古代火星有適宜地下生命條件？

一項新的研究表明古代火星可能有充足的化學能源供應，使微生物能夠在地下繁衍生息。發表在《地球與行星科學快報》(Earth And Planetary Science Letters)的研究主要作者，布朗大學(Brown University)研究生傑西·塔納斯(JesseTarnas)說：根據基本的物理和化學計算髮現，古代火星地下可能有足夠的溶解氫，為全球地下生物圈提供動力。這個宜居帶的條件可能與地球上有地下生命存在的地方相似。地球是所謂的地下岩石營養微生物生態系統的家園，簡稱為泥質。由於缺乏來自陽光的能量，這些地下微生物經常通過在周圍環境中剝離分子中的電子來獲取能量。

博科園-科學科普：溶解的氫分子是一個偉大的電子供體，是已知地球上的煤泥燃料。這項新的研究表明，輻射分解（一種輻射將水分子分解成氫和氧組成部分的過程）會在古老的火星地下產生大量的氫。研究人員估計，大約40億年前，地殼中的氫濃度應該在維持今天地球上大量微生物濃度範圍內。這些發現並不意味著遠古火星上一定存在生命，但它們確實表明，如果生命確實開始了，火星的地下有著支撐它數億年的關鍵成分。這項研究對於未來的火星探索也有一定意義，這表明在那些古老地下暴露的區域可能是尋找過去生命證據的好地方。

轉入地下

自從幾十年前在火星上發現古老的河道和湖床以來，科學家們一直被這顆紅色星球曾經容納生命的可能性所吸引。但是，儘管過去水活動的證據是明確無誤的，但對於火星歷史上到底有多少水是流動的，目前還不清楚。最新的火星早期氣候模型產生的溫度很少高於冰點，這表明火星早期的濕潤期可能是轉瞬即逝的事件。從長遠來看，這並不是維持地表生命的最佳方案，一些科學家認為，對於過去的火星生命來說，地下可能是一個更好的選擇。布朗大學地球、環境與行星科學系教授、研究合著者傑克·穆斯塔德(Jack Mustard)說：接下來的問題是，如果存在的話，地下生命的本質是什麼？它的能量從哪裡來的？

新研究表明古代火星可能有足夠的化學能來支持火星上存在的各種地下微生物群落。圖片：NASA / JPL

我們知道輻射分解有助於為地球上的地下微生物提供能量，所以傑西在這裡所做的就是研究火星上的輻射分解故事。研究人員查看了美國宇航局的火星奧德賽號宇宙飛船上發射的伽馬射線譜儀的數據。他們繪製了火星地殼中放射性元素釷和鉀的丰度圖。根據這些丰度，可以推斷出第三种放射性元素鈾的丰度。這三種元素的衰變提供了導致水的輻射分解輻射。由於元素以恆定的速率衰減，研究人員可以利用現代丰度計算40億年前的丰度。

這讓研究小組對輻射通量有了一個概念，而輻射通量本來是推動輻射分解的積極因素。下一步是估計有多少水可以用於輻射。地質證據表明，在古代火星地殼的多孔岩石中可能有大量的地下水。研究人員利用對火星地殼密度的測量，大致估算了可供水填充的孔隙空間。最後研究小組使用地熱和氣候模型來確定潛在生命的最佳地點。它不可能冷到所有水都結冰的地步，但也不能被來自地球熔岩核心的熱量煮得過熟。結合這些分析，研究人員得出結論，火星可能有一個幾公里厚的全球地下宜居帶。在該區域，通過輻射分解產生的氫將產生足夠多的化學能量來支持微生物生命。

這是基於地球上已知的此類社區，這一區域將持續數億年。即使在研究人員模擬了各種不同的氣候情景時，這些發現也站得住腳：一些在溫暖的一邊，另一些在寒冷的一邊。有趣的是，在極端寒冷的氣候情景下，可供能源使用的地下氫的數量實際上增加了。這是因為宜居帶上方較厚的一層冰層起到了蓋子的作用，有助於防止氫氣從地下逸出。人們有一種觀念，認為火星早期寒冷的氣候對生命不利，但研究展示的是在寒冷的氣候下，地下的生命實際上有更多的化學能量。所以認為這可能會改變人們對氣候與火星過去生命之間關係的看法。

勘探含義

這些發現可能有助於思考向哪裡發送航天器尋找過去火星生命的跡象。最有趣的勘探選擇之一是尋找巨礫塊——通過隕石撞擊從地下挖掘出來的大塊岩石，其中許多可能來自這個宜居地帶的深處，而現在只是在地面上，通常是相對不變的。一直在積極為NASA的火星2020漫遊者選擇著陸地點的芥末說，NASA正在考慮的至少兩個地點都有這樣的角礫岩塊：東北的Syrtis大型和中途島。2020年漫遊者的使命是尋找過去生命的跡象，可能還有地下宜居帶的殘餘物的地區，這可能是最大的宜居帶，似乎是一個很好的目標。

博科園-科學科普｜研究/來自：布朗大學

參考期刊文獻 :《地球和行星科學快報》（Earth and Planetary Science Letters）

DOI：10.1016 / j.epsl.2018.09.001

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