2018-09-25 07:05:00 博科園

一项新的研究表明古代火星可能有充足的化学能源供应，使微生物能够在地下繁衍生息。发表在《地球与行星科学快报》(Earth And Planetary Science Letters)的研究主要作者，布朗大学(Brown University)研究生杰西·塔纳斯(JesseTarnas)说：根据基本的物理和化学计算发现，古代火星地下可能有足够的溶解氢，为全球地下生物圈提供动力。这个宜居带的条件可能与地球上有地下生命存在的地方相似。地球是所谓的地下岩石营养微生物生态系统的家园，简称为泥质。由于缺乏来自阳光的能量，这些地下微生物经常通过在周围环境中剥离分子中的电子来获取能量。

博科园-科学科普：溶解的氢分子是一个伟大的电子供体，是已知地球上的煤泥燃料。这项新的研究表明，辐射分解（一种辐射将水分子分解成氢和氧组成部分的过程）会在古老的火星地下产生大量的氢。研究人员估计，大约40亿年前，地壳中的氢浓度应该在维持今天地球上大量微生物浓度范围内。这些发现并不意味着远古火星上一定存在生命，但它们确实表明，如果生命确实开始了，火星的地下有着支撑它数亿年的关键成分。这项研究对于未来的火星探索也有一定意义，这表明在那些古老地下暴露的区域可能是寻找过去生命证据的好地方。

转入地下

自从几十年前在火星上发现古老的河道和湖床以来，科学家们一直被这颗红色星球曾经容纳生命的可能性所吸引。但是，尽管过去水活动的证据是明确无误的，但对于火星历史上到底有多少水是流动的，目前还不清楚。最新的火星早期气候模型产生的温度很少高于冰点，这表明火星早期的湿润期可能是转瞬即逝的事件。从长远来看，这并不是维持地表生命的最佳方案，一些科学家认为，对于过去的火星生命来说，地下可能是一个更好的选择。布朗大学地球、环境与行星科学系教授、研究合著者杰克·穆斯塔德(Jack Mustard)说：接下来的问题是，如果存在的话，地下生命的本质是什么？它的能量从哪里来的？

新研究表明古代火星可能有足够的化学能来支持火星上存在的各种地下微生物群落。图片：NASA / JPL

我们知道辐射分解有助于为地球上的地下微生物提供能量，所以杰西在这里所做的就是研究火星上的辐射分解故事。研究人员查看了美国宇航局的火星奥德赛号宇宙飞船上发射的伽马射线谱仪的数据。他们绘制了火星地壳中放射性元素钍和钾的丰度图。根据这些丰度，可以推断出第三种放射性元素铀的丰度。这三种元素的衰变提供了导致水的辐射分解辐射。由于元素以恒定的速率衰减，研究人员可以利用现代丰度计算40亿年前的丰度。

这让研究小组对辐射通量有了一个概念，而辐射通量本来是推动辐射分解的积极因素。下一步是估计有多少水可以用于辐射。地质证据表明，在古代火星地壳的多孔岩石中可能有大量的地下水。研究人员利用对火星地壳密度的测量，大致估算了可供水填充的孔隙空间。最后研究小组使用地热和气候模型来确定潜在生命的最佳地点。它不可能冷到所有水都结冰的地步，但也不能被来自地球熔岩核心的热量煮得过熟。结合这些分析，研究人员得出结论，火星可能有一个几公里厚的全球地下宜居带。在该区域，通过辐射分解产生的氢将产生足够多的化学能量来支持微生物生命。

这是基于地球上已知的此类社区，这一区域将持续数亿年。即使在研究人员模拟了各种不同的气候情景时，这些发现也站得住脚：一些在温暖的一边，另一些在寒冷的一边。有趣的是，在极端寒冷的气候情景下，可供能源使用的地下氢的数量实际上增加了。这是因为宜居带上方较厚的一层冰层起到了盖子的作用，有助于防止氢气从地下逸出。人们有一种观念，认为火星早期寒冷的气候对生命不利，但研究展示的是在寒冷的气候下，地下的生命实际上有更多的化学能量。所以认为这可能会改变人们对气候与火星过去生命之间关系的看法。

勘探含义

这些发现可能有助于思考向哪里发送航天器寻找过去火星生命的迹象。最有趣的勘探选择之一是寻找巨砾块——通过陨石撞击从地下挖掘出来的大块岩石，其中许多可能来自这个宜居地带的深处，而现在只是在地面上，通常是相对不变的。一直在积极为NASA的火星2020漫游者选择着陆地点的芥末说，NASA正在考虑的至少两个地点都有这样的角砾岩块：东北的Syrtis大型和中途岛。2020年漫游者的使命是寻找过去生命的迹象，可能还有地下宜居带的残余物的地区，这可能是最大的宜居带，似乎是一个很好的目标。