當你仰望星空，是否想過在浩瀚的宇宙中，或許還有其他星球也存在生物？人類未來有一天如果需要離開地球，是否有其他宜居的行星？數(shù)百年來，人類從未停止過對地外生命的探索，甚至已經(jīng)找到了1100多個類似太陽系的行星系統(tǒng)。但是，最有可能、方案最可行的，應該是在火星上首先發(fā)現(xiàn)地外生命。

宇宙大進軍，火星大探測

火星上有生命嗎？如果表面上找不到生命的痕跡，那火星的深處呢？如果現(xiàn)在沒有，那過去呢？生命的孕育和進化，需要一定的條件，火星擁有怎樣的氣候條件？

以美國國家航空航天局（簡稱NASA）為主導的火星探測，發(fā)射了一系列的軌道探測器和火星車，其最重要的目標就是去了解火星過去的氣候和環(huán)境，這也是探索火星生命的第一步。大量高分辨率的圖片顯示，火星的地形地貌與河流和湖泊的侵蝕特征很相似，火星表面還探測到一些很可能從水體中沉淀出來的特有礦物（如石膏和碳酸鹽），以及跟水反應后形成的粘土礦物，利用雷達波還探測到了地下冰層的存在。所有這些都顯示，火星表面應該有過河流、湖泊、甚至海洋，完全具備維持生命的基本條件。

2004年歐空局發(fā)射的火星快車更是在火星大氣中探測到天然氣—甲烷，雖然含量極微（<30/100萬），且甲烷也可以是在巖漿或熱液中形成的，與生命活動無關，但這一發(fā)現(xiàn)仍然極大地鼓舞了人類探索火星生命的熱情。

2012年抵達火星的好奇號是迄今為止最復雜和最先進的火星車，已在火星上工作了2年多的時間，進一步確認了火星在歷史上曾經(jīng)是一個宜居的星球。2014年12月16日，NASA發(fā)布新聞，宣布好奇號在火星大氣中探測到7/100萬左右的極微量甲烷，并在火星土壤中首次檢測到有機質。

NASA計劃在2020年發(fā)射新的火星車，將進行就位探測并收集樣品。這些樣品將儲存在密封罐里放置于火星表面，有待今后發(fā)射的火星探測器將這些封裝好的樣品帶回地球，繼而在地球上的實驗室做精確和微細的分析，期待能發(fā)現(xiàn)生命存在的直接證據(jù)。

天外隕石落，信息巧捕捉

除了發(fā)射一系列昂貴的火星探測器之外，要想了解火星還有沒有其他途徑呢？按照目前的計劃，人類預計要到2030年才能從火星返回樣品。但是，早在1815年人類就獲得了火星的樣品，即一塊名叫沙西尼（Chassigny）的火星隕石。這塊隕石于1815年被目擊降落在法國名為沙西尼的地區(qū)，隨后被當?shù)鼐用袷占健４撕?，又有另?塊火星隕石降落后被收集到，其中最近的一次是1962年降落在尼日利亞的扎加米（Zagami）火星隕石。但是，當時人們并不知道這些隕石來自火星，因為火星很大，擺脫火星的引力場至少需要5千米/秒的速度。

月球比火星小很多，其引力也比火星小，石塊只要能達到2.4千米/秒的速度就能逃出月球。但是，之前一直沒有發(fā)現(xiàn)有類似于阿波羅的月巖。這種情形一直維持到1982年，科學家終于確認1979年在南極發(fā)現(xiàn)的一塊隕石是來自月球。這一發(fā)現(xiàn)表明，在理論上是可以通過小行星的撞擊，從火星表面拋射出石塊，并最終掉落在地球上。

火星隕石攜帶的最關鍵證據(jù)，是其捕獲的火星大氣成分與1976年海盜號火星探測器所分析的火星大氣成分完全相同。火星隕石中普遍存在由于小行星撞擊所產(chǎn)生的高溫熔融而形成的玻璃，這些玻璃中會包裹當時的火星大氣成分。近年來，人類發(fā)射的火星車對火星表面石塊進行的的分析，也與火星隕石的分析結果相一致，因此，這些隕石來自火星在隕石學界已被公認。提森特（Tissin）火星隕石于2011年7月降落在摩洛哥的沙漠中，并很快就被收集到。它是迄今為止最新鮮的火星巖石樣品，因此具有極大的科學價值，特別是對于研究火星古環(huán)境和有機質而言，這是因為它最大限度避免了地球的污染和風化。

