火星上是否有生命存在

火星上是否有生命存在
火星上是否有生命存在

火星上是否有生命存在
火星生命探索
自古火星就以它特有的颜色和穿行于众星之间而引起人类的注意,特别是火星的天文学、物理学条件与地球相似,所以长期来被许多人推测为是最有可能存在生命的另一颗星球.
火星上生命的探索,对于生命起源、生命在宇宙中的存在等自然科学、哲学的重大课题,
具有十分重要的意义.100年来,火星上到底有否生命的问题一直吸引着专业天文学家和业余天文爱好者的关注.人类一进入空间时代,火星便自然成为空间考察的最重要目标之一.
最新的观测、探测和研究表明,火星上根本不存在高级生命,连低级生命甚至复杂有机物也不存在.但是人们探索火星生命的热情并未完全冷却下来,科学家在规划未来,希望有一天在火星上建立起适于生命生存的环境.
一、100年悬而未决的问题
1877年,意大利天文学家斯基帕雷利宣布,通过望远镜观测在火星上发现了河道(canal).这个词在英文中被译成了“运河”,既然是运河,就一定是智慧的“火星人”开凿的.从此,火星上有人的说法不胫而走,同时也就揭开了持续100年的关于火星有无生命论战的序幕.
本世纪初,哈佛大学天文学家洛威尔为观测火星设置了专门的天文台.他确信“火星人”为了把水从极冠引到荒漠而开凿了运河,甚至还算出了火星上工程师设计的落差系统功率至少是涅加尔大瀑布功率的4000倍.此后,不少以“火星人”为主角的文学作品相继问世,许多人发誓要找到“火星人”.1948年3月14日,在厄瓜多尔首都基多还发生过一场关于“火星人”的大闹剧：电台播音员模仿市长的口气宣布火星人已攻占了地球,于是全城大乱,死伤了数百人.
光谱方法在天文学中得到广泛应用后,也被用来研究火星和火星生命问题.一位号称火星专家的苏联科学院通讯院士吉霍夫对火星进行了光谱观测,声称看到火星上有植物的枯荣变化.另一位苏联著名天文学家什克洛夫斯基,在一次科学报告会后答记者问说,火星的两颗卫星是火星人发射的,消息迅速传开,于是火星上有高级生物的说法更加诱人了.
人们探索火星生命的热情经久不衰,成为推动空间航行的巨大动力.为直接或间接地考察火星,共发射了13个空间飞行器.1971年“水手”9号飞船发现火星表面可能存在液态水,这就使许多一度心灰意冷的人们重新燃烧起希望之火.在此之前,他们根据“水手”4、6、7号飞船报告的“火星表面异常寒冷、死气沉沉,存在生命几率非常小”的结果,已经感到失望. ’ ．
发射“水手”9号的目的并不是要直接调查火星表面有否生命,而是为以后的火星着陆器预先寻觅一个温暖、尽可能潮湿、位置很低而大气压力最高,最有可能存在生命的理想着陆位置.1976年,由一万多名科学家、工程技术人员和工人参加研制的两艘“海盗号”登陆器,携带着生物化学、化学、物理学、地质学和气象学等多种精密测量仪器,经过一年多的长途飞行,终于在火星上最有可能存在生命的地点着陆了.刚一着陆,登陆器上所配备的为观测有无活的动、植物的广角照相机就工作起来,但屏息守候在电视屏幕前的科学家们并未看到有任何生物活动的迹象.接着,着陆器伸出带有铲斗的三米长的铁臂,抓取火星土进行了三项生物化学试验.即气体交换、示踪放出和示踪同化试验(见图).前两个试验是将配制的营养物质和火星土混合起来,使其发生化学反应,如果有生命物质就会发生生物化学作用,并用不同方法可测定反应产物.第三个试验是用一模拟太阳辐射的灯,光照射火星土试样中有生命物质就会发生光合作用,放样,并通进含有放射性碳原子的二氧化碳和一氧化碳气体,如果火星土试射性碳原子就会进到火星土试样中,因此,测定试样中放射性碳原子的含量能了解二氧化碳或一氧化碳进入土中的情况.这三项试验都是通过一定的化学反应生成物来判断火星土中有否生命物质,其结果远比地面观测或临近火星的飞船测定更准确飞；更直接.最后的结论是：生物试验表明,火星不存在生命.
在人类探索火星生命的历史上,一些辛勤的观测者和埋头进行理论研究的人往往热情超过理智.前者将受到欺骗的观测绘影绘声地进行描述,后者往往根据一些似是而非的研究结果不适当地加以推论,从而得出火星存在生命的论断.与他们相反,也有一些慎重的学者持怀疑态度.如本世纪初洛威尔对火星上有运河深信不疑,而另一位杰出的天文研究工作者安东尼亚蒂,指出从未在火星上看到正确的几何图形.与吉霍夫议论持相反看法的天文学家费森科夫,根据对火星物理、化学条件的深入分析,认为火星不可能存在生命,更谈不上植物.50年代初,俩人曾因坚持自己的观点而展开过激烈争论.
二、火星生命存在的新论战
举世瞩目的“海盗”号生物试验表明火星上不存在生命.但是火星上有没有生命的问题,在新时代以新的科学成就为背景,又出现了新的论战.
1977年,英国两位科学家提出“海盗”号生物试验结果只能说明取样点不存在生命,由于取样不具有代表性,还不足以说明火星别处也不存在生命.他们认为,1971年“水手”9号飞船拍摄火星尘暴的紫外光谱才具有代表性.他们还根据著名英国天文学家霍伊尔近年来研究星际分子的结果,推测这种光谱是复杂有机物存在的证明,因此他们的结论是火星上有生命.这就给火星存在生命的说法带来了新的活力.
