20世纪人类对火星的探测一直没有停止。这个奇特的星球始终对人类有着某种诱惑。1973年美国马萨诸塞大学的休格宁博士发现火星赤道以南有个椭圆形构造,叫做“太阳湖”。该处异常明亮,像是有水的迹象。而且“太阳湖”地区日落以后气温下降比别处慢得多,夜间也比周围区域温暖。休格宁认为,这可能是地下有一层水在积蓄热量的缘故。探测雷达还发现该处有一种季节性变化,正与冰在夏天融化一冬天凝结现象相吻合,休格宁把这个地点称为“绿洲”。他认为这个地区是寻找火星生命的最好目标。这一意见得到肯定。
1978年7月,“海盗号”宇宙飞船发回火星表面的两张照片上,好像有活火山爆发的迹象。如果火星上真有活火山,那么就说明火星上存在生命的可能性更大。因为火山能给寒冷而又荒凉的火星表面提供维持生命的水分。这是值得特别重视的。
在“水手9号”探测器发回的照片上还发现,在埃利西高原地区,有一些类似四角金字塔的“建筑群”,在火星南极地区也发现有一些几何构图十分方整的结构体,专家们还把它命名为“印加人城市”。这些奇异的现象使许多人相信,目前断言火星没有生命存在或断言过去也不曾有生命存在为时还太早。为此,人们还需做更多的研究。这些未解之谜还需要人类更深入地去探索。火星最高峰奥林匹斯的火山口,它的直径约为65公里。地球上所见的任何一处地貌其雄奇之处都无法与之相比。
“海盗2号”火星探测飞船的登陆船曾在火星表面着陆采集大气和土样,研究是否会有生命存在。
大约46亿年前,当太阳系形成的时候,地球和火星也差不多同时诞生了。今天我们观测到的火星,虽然表面到处覆盖着沙漠和岩石,可是火星一度曾是拥有海洋和温暖气候的行星。
随着人类观测手段的进步,火星的真实面目逐渐呈现在了我们面前:火星的自转周期比地球多半个多小时;火星的一年是687天,差不多是地球的两年;火星的直径约为地球的一半;火星的体积不到地球的六分之一;火星的质量仅是地球的十分之一。火星大气比地球大气稀薄得多,主要成分是二氧化碳,占95%,其中3%是氮,氧气和水蒸气含量极微。但“火星上究竟有没有生物”这个古老的疑问,至今没有得出确切的答案。
2001年11月上旬,西班牙科学家对火星又有了新的发现,火星再次吸引了人们的目光。
“火星上存在黑生物!”匈牙利科学家认为,火星南极有活的生物体存在,其生存类型相当于地球南极生物。这个匈牙利科学家小组指出,在火星冰雪覆盖的南极环形山有几千个黑色沙丘点,这说明在冰层下的地面有生命体,它吸收太阳能将冰融化,为自己创造生存条件。在地球南极冰雪覆盖的湖泊,也曾发现同样的情况。问题在于处在火星那样严酷的自然条件下,这一保存生命的方式能否正常存在。
其他国家的科学家认为,匈牙利科学家的设想新奇大胆,但是要确知火星上是否存在生命,只有在新的探测器降落火星,甚至只有在人类登上火星后才有可能确认。不过,我们还是想对火星生命做一番同样大胆而不失科学依据的猜想。
随着几年前俄罗斯花费数亿美元建造的火星探测器轰然一声化为乌有,美国的火星探测器先后踏上迢迢征途,火星和火星生命的话题成为舆论关注的热点。
2001年10月29日,已飞临火星的美国火星探测器“2001火星奥德赛”,把它拍摄的第一张火星表面图像传回地球。此前一个星期,“奥德赛”开始接近火星,并两次进入火星大气层。“奥德赛”此行的目的是在火星上找水并观测火星地表,它虽然不能马上确认火星上是否有水和某种类型的生命,但可以判断火星哪些区域有这种可能。我们可以把“奥德赛”视为人类登陆火星前的探路尖兵。
火星诞生生命的可能性
火星在形成之后的一段时期中,被认为与地球有着同样的演化历程,也就是曾经存在海洋,有奔腾的河流和冒着浓烟的火山。对此,火星表面有大量残迹可以说明,曾因水流而形成的“泪滴”状沙洲地貌就是物证之一。
科学家曾做过这样的实验:把宇宙射线中的主要成分——质子流通过加速器照射火星原始大气——一氧化碳、二氧化碳、氮及水蒸气的混合气体,分析生成的主要成分。实验证明生成了乙氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸等多种氨基酸。根据这种实验结果判断,火星原始环境与地球同样有生命诞生的充分条件。