火星隕石，編號GR 020090，由我國第十九次南極科考內陸隊采自格羅夫山。表面為黑色熔殼，是隕石以十幾千米/秒速度穿過大氣層產(chǎn)生的高溫熔融形成的玻璃，可以看出從下端向上的流紋。下端左側可見熔殼脫落后露出的灰色內部巖石

提森特火星隕石。該樣品是一個大的碎塊，露出的表面是隕石內部新鮮的巖石，其中黑色物質是玻璃，是該巖石仍在火星表面時，被小行星高速撞擊后高溫熔融形成。在這一過程中，火星大氣會被包裹進這些玻璃，類似于地球上的玻璃隕石或又稱“雷公墨”。因此，這些玻璃實際上保存了火星大氣的樣品。左側黑色表面為殘留的隕石熔殼

如今不毛地，曾有地下川

雖然主流觀點認為火星表面有過水體，但那應該是大約30億年前的情況。從那以后，火星的表面基本上處于一個寒冷、干旱的環(huán)境。火星表面的水，有相當一部分可能通過大氣、然后是電離層、最后被太陽風吹走而丟失;另一部分可能以凍土和地下冰川的形式保存下來。

我國第19次南極科考內陸隊在格羅夫山發(fā)現(xiàn)了一塊火星隕石。經(jīng)過科學家的研究，這塊火星隕石大約在2億年前由巖漿冷卻形成。我們利用國內唯一的一臺納米離子探針，對這塊火星隕石進行了細致的分析，發(fā)現(xiàn)火星當時存在地下水活動，并且可能持續(xù)了25萬年之久。

納米離子探針是細至50納米的離子束，用它轟擊樣品的表面，使極其微小區(qū)域的樣品發(fā)生電離，產(chǎn)生的離子通過一個磁場之后，由于這些離子的質量不同，偏轉程度也不一樣，繼而被分開，然后用離子檢測器統(tǒng)計各種離子的數(shù)量。我們用納米離子探針來分析隕石樣品中玻璃狀包裹體內的水含量（即H的含量），發(fā)現(xiàn)從中央向邊緣水的含量不斷升高，這說明有液態(tài)的水從外部加入。另外，根據(jù)水在玻璃中遷移的速度，可以計算出這一過程持續(xù)了25萬年之久。這項研究證明，火星的巖漿侵入，其熱量會使凍土或地下冰川融化，形成地下水系統(tǒng)，并能持續(xù)相當長一段時間，從而為生命的存在提供必要的條件。

雖然主流觀點認為火星表面有過水體，但那應該是大約30億年前的情況。從那以后，火星的表面基本上處于一個寒冷、干旱的環(huán)境?；鹦潜砻娴乃?，有相當一部分可能通過大氣、然后是電離層、最后被太陽風吹走而丟失;另一部分可能以凍土和地下冰川的形式保存下來。

我國第19次南極科考內陸隊在格羅夫山發(fā)現(xiàn)了一塊火星隕石。經(jīng)過科學家的研究，這塊火星隕石大約在2億年前由巖漿冷卻形成。我們利用國內唯一的一臺納米離子探針，對這塊火星隕石進行了細致的分析，發(fā)現(xiàn)火星當時存在地下水活動，并且可能持續(xù)了25萬年之久。

納米離子探針是細至50納米的離子束，用它轟擊樣品的表面，使極其微小區(qū)域的樣品發(fā)生電離，產(chǎn)生的離子通過一個磁場之后，由于這些離子的質量不同，偏轉程度也不一樣，繼而被分開，然后用離子檢測器統(tǒng)計各種離子的數(shù)量。我們用納米離子探針來分析隕石樣品中玻璃狀包裹體內的水含量（即H的含量），發(fā)現(xiàn)從中央向邊緣水的含量不斷升高，這說明有液態(tài)的水從外部加入。另外，根據(jù)水在玻璃中遷移的速度，可以計算出這一過程持續(xù)了25萬年之久。這項研究證明，火星的巖漿侵入，其熱量會使凍土或地下冰川融化，形成地下水系統(tǒng)，并能持續(xù)相當長一段時間，從而為生命的存在提供必要的條件。

有機碳顆粒，生命新證據(jù)

利用電子顯微鏡，我們在提森特火星隕石中發(fā)現(xiàn)了僅有幾個微米大小的碳顆粒。第一個隨之而來的問題是，這些碳顆粒是無機的石墨，還是有機碳？為了確定這一點，我們利用激光拉曼光譜儀對這些碳顆粒進行分析，將光束直徑1微米大小的單色激光照射在樣品表面，然后分析產(chǎn)生的散射光頗率，其結果與化合物分子的振動有關，是鑒定化合物的有效手段。分析結果表明，這些碳顆粒不是石墨，而是一種不溶于水和有機溶劑的大分子有機物，學名為干酪根，跟煤相似。

