今天的火星引來了大量行星探測任務(wù)，而“火星上是否存在生命”又被稱為火星探索的“終極問題”。但火星的地位并不是從一開始就那么特殊，從平平無奇到引人注目，和火星有關(guān)的故事接連不斷。甚至有人堅稱，我們可能在上世紀(jì)70年代，就已經(jīng)探測到了火星生命。
撰文 | 王昱
審校 | 吳非
自從人類能用多級火箭逃出地球引力阱以來，我們就一直在不斷探索著太陽系內(nèi)其他的未知世界。在行星探索的眾多目標(biāo)中，尋找地外生命始終是最引人注目的那一個。上個世紀(jì)美蘇冷戰(zhàn)時，人類對太空的探索也進入了高潮階段，以今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，探測器幾乎是源源不斷地向各個星球飛去。不過行星探測的成本終究是太高了，逐漸減少的探測器發(fā)射機會仿佛讓人們不得不在星球之間作出抉擇——到底要探測哪顆星球？
對尋找地外生命而言，最重要的選擇標(biāo)準(zhǔn)是需要目標(biāo)行星處在恒星的宜居帶內(nèi)。宜居帶內(nèi)行星和恒星的距離能讓行星保持合適的溫度，允許液態(tài)水的存在。但天文上的宜居帶劃定其實并沒有非常明晰的標(biāo)準(zhǔn)，在某些標(biāo)準(zhǔn)中，火星和金星都處在宜居帶內(nèi)。
對金星的探測告訴我們，這是一顆擁有熾熱、稠密、酸性、有毒大氣的煉獄星球，甚至探測器在其中都難以生存。但人類將行星探索的重點完全轉(zhuǎn)向火星，并不完全是因為金星惡劣的條件，與火星這顆紅色荒涼星球有關(guān)的、令人浮想聯(lián)翩的故事也是重要原因之一。
海盜號
雖然大多數(shù)科學(xué)家不認(rèn)可這個結(jié)論，但是美國航空航天局（NASA）科學(xué)家吉爾伯特·萊文（Gilbert Levin）卻一直在堅持，早在上世紀(jì)70年代中期，人類就已經(jīng)探測到了火星上生命存在的跡象。
吉爾伯特·萊文（圖片來源：其個人主頁）
這些跡象是由海盜號（Viking）探測器發(fā)現(xiàn)的。海盜一號（Viking 1）和海盜二號（Viking 2）在1975年發(fā)射，均在次年成功抵達(dá)火星。這兩個幾乎相同的探測器在火星上的著陸位置相距6500千米，都裝備著“標(biāo)記釋放”（Labeled Release）實驗設(shè)備。
這一實驗是由萊文博士和同事帕特里夏·斯特拉特（Patricia Straat）提出并設(shè)計的。在他們的實驗中，微生物所需要的食物將被添加到火星土壤樣本中，而食物中的有機物分子中包含了不穩(wěn)定的碳14原子。如果微生物攝取了這些食物，那么土壤中就會釋放出由它們生命活動產(chǎn)生的放射性二氧化碳，進而被探測器檢測到。而在對照組中，火星土壤樣本被加熱到160℃滅菌。如果的確是微生物產(chǎn)生了放射性氣體，那么對照組經(jīng)過滅菌的土壤中，就不應(yīng)該有放射性氣體出現(xiàn)。
實驗進展的很順利，實驗組中檢測到了放射性二氧化碳，而對照組中則沒有，在火星上相距6500千米的兩個探測器均檢測到了這樣的結(jié)果。萊文博士堅持這是火星上存在生命的證據(jù)，在兩年前的一篇文章中，萊文博士還寫道：“這些數(shù)據(jù)曲線與地球土壤的標(biāo)記釋放試驗結(jié)果相似，代表著微生物正在這顆紅色的行星上呼吸。看上去，這個關(guān)于生命的終極問題終于被解決了。”
海盜二號著陸器在火星表面拍攝的照片（圖片來源：NASA）
不過很顯然，科學(xué)家們的共識是火星上根本不存在生命。更重要的是，當(dāng)年海盜號上的分子分析實驗沒有找到有機物。有機物是生命存在的必要條件，因此當(dāng)時NASA最終向公眾宣布，標(biāo)記釋放實驗發(fā)現(xiàn)了“與生命類似”的物質(zhì)，而不是生命本身。
火星隕石