火星上曾经诞生过怎样的生命呢?试用地球的情况为例做一点说明。地球从40多亿年前形成开始,经历了10亿年的化学演化过程,导致了原始生命的诞生。这种原始生命可能是具有原核细胞的简单细菌,也就是拥有为繁衍所需的携带少得不能再少的遗传信息的遗传基因,为了能量代谢把微乎其微的酶用膜包裹起来的构造简单的东西。此后又经过20多亿年,这种简单生命才进化为真核生物。
这个过程在火星该是怎样的呢?正如前面谈到的,在形成后大约10亿年中,原始火星上有海洋,也有温暖湿润的大气,所以火星上出现与地球曾出现过的类似简单生物并不是难以理解的事。当然,海底的热水出口周围也应当是火星生命诞生的场所。但是此后火星慢慢“冷却”,生命进化的步伐变慢了,现在不清楚火星上是否出现过真核细胞生物。如果“冷却”的过程是异常缓慢的话,具有真核细胞,能进行光合作用的藻类生物有可能繁殖。如果“冷却”是急速进行的,火星上的液态水就会消失,那么不要说真核细胞,就连原核细胞是不是能出现都很难说了。
由此说来,火星是从什么时候、怎样“冷却”的,将是解开火星生命之谜的钥匙。火星表面存在大量超氧化物,火星上有水,通过发生化学反应生成了氧气,火星生命也许一跃而获得了呼吸氧气的生存形式,因此我们不能忽视火星上曾诞生过相当复杂生命的可能性。
目前,解开这一疑问的关键在于研究资料不足,我们相信,在不远的将来人类通过对火星的探测,以上问题应当能弄清楚。
火星存在生命的可能性
火星有很多地方与地球相似。在望远镜发明之后,许多天文学家对火星进行观测,他们的观测得到了很多科学结论,不过也有看走了眼。不由自主地走过一些弯路的。意大利天文学家斯基帕雷利就是这样一位天文学家。
1877年8月,他在观测火星时发现,火星表面有许多线条状的地貌,他认为这是人工而成的运河,于是“火星人”之说不胫而走。
19世纪末,不少描写“火星人”的科幻小说相继问世,最著名的当然要算是英国科幻作家威尔斯的《大战火星人》。
无独有偶,美国天文学家洛韦尔在自己建造的天文台,从19世纪末到20世纪初的长时间里,对火星进行了认真的观测,并拍摄了大量照片。他宣布,在火星上发现了500多条运河,“运河是人工开凿的”,这无异于宣布“火星人”的存在。
人类对火星生命的直接探索是在1976年,“海盗号”火星探测器首当其冲,此举距今已28年了。遗憾的是,当时“海盗号”否定了火星生命的存在。我们从那时“海盗号”拍摄的火星表面照片看到,整个火星地表都覆盖着红褐色,直径40厘米左右的岩石遍及视野,给人以荒凄之感,没有一丁点儿绿色。天空就像地球的晚霞那样是火红色的。
火星上存在不存在生物,现在谁都难以断言。可是除了地球,在太阳系的行星当中,火星是最有可能诞生生命的。这种看法的根据就是火星上有水。火星曾存在过海洋,那么这些水跑到哪儿去了呢?要明白无误地回答这个问题,现在还没有掌握足够的资料,但是作为回答之一,在火星的极冠至少存在冰。在火星的南北极存在着冬季形成的季节性极冠,以及长年存在的极冠。季节性的极冠是由大气中的二氧化碳凝结而成,而长年存在的极冠主要是由水冷凝而成。火星北极冠直径1000公里至2000公里,厚度为4公里至6公里,扩展至北纬75°附近。南极冠要小得多,直径为300公里至700公里,厚度为1公里~2公里,位置在南纬86°以上。据认为,极冠之下是作为永久冻土的冰层,冰的总量如果折合成水的话,可以覆盖整个火星表面,水深达6米~500米。火星上存在如此大量的冰的事实是极令人吃惊的。
尽管没有资料说明火星表面存在液态水,但是火星与地球相似,自转轴是倾斜的(地球自转轴的倾角是23.5°,火星自转轴的倾角是25.2°),因此一年中有四季的变化,极冠冰盖的周边部分将会或溶或冻。根据“海盗号”的观测,发现过火星地表的霜降,也就是说,在这种时候暂时存在液态水,由此可以推测某种生物也许至今仍能繁衍。
