作者 | 蔣云 中國科學院紫金山天文臺副研究員
2021年5月15日7時18分，天問一號探測器搭載的祝融號火星車成功著陸于火星烏托邦平原南部預選著陸區，實現我國首次地外行星著陸，使我國成為繼美國之后第二個成功著陸火星的國家（蘇聯于1971年發射的火星3號探測器在火星表面著陸后，僅工作了大約20秒就與地球永久失去了聯系）。
同期發射的美國毅力號就降落在不遠處，離我們的祝融號火星車只有1000多公里。作為美國好奇號火星車的繼任者，毅力號火星車攜帶著更先進的黑科技和頂級的科研裝備，繼續探索火星上的有機物和疑似生命痕跡。
火星，中國古代稱之為“熒惑”，取“熒熒火光，離離亂惑”之意，自古以來就牽動著人們的好奇心�；鹦巧鲜欠翊嬖诨蛟洺霈F過生命？這是一個全人類的發問。美國對火星探測了幾十年，取得了豐碩的成果和長足的進步。烏托邦平原可能存在過古海洋，是探測火星潛在生命存在證據的絕佳地。如今，毅力號和祝融號肩負使命，正在努力探尋這個問題的答案。而那個秘密也許就藏在某個地方，我們正無限接近這個寶藏。
如同一場競賽，如果我們能第一個揭開這個魂牽夢縈的曠世之謎，證實地球并非宇宙中唯一存在生命體的星球，這將是人類有史以來影響最為深遠的科學發現。
關于地外生命問題的由來
直到20世紀初，天文學家才確定了銀河系之外其他星系的存在。如今，可見星系的數量預計在一萬億之上。在宇宙中，我們的銀河系不過是滄海一粟，而太陽也只是銀河系里幾千億顆恒星中普通的一顆。目前為止，人類作為宇宙中唯一的高等智慧生命，無疑是孤獨的，人類渴望尋求來自其他星球的聯系，攜手探索浩瀚的宇宙。
火星上為什么有可能發現生命存在的線索？
“宜居帶”（Habitable Zone）是指在一顆恒星周圍的一定距離范圍內，水可以以液態形式存在，由于液態水被科學家們認為是生命生存所不可缺少的因素，因此如果一顆行星恰好落在這一范圍內，那么它就被認為有更大的機會擁有生命或至少擁有生命可以生存的環境。據估測，太陽系宜居帶的范圍在距離太陽0.87~1.67個天文單位之間，位于這一區域內的行星可能在地表存有液態水�；鹦堑教柕钠骄嚯x為1.52個天文單位，十分接近這個宜居帶的上限，因此火星在太陽系中的位置是可以允許生命存在的。
太陽系的宜居帶示意圖 圖源：改自參考資料[1]
同一地質歷史時期，火星和地球分別發生了什么？
火星被認為是地球的姊妹行星，在太陽系形成過程中，她們是名副其實的“一母同胞”�；鹦呛偷厍蚓纬捎�45億年前，兩者最初都具備孕育生命的適宜條件，大約38億年前，火星有密度較高的大氣層、通過內核自轉產生的磁場、更溫暖的氣候和由液態水形成的大片海洋，因此這顆行星上很可能曾經存在某種形式的生命。但是隨著環境的變化，出現了兩種不同的進化過程 ：火星失去了它的地質動力，也失去了絕大部分的水和大氣，如今表面是一片貧瘠的紅色荒漠，像個瀕死的老婦；而地球依然郁郁蔥蔥，生機勃勃，像個妙齡少女，相同的“出生”，截然不同的“命運”，可嗟可嘆！
火星為什么失去了大氣層和水？
科學家們現在已經確信，火星曾經像地球一樣非常溫暖潮濕，有著很厚的大氣層。那么究竟是什么原因，火星變成了我們今天所認識的極為干燥、寒冷的星球？
2013年11月，美國NASA發射了“火星大氣與揮發物演化任務”（MAVEN）探測器，它的使命是調查火星大氣失蹤之謎，并尋找火星上早期擁有的水及大氣消失的原因。MAVEN火星探測結果顯示，關于火星大氣層稀薄有兩大原因：
火星磁場薄弱：地球具有內稟磁場，太陽風與地球磁層相互作用形成磁層頂，可阻止太陽風和宇宙輻射射線的進入，防止地球大氣的逃逸，充當了地球的“保護傘”。但火星的磁場很弱，約為地球磁場強度的萬分之一，太陽風可以直接抵達火星，“襲擊”火星的大氣層， “卷走”火星大氣。
火星引力太�。阂Υ笮∮绊懛肿拥奶右菟俣�，火星質量小，其逃逸速度只有約5 km/s，無法有效束縛住大氣。同時太陽風的帶電粒子撞擊大氣層中的分子，讓分子具有更高的速度，使大量氣體逃逸出火星大氣層。
因此，缺少全球性偶極磁場保護的火星，在強烈的太陽風和輻射下，它的大氣逐漸被剝奪。同理，如果地球內部變冷，磁場變弱，可能也會重蹈火星覆轍。
縱觀人類60年來的火星探測史，不管是20世紀90年代以前的海盜號，還是10年前全副武裝的好奇號，都沒有給出火星生命的明確結論，反而留下諸多謎團。從火星探測結果到火星隕石研究，人類一次又一次地發現希望，然后一次又一次地用科學去質疑。關于火星生命，我們需要堅不可摧的證據，我們需要十分的謹慎和足夠的耐心，因為這關乎我們對于生命起源的追問。
我國的天問一號將利用礦物光譜儀和次表層雷達，探索火星表面的土壤和地質環境、火星地下水冰和淺表層結構，這將幫助我們進一步了解火星是否存在過適宜生命的環境，是否具備讓人類長期探測，甚至建立火星基地的條件，抑或將火星改造成人類的第二個棲息地。
我們為什么那么鐘情火星？因為火星的命運對于人類的未來有著重要的啟示。同時我們也應該明白，保護地球是亙古不變的主題。
參考資料：
[1] Mars，National Geographic, 2018.
[2] 宇宙全書：國家地理新視覺指南，江蘇鳳凰科學技術出版社，2020年。
作者簡介：
蔣 云：中國科學院紫金山天文臺天體化學和行星科學實驗室副研究員。研究方向：火星、月球及小行星隕石的巖石礦物學、同位素地球化學及年代學。
輪值主編：趙海斌
編輯：王科超
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