只留下化石遺迹。

　　第二方面，火星生命也可能在起源後繼續演化，適應環境，深入地下水源，繁殖生長，或長期冬眠潛伏，伺機再出。

　　第三方面，火星生命可能從未成形就胎死腹中，只留下一些氨基酸化學分子演化的蛛絲馬迹。

　　火星有巨大的死火山，火山底部可能尚有餘熱，火星又有大量地下冰源，兩個條件放在一起，火星可能還有地底溫泉。溫泉環境濕熱，又可能有硫磺“糧倉”，是類似地球古菌類的生存場所，這最可能是火星細菌生命生長繁殖的溫床。

　　隕石風暴後，火星地熱豐富，大氣厚實，湖泊廣布。此時形成的湖底沈積層，如水手號谷內的深壑地層，應是細菌生命的最愛。現在雖然早已鬥轉星移，海枯石爛，但仍應該是細菌生命或細菌化石的藏匿之地。

　　火星開始冷卻後，永凍層逐漸形成。目前火星的冰層都在高緯度，赤道帶極度脫水，高緯度冰層底部可能有淙淙細流的地下水溪，那也可能是火星生命的藏身之地。

　　火星肯定還有更多的生命熱點，只是人類目前資料貧瘠，仍需努力搜集。現在，種種結論都無法成爲定論，人們正在期待著火星探測器給我們揭示火星更多的奧秘。(《大科技》2012年2期)

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