火星上能够存在的生命
科学家曾模拟火星环境制作了一个实验装置,把各种各样的生物置入其中进行生存实验。对地球上形形色色的生物来说,大型动物和植物用这种装置来实验当然是不行的,从物种多样性来判断决定采用微生物进行实验,其中除了有充斥我们身边空间的霉菌、细菌外、还有只能在特殊环境(如高温或低温环境,无氧环境)中才能生存的一些“极限”微生物,也就是说采用尽可能广泛的微生物来进行实验。
生存实验结果表明,枯草菌的孢子、黑酵母菌孢子,乃至厌气性细菌和藻类在这个实验装置中生存的可能性都很大。
为了解决火星极冠冰下埋藏的微生物是如何生存的,科学家用构成火星大气的气体覆盖在枯草菌孢子上,然后用达到照射2000年以上剂量的紫外线和宇宙线照射,它们几乎全部安然无恙。根据这个实验推测,在现在火星环境中,某种微生物也许能少量存在也可能繁殖,就算不能繁殖其生存的可能性也是相当大的。
火星会存在生命的地方
说到探索火星生命,首先必须考虑到火星的地质年代和地形。在40亿年乃至35亿年前,火星同地球一样也有海洋,此后才逐渐“冷却”成为今天这种冰冷的行星,所以火星如果诞生过生命可能是在“冷却”之前的时期。现在认为,地球就是在这个时期诞生了原始生命,单细胞生物繁衍起来。
该到火星什么地方去探索生命呢?在火星地形中,火星北半球火山口的地区是比较新的地层,是生命诞生以后才形成的。从地质年代来看,大约在40亿年~30亿年前火星南半球形成的高原是由古老地层构成。因此,探索火星生命的首选地域应当是这种具有古老地形,特别是由流水冲刷形成的“水手谷”等地域。所幸火星上没有地球上的岩盘运动,古老地层古今如一。不过在这种地区找到仍生存的生物可能性不大,主要目的应是寻找原始生命的微小化石。有可能的话,如果找到现在火星上仍生存的生物,那应当是在火星极冠的周围地区和地下永久冻土的含水层。
为了生存地球型生物,水的存在是必不可少的条件。根据前面谈到的实验结果推测,在目前火星环境下有水存在的话,低温中的厌气微生物和原始荧光合作用的细菌生存是有充分可能性的,或许它们仍处在缓慢的进化过程中。
探测火星生命
1976年在美国执行的“海盗计划”中,“海盗1号”着陆舱在火星普拉尼蒂亚平原软着陆,“海盗2号”着陆舱在火星乌托匹亚平原软着陆,进行火星生命探索。“海盗号”探测器此行的目的是在火星表面寻找生命的征候。遗憾的是,“海盗号”探测器没能发现生命的迹象。但是,所有对维持生命所必需的元素,在火星表面都找到了,这是意义深远的。那时,“海盗号”为了探索火星生命,采用了当时最先进的技术,而今天看来大有改进的余地。现在有了解决“海盗号”实验中疑点的非常特殊的方法:这就是把荧光显微镜与图像处理法相结合的方法。在适当条件下,使用某种化学物质就能产生与生物具有的酶反应发出荧光的物质。这就是让生物体发出荧光的原理。
把这种化学物质掺入土壤试料,放置几分钟后用荧光显微图镜观察,如果存在生物它就会发出荧光。这种方法操作简便,结果也很可靠。把这种方法应用于地球土壤,能够一个一个地检测出微生物细胞。进一步选定染色条件,还能相当容易地判别生物是死的、活的,或是死了,但仍在进行某种程度的分解。这种方法:无须添加培养液加以培养,所以对于探测未知生命是很合适的。这种方法的有利之处还在于,能够把试料置于接近本来状态进行分析,可以同时了解生物的生态。如果把这种方法与遗传基因分析使用的“PCR法”配合使用的话,还可以了解哪种生物属于怎样的种类。
在今后对火星生命的探索中,应当把荧光显微像法和遗传基因分析法等直接探测方法与“海盗号”采用过的气体摄谱仪和质量分析法兼施并用。
在实际对火星进行探测之前,积累“从宇宙探测地球生命”的资料是必要的,也就是启用圈绕地球运行的地球观测卫星,遥感观测沙漠和西伯利亚永久冻土地带,检测出沙漠的水分和有机物,测定永久冻土地带的生物生态和冻土的厚度等,现在应当立即着手进行实验,为即将实现的火星生命探索做好准备。