火星探索的真正轉(zhuǎn)折點是1996年，當(dāng)年發(fā)表在《科學(xué)》上的一篇論文中，科學(xué)家在隕石ALH84001里找到了微生物化石。這塊被認(rèn)為來自火星的隕石是1984年在南極阿倫山（Allan Hills）發(fā)現(xiàn)的。
ALH84001，右下角為1立方厘米的立方體（圖片來源：Wikipedia）
這一結(jié)論馬上傳遍了全球，時任美國總統(tǒng)比爾·克林頓甚至還就此做了一場演講，他在演講中表示：“美國的空間項目將會將全部知識和技術(shù)都用于尋找火星上生命的證據(jù)。”在這之后，人類對太陽系內(nèi)其他星球的探索也就轉(zhuǎn)向了火星。
不過ALH84001上的“微生物化石”從一開始就充滿了爭議，對它的進一步研究也沒有帶來更多成果，反而“微觀化石”被人證明完全可能由非生物過程形成。但是，由最初那篇論文引起的重大關(guān)注，仍然讓人們把探索的重點轉(zhuǎn)向了火星，而后來的火星任務(wù)也證明，火星上的確存在一些有趣的現(xiàn)象。
尋找火星上的生命
2008年，NASA鳳凰號（Phoenix）著陸器在火星土壤中找到了高氯酸鹽。海盜號上的有機分子探測器是通過加熱土壤，讓其中有機物釋放出來再進行探測的，但是當(dāng)高氯酸鹽存在時，加熱有機分子會直接將其破壞，所以就算有有機物分子存在，海盜號的實驗也可能完全沒有沒能探測到。這是海盜號在火星上沒有檢測到有機物分子的解釋之一。
更重要的是，鳳凰號在火星上發(fā)現(xiàn)了水。鳳凰號著陸地點位于火星北極，它搭載了一個機械臂，可以挖取火星土壤樣本，并將其送入鳳凰號的科學(xué)儀器中。而高溫氣體分析儀（Thermal and evolved gas analyzer，簡稱TEGA）的一次實驗顯示，土壤樣本中大約1%的物質(zhì)會在溫度上升到0℃時熔化，同時TEGA的質(zhì)譜儀也檢測到了水蒸氣。
在火星上發(fā)現(xiàn)的水極大扭轉(zhuǎn)了人們對火星的認(rèn)知，科學(xué)界對火星生命的認(rèn)知也漸漸轉(zhuǎn)向另一個方向。現(xiàn)在人們相信火星曾經(jīng)溫暖潮濕、曾經(jīng)可能是宜居的。甚至一些科學(xué)家還認(rèn)為火星上仍有微生物存在，在火星地表以下的土壤中，微生物能遠(yuǎn)離輻射的轟炸和極寒的低溫。
萊文博士曾建議再向火星上發(fā)射一個標(biāo)記釋放實驗的升級版本。升級版的實驗會分為兩次運行，第一次只會向樣本中添加左手性的放射性分子，第二次只添加右手性的放射性分子。這兩種輻射分子稱鏡像對稱，對大多數(shù)物理化學(xué)過程來說，兩種手性的分子并沒有什么區(qū)別。但在地球上，生命活動過程中往往只能使用左手性的分子，所以火星微生物也可能只能使用特定手性的分子。所以如果只有一種手性的分子能獲得陽性的結(jié)果，而另一種是陰性，則很有可能是生命活動的結(jié)果。但是這項提案被NASA拒絕了。
今年7月26日，萊文博士去世了，享年97歲。不過好在，在去世之前，他看到了毅力號（Perseverance）成功登陸火星。在計劃中，毅力號除了釋放直升機和進行常規(guī)的拍照調(diào)查之外，還要對火星樣本進行采樣。在2030年左右，毅力號采集到的樣本可能會被另一項火星探測任務(wù)從火星用火箭送回地球。
如果一切順利，在十余年后，火星的樣本終于抵達(dá)地球時，我們就能對火星樣本進行更精確的檢測。或許在那時，教科書就要被改寫，ALH84001上微生物化石一樣的結(jié)構(gòu)或許真的來自于生命活動，萊文博士也將成為第一個發(fā)現(xiàn)火星上生命活動的人。
參考材料：
https://www.nytimes.com/2021/08/04/science/space/gilbert-v-levin-dead.html
“Lifting the Venus Curse”，Scientific American，09.2021