火星有機質的發(fā)現(xiàn)，是件令人振奮、令人期待的事情。但緊接著第二個重要問題是，這些有機質真的是來自火星嗎？會不會是該隕石落到地球上后受到了污染？讓人欣慰的是，提森特火星隕石非常新鮮，因此污染的可能性很小，但這還不夠令人信服。我們有兩個關鍵的證據(jù)，可以證明這些有機質確實來自火星。首先，這些有機碳顆粒中有一部分是被包裹在小行星撞擊熔融產(chǎn)生的玻璃中，說明這些有機質碳顆粒的形成早于這一撞擊事件，因此，它們顯然是來自火星;其次，我們用納米離子探針分析了這些有機碳顆粒的氫同位素組成。氫有2個穩(wěn)定同位素，即氫（只有1個質子）和氘（1個質子和1個中子）。分析的數(shù)據(jù)顯示，這些有機碳顆粒具有高的氘/氫比值，完全不同于地球物質，這也是火星來源的重要證據(jù)。

中國科學院地質與地球物理研究所引進的國內唯一納米離子探針大型分析設備。在這個平臺上我們開發(fā)了很多分析方法，可以對小至1微米（千分之一毫米）的樣品測定其年齡、分析化學元素組成，以及各種元素的同位素組成?；鹦请E石有機碳的全部成分分析就是在這臺儀器上完成的

生物成因有依據(jù)

雖然地球上絕大部分有機質是生命活動的產(chǎn)物，但火星上的有機質有三種可能的成因。

一種觀點認為，巖漿活動或熱水溶液中能夠形成有機質，如一些甲烷氣體（天然氣的主要成分）。美國有科學家團隊也在包括提森特在內的多塊火星隕石中發(fā)現(xiàn)了有機碳，但他們將這些有機碳解釋為巖漿成因，因而與生命沒有任何關系。他們得出這一結論的依據(jù)是，這些有機碳是出現(xiàn)在巖漿包裹體中，是隨巖漿從深部被帶上來的。實際上，他們基于光學顯微鏡的這種觀察很可能是不正確的，這些有機碳顆粒與巖漿包裹體實際上并無聯(lián)系。在我們發(fā)現(xiàn)的有機碳顆粒中，除了一部分被包裹在沖擊玻璃中以外，另一些主要充填在一些微裂隙中，是從含有有機質的流體中沉淀下來，因此可以排除巖漿成因這種可能性。

第二種可能性是這些有機碳是外來的。同月球表面布滿隕石坑一樣，火星表面也遭受了小行星的撞擊，因此會有這些小行星的物質加入，其中也包括了含有機質可達百分之幾的碳質球粒隕石。這些碳質球粒隕石中的大部分有機碳也是干酪根，跟我們發(fā)現(xiàn)的有機碳顆粒十分相似。但是，一方面火星土壤中外來加入的小行星物質量極少，另一方面這些有機碳是不可溶的，如何將其提取出來、然后遷移并沉淀在巖石的微裂隙中？這顯然是一件難以做到的事情，雖然不能完全排除這種成因，但我們認為可能性很小。

第三種可能性是生物成因。生物活動形成的不溶有機質能夠以膠體的形式存在，然后隨流體沉淀在巖石裂隙中。更為重要的是，生物活動會產(chǎn)生大的碳同位素分餾，并且我們的分析數(shù)據(jù)顯示，這種有機質輕的碳同位素，其碳同位素的比值較標準樣品輕12.8/1000～33.1/1000。地球上的有機碳相對于海相碳酸鹽、空氣中的二氧化碳、地球深部碳等均以富輕的碳同位素為特征。我們利用納米離子探針分析了提森特火星隕石中有機質的碳同位素組成，發(fā)現(xiàn)有類似于地球上同類物質（沉積物有機質、石油、煤）的碳同位素組成特征，這也是目前支持這些有機質生物成因的最有利證據(jù)。

火星隕石中有機碳的電子顯微鏡照片。（a）呈細脈狀充填在微裂隙中;（b）為a圖的局部放大照片;（c）隕石樣品切片的局部照片，中間是由于小行星撞擊產(chǎn)生高溫熔融而形成的熔脈。箭頭所指處為包裹在其中的有機碳顆粒;（d） c圖虛線框中的局部放大，反時鐘旋轉了90度;（e） d圖虛線框中的放大圖