最新研究表明，古代火星拥有适合地下生命生存的条件

普罗维登斯，R.I.[布朗大学]——一项新的研究表明，有证据表明古代火星可能有充足的化学能供应，使微生物在地下茁壮成长。

“根据基本的物理和化学计算，我们发现，古老的火星地下可能有足够的溶解氢来为全球地下生物圈提供动力，”布朗大学(Brown University)研究生杰西·塔纳斯(Jesse Tarnas)说。他是发表在《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)上的一项研究的主要作者。“这个宜居带的条件应该与地球上存在地下生命的地方类似。”

地球是所谓的地下岩石营养微生物生态系统的家园——简称泥。由于缺乏阳光的能量，这些地下微生物通常通过从周围环境的分子中剥离电子来获取能量。溶解的氢分子是一个很好的电子供体，已知它可以为地球上的泥体提供燃料。

这项新研究表明，辐射分解是一个过程，通过辐射将水分子分解成组成水分子的氢和氧，在远古的火星地下会产生大量的氢。研究人员估计，大约40亿年前地壳中的氢浓度应该在今天地球上大量微生物赖以生存的浓度范围内。

这些发现并不意味着古代火星上肯定存在生命，但它们确实表明，如果生命确实开始了，火星地下就有支撑生命存在数亿年的关键成分。这项工作对未来的火星探索也有意义，这表明，古地下暴露的区域可能是寻找过去生命迹象的好地方。

去地下

自从几十年前在火星上发现了古老的河道和湖床以来，科学家们一直对这颗红色星球上曾经存在生命的可能性感到好奇。虽然过去水活动的证据是确凿无疑的，但火星历史上到底有多少水在流动，目前还不清楚。最先进的火星早期气候模型产生的温度很少达到冰点以上的峰值，这表明火星早期的湿润期可能是短暂的事件。这并不是长期维持火星表面生命的最佳方案，一些科学家认为，对于过去的火星生命来说，地下可能是更好的选择。

“问题就变成了:如果地下生命存在，它的本质是什么?它从哪里获得能量?”布朗大学地球、环境和行星科学系教授、该研究的合著者杰克·马斯塔德(Jack Mustard)说。“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，所以杰西在这里做的是追踪火星上的辐射分解故事。”

研究人员查看了NASA奥德赛号火星探测器上飞行的伽马射线光谱仪的数据。他们绘制出火星地壳中放射性元素钍和钾的丰度图。根据这些丰度，他们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驱动水的辐射分解的辐射。由于元素以恒定的速率衰变，研究人员可以用现代元素丰度来计算40亿年前的元素丰度。这给了研究小组一个辐射通量的概念，这个辐射通量可能是驱动辐射分解的活跃因素。

下一步是估计有多少水可以被辐射摧毁。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在冒泡。研究人员利用对火星地壳密度的测量，粗略估计了有多少孔隙空间可供水填充。

最后，研究小组使用地热和气候模型来确定可能存在生命的最佳地点。它不可能冷到所有的水都被冻结，但也不可能被来自地球熔融核心的热量过度加热。

结合这些分析，研究人员得出结论，火星可能有一个厚度为几公里的全球地下宜居带。在那个区域，通过辐射分解产生的氢会产生足够的化学能量来支持微生物的生命，这是基于我们对地球上这类群落的了解。研究人员得出的结论是，这个区域可能会持续数亿年。

即使研究人员模拟了各种不同的气候情景——有些是偏暖的，有些是偏冷的，这些发现仍然站住脚。有趣的是，Tarnas说，在极端寒冷的气候条件下，可用于能源的地下氢的数量实际上会增加。这是因为在宜居带上方有一层更厚的冰，就像一个盖子，帮助阻止氢从地下逸出。

塔纳斯说:“人们认为火星早期寒冷的气候不利于生命，但我们的研究表明，在寒冷的气候下，地下实际上有更多的化学能供生命生存。”“我们认为，这可能会改变人们对气候与火星上过去生命之间关系的看法。”

探索影响

塔纳斯和马斯塔德说，这些发现可能有助于考虑将航天器送往何处寻找过去火星生命的迹象。

塔纳斯说:“最有趣的勘探选择之一是寻找大角砾岩块——这些岩石块是通过陨石撞击从地下挖掘出来的。”“它们中的许多可能来自这个宜居带的深处，而现在它们只是停留在表面，通常相对没有改变。”

芥末一直在积极地为NASA的火星2020漫游者选择着陆点的过程中，他说这种角砾岩块至少存在于NASA正在考虑的两个地点:大三角高原东北部和中途岛。

“2020年火星车的任务是寻找过去生命的迹象，”马斯塔德说。“可能有这个地下宜居带残余物的地区——可能是地球上最大的宜居带——似乎是一个很好的目标。”

该论文的其他合著者包括芭芭拉·舍伍德·洛拉尔、迈克·布兰布尔、凯文·坎农、阿什利·帕伦博和安娜-卡塔琳娜·普莱萨。这项研究得到了火星数据分析计划(MDAP)(资助522723)、加拿大自然科学与工程研究理事会(资助494812)和布朗大学研究生奖学金的支持。