我们为什么钟情火星？

2021年5月15日7时18分，天问一号探测器搭载的祝融号火星车成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，实现我国首次地外行星着陆，使我国成为第二个成功着陆火星的国家（苏联于1971年发射的火星3号探测器在火星表面着陆后，仅工作了大约20秒就与地球永久失去了联系）。

同期发射的美国毅力号就降落在不远处，离我们的祝融号火星车只有1000多公里。作为美国好奇号火星车的继任者，毅力号火星车携带着更先进的黑科技和顶级的科研装备，继续探索火星上的有机物和疑似生命痕迹。

天问一号着陆位置示意图 ￨ 图源：改自参考资料[1]

火星，中国古代称之为“荧惑”，取“荧荧火光，离离乱惑”之意，自古以来就牵动着人们的好奇心。火星上是否存在或曾经出现过生命？这是一个全人类的发问。美国对火星探测了几十年，取得了丰硕的成果和长足的进步。乌托邦平原可能存在过古海洋，是探测火星潜在生命存在证据的绝佳地。如今，毅力号和祝融号肩负使命，正在努力探寻这个问题的答案。而那个秘密也许就藏在某个地方，我们正无限接近这个宝藏。

如同一场竞赛，如果我们能第一个揭开这个魂牵梦萦的旷世之谜，证实地球并非宇宙中唯一存在生命体的星球，这将是人类有史以来影响最为深远的科学发现。

关于地外生命问题的由来

直到20世纪初，天文学家才确定了银河系之外其他星系的存在。如今，可见星系的数量预计在一万亿之上。在宇宙中，我们的银河系不过是沧海一粟，而太阳也只是银河系里几千亿颗恒星中普通的一颗。目前为止，人类作为宇宙中唯一的高等智慧生命，无疑是孤独的，人类渴望寻求来自其他星球的联系，携手探索浩瀚的宇宙。

太阳系在宇宙中的位置 ￨ 图源：改自参考资料[1]

火星上为什么有可能发现生命存在的线索？

“宜居带”（Habitable Zone）是指在一颗恒星周围的一定距离范围内，水可以以液态形式存在，由于液态水被科学家们认为是生命生存所不可缺少的因素，因此如果一颗行星恰好落在这一范围内，那么它就被认为有更大的机会拥有生命或至少拥有生命可以生存的环境。据估测，太阳系宜居带的范围在距离太阳0.87～1.67个天文单位之间，位于这一区域内的行星可能在地表存有液态水。火星到太阳的平均距离为1.52个天文单位，十分接近这个宜居带的上限，因此火星在太阳系中的位置是可以允许生命存在的。

太阳系的宜居带示意图 ￨ 图源：改自参考资料[1]

同一地质历史时期，火星和地球分别发生了什么？

火星被认为是地球的姊妹行星，在太阳系形成过程中，她们是名副其实的“一母同胞”。火星和地球均形成于45亿年前，两者最初都具备孕育生命的适宜条件，大约38亿年前，火星有密度较高的大气层、通过内核自转产生的磁场、更温暖的气候和由液态水形成的大片海洋，因此这颗行星上很可能曾经存在某种形式的生命。但是随着环境的变化，出现了两种不同的进化过程 ：火星失去了它的地质动力，也失去了绝大部分的水和大气，如今表面是一片贫瘠的红色荒漠，像个濒死的老妇；而地球依然郁郁葱葱，生机勃勃，像个妙龄少女，相同的“出生”，截然不同的“命运”，可嗟可叹！

火星和地球的地质历史时期对照 ￨ 图源：改自参考资料[1]

火星为什么失去了大气层和水？

科学家们现在已经确信，火星曾经像地球一样非常温暖潮湿，有着很厚的大气层。那么究竟是什么原因，火星变成了我们今天所认识的极为干燥、寒冷的星球？

2013年11月，美国NASA发射了“火星大气与挥发物演化任务”（MAVEN）探测器，它的使命是调查火星大气失踪之谜，并寻找火星上早期拥有的水及大气消失的原因。MAVEN火星探测结果显示，关于火星大气层稀薄有两大原因：

火星磁场薄弱：地球具有内禀磁场，太阳风与地球磁层相互作用形成磁层顶，可阻止太阳风和宇宙辐射射线的进入，防止地球大气的逃逸，充当了地球的“保护伞”。但火星的磁场很弱，约为地球磁场强度的万分之一，太阳风可以直接抵达火星，“袭击”火星的大气层， “卷走”火星大气。

火星引力太小：引力大小影响分子的逃逸速度，火星质量小，其逃逸速度只有约5 km/s，无法有效束缚住大气。同时太阳风的带电粒子撞击大气层中的分子，让分子具有更高的速度，使大量气体逃逸出火星大气层。

因此，缺少全球性偶极磁场保护的火星，在强烈的太阳风和辐射下，它的大气逐渐被剥夺。同理，如果地球内部变冷，磁场变弱，可能也会重蹈火星覆辙。

火星探路者号在着陆点拍摄的火星景象 ￨ 图源：NASA

纵观人类60年来的火星探测史，不管是20世纪90年代以前的海盗号，还是10年前全副武装的好奇号，都没有给出火星生命的明确结论，反而留下诸多谜团。从火星探测结果到火星陨石研究，人类一次又一次地发现希望，然后一次又一次地用科学去质疑。关于火星生命，我们需要坚不可摧的证据，我们需要十分的谨慎和足够的耐心，因为这关乎我们对于生命起源的追问。

我国的天问一号将利用矿物光谱仪和次表层雷达，探索火星表面的土壤和地质环境、火星地下水冰和浅表层结构，这将帮助我们进一步了解火星是否存在过适宜生命的环境，是否具备让人类长期探测，甚至建立火星基地的条件，抑或将火星改造成人类的第二个栖息地。

我们为什么那么钟情火星？因为火星的命运对于人类的未来有着重要的启示。同时我们也应该明白，保护地球是亘古不变的主题。

参考资料：

[1] Mars，National Geographic, 2018.

[2] 宇宙全书：国家地理新视觉指南，江苏凤凰科学技术出版社，2020年。

作者简介

蒋 云

中国科学院紫金山天文台天体化学和行星科学实验室副研究员。研究方向：火星、月球及小行星陨石的岩石矿物学、同位素地球化学及年代学。

轮值主编：赵海斌

编辑：王科超