原来,火星上每年都有大规模尘埃风暴,使火星表面尘土以50~100米／秒的速度飞扬.“水手”9号飞船于1971年5月30日出发时,在地球用望远镜观测到的火星是一个清澈的球体,到9月23日发现火星有一块很大的黄色尘云开始升起,“水手”9号飞船进到火星轨道时,火星表面几乎全被很厚的尘云遮盖得看不见了.研究人员非常失望.但幸运的是这艘飞船携带了一台紫外光谱仪,测得了这次尘暴产生尘埃粒子散射太阳光的数据.美国科学家彭瓞钧博士等人对这些数据进行了处理,得到火星尘埃质点吸收太阳光的光谱(国际上称为Pang带),这条曲线的特点在1800~3300Å范围内有吸收,而2100,2500,3100Å处有吸收峰,并在2100Å达到最大,然后随着波长减小而下降.
这种吸收光谱是由什么物质产生的呢?彭瓞钧博士等人根据1958年的一个实验室结果推测可能是二氧化钛造成的,是无机物.深入研究彭博士关于二氧化钛说法的根据,发现其谱带下限仅到2000Å,小于2000Å谱带走向不清楚,而且在3100Å处并未看到吸收峰,因此这条吸收线是二氧化钛造成的说法值得怀疑,而英国科学家的推论很值得考虑.这样,深入、细致地研究和证认Pang带,就成为“海盗”号考察后探索火星上有否生命的问题的当务之急.
我们知道氧化钛有多种晶形结构,以锐钛和金红石为多见.这两种结构属于同一结晶系,但晶格常数不同,后者较前者由于晶格较小故具有较大的稳定性和紧密度.
1978年,笔者与当时在北京玻璃研究所工作的梁民基同志合作进行了一项实验,就是利用新的真空蒸镀技术将锐钛和金红石蒸镀在熔融石英玻璃上,由于二氧化钛有不同晶形,因此要对蒸镀试片进行加温处理,以得到某种晶形物质,然后用X射线测定仪确定蒸镀物晶形,最后利用光谱仪器测定吸收光谱.结果表明锐钛吸收光谱与“水手”9号的探测结果一致.又有人通过量子化学计算得到二氧化钛紫外吸收光谱与我们的实验结果一致.因此,这就否定了英国科学家的结论.当我们的实验结果在1981年第三届国际火星会议上报告之后,普遍对它的反映良好,而另一组美国科学家证认Pang带为二氧化碳的报告也自动收回了.
二氧化钛对火星表面的化学性质会带来什么影响呢? 为此我们又与美国科学家作了进一步的共同研究,认为正是因为二氧化钛的存在,即使火星上有复杂有机物,也会由于太阳光的作用而分解为简单有机物,并进一步分解为无机物.因此我们的结论是：至少在目前火上不存在以碳为基础的生命物质.我们认为,关于火星生命的争论可以告一段落了.
三、向火星移民
当然,关于火星上有否生命的争论仍没有完结,新近有人提出在火星表层下可能有生命,或者将来会出现生命.但都未得到直接证明.通过一个世纪的不断探索,特别是宇宙飞船飞临和登上火星,已经为解答火星是否存在生命提供了大量的科学证据.也许,火星从它诞生以来就根本未出现过生命,一直是死寂的.追溯地球的发展历史,生命的出现是38亿年前的事情,不过,地球从诞生到出现生命的7~8亿年间同样是死寂的.那么,火星今后会不会出现生命呢? 火星上有哪些条件不适合生命存在,又有哪些条件可能对生命出现有利呢?
地球的生命存在,水、大气和适宜的温度是很重要的条件.水是生物体的重要组分,而且水和其他物质不同,在低温变成固体时比重反而减小而浮在液态水上面；大气可以抵御来自太阳的对于生命有害的辐射,而且可以使得从地球表面反射到空间的能量小于接收的太阳能量；地球上的生命在一定的温度范围内存在,超出这一范围构成生命的物质就会分解.
然而在火星上,大气十分稀薄,只相当于地球海平面压力的百分之一,除了在极区有少量水外,未曾发现大量水的存在；火星的大气中主要是二氧化碳(96％),其次是氮(2.5％),氧仅占干分之一,而且火星表面的温度非常低(最低达华氏零下250度),这些条件对于生命是十分严酷的.
但火星又与地球相似,有固定形态,距离太阳不太远也不太近,火星的自转周期为24小时37分,与地球自转周期相近(23小时56分),自转轴与轨道平面法线的倾角是24º,几乎与地球相应倾角(23º27ˊ)相等,所以有与地球相似的四季变换；火星有火山,最大的面积有一万二干多平方公里,高度相当于两个珠穆朗玛峰,待到火山爆发时可以产生大量气体和灰烬,极区有大量固态二氧化碳,并含有冰.
目前,已有一些人设想改造火星,使它与地球一样,成为生命栖息的星球.这些设想包括：用核能(较之第一颗原子弹爆炸能量大5000倍)装置引发火星火山,从而产生浓厚的大气和土层,有人建议用直径成百上千米的镜子捕集太阳光并反射到火星极区采熔化固态二氧化碳和水,还有人提出将火星的卫星粉碎,撒在极区,借助太阳能来熔化极区物质.
对这些设想人们可能会感到离奇.但在现代科学飞速发展的今天和明天,它们是完全有可能实现的.要成为火星上的居民,首先要有敢于征服火星的探险家.我们期望人类登上火星这一伟大历史时刻早日到来.