科學家針對火星上可能含有的鹽水進行研究,結果完全改變了我們對目前火星孕育生命潛力的理解。

科學家對火星化學物質的最新研究顯示,可能存在火星表面的鹽水,或許能讓好氧微生物或甚至是像海綿這樣的簡單動物在其中生存。PHOTOGRAPH BY NASA/JPL/MALIN SPACE SCIENCE SYSTEMS

對我們所知的生命形式來說,火星似乎不是個適合生存的地方。火星表面會受到足以傷害去氧核醣核酸(DNA)的輻射轟擊;科學家只在火星冰凍的地表,找到以水冰及水合礦物(hydrated mineral)型態存在的水;在稀薄的火星大氣層中,幾乎沒有一丁點的氧氣存在。

不過,最新的一項研究顯示,這顆紅色星球上擁有生命的可能性又高了一些。科學家指出,可能存在火星地表附近的鹹水,能夠溶解足夠的氧氣,讓我們所熟悉的微生物型態在此生存。在某些特殊情況下,溶氧量甚至能讓類似海綿這樣好氧的簡單動物存活。

當然,這並不代表火星上有生命存在──科學家甚至不確定火星表面或地表附近,究竟有沒有流動的液態水。但是,這項發表在10月22日出版的《自然地球科學》(Nature Geoscience)期刊上的驚人研究指出,目前的火星環境,可能並沒有我們所想像的那麼不適合生命生存。

「這就是所謂適居性的問題;我們從來沒想過火星的環境會產生那麼多的氧氣,」這篇研究的第一作者──美國航太總署(NASA)噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的行星科學家和物理學家維拉達.史坦蒙科維奇(Vlada Stamenković)表示,「這完全改變了我們對目前火星可能擁有生命潛力的理解。」

氧化錳之謎

覆蓋火星紅色地表的稀薄大氣,主要是由二氧化碳組成,另外還有微量的氮氣和氬氣。從火星探測車和軌道太空船的測量結果顯示,氧氣僅占了火星空氣的0.145%。科學家認為,這些氧氣可能是二氧化碳分子被太陽光破壞後,所分解釋放出來的。

儘管與現今地球大氣近21%的氧氣相比,火星上的氧氣實在是少得可憐。但有跡象顯示,火星上這種與生命極度相關的氣體,可能發生了一些奇怪的事情。

在2014年,研究人員非常興奮地發現火星表面有氧化錳存在。未參與此項研究的萊斯大學(Rice University)行星地質學家克絲汀.西巴赫(Kirsten Siebach)解釋道,錳這種元素不太容易氧化,不像氧化鐵這麼容易形成,而讓火星帶有獨特的紅鏽色外觀;要形成氧化錳需要有氧氣或微生物存在才行。

先前,曾有研究人員認為,找到氧化錳這種化合物,表示火星過去的大氣曾經充滿了氧氣。但史坦蒙科維奇和他的同事認為,還有另一種可能性。

氧氣的拔河比賽

由於火星的平均地表溫度僅有攝氏零下63度,不太可能有大量流動的液態水。到目前為止,還沒有任何確切的證據顯示火星表面有水窪存在,而只在地下深層發現有水存在的跡象。但是科學家認為,水可能以鹽水的形式存在於火星地表附近,而這樣的鹽水鹹度得要非常高才行。

如果在水裡面加入鹽類,會略微降低水的冰點。因此,火星水冰中的鹽類──包括火星塵埃中廣泛存的過氯酸鎂和過氯酸鈣──能夠讓冰凍的水變成流動的液體。

但是,鹽類會帶來另一個問題:水中鹽分的含量愈多,含氧量就會愈少。同時,水的溫度愈低,就能溶解愈多的氧氣。這就像是一場氧氣的拔河比賽,鹽類會把溶解的氧氣推出去,低溫會讓更多氧氣溶解。為了弄清楚哪種效應可能獲勝,研究人員建立了數學模型來進行模擬研究。

↑↑↑↑↑101科學教室:紅色星球

他們所建構的數學模型,測試六種不同的高鹽分濃度,讓水在攝氏零下133度到攝氏27度之間仍維持液態。此外,這個模型也考慮了火星上多個不同位置的平均氣壓。

令人詫異的液體

根據模型的分析結果,這些假想的鹽水比純水的凝固點更低,能溶解的氧氣更多,甚至遠高於好氧微生物所需。更重要的是,科學家對過氯酸鹽的最佳估計顯示,鹽水中所能溶解的氧氣,甚至多到足以支持像是海綿這樣更複雜的生命型態。

研究團隊還計算了一個「最糟狀況」,為數學模型的計算因數提供些許誤差空間。即便如此,他們所計算的鹽水中,都還是能夠溶解足夠的氧氣,讓基本的微生物生存。

「我們非常驚訝,」史坦蒙科維奇談到研究團隊一開始的反應,「我回去重新計算了五次,確定這一切是真的。」

目前火星鹹水中的氧氣濃度,甚至比23.5億年前地球水域可能含有的氧氣濃度還要更高,當時的微生物藉由呼吸將氧氣吐到大氣中,地球上的生命開始迅速繁衍興盛。而且,這樣高濃度的氧氣可能在火星上維持了數百萬年之久。

未參與此項研究的華盛頓大學(University of Washington)生物海洋學家茱迪.楊(Jodi Young)表示,這種鹽溶液是「讓生物生長的一鍋絕佳好湯」。她解釋道,我們能夠可以在地球海冰裂縫中的冰冷含氧鹽水中,找到各式各樣的生物。

即使沒有充滿氧氣的火星大氣,溶解在水中的氧也可能讓氧化錳形成。「我們的解釋不需要任何特殊的魔法──現在的火星上就正在發生這樣的作用,」史坦蒙科維奇如此表示。

西巴赫認為這項研究的想法很聰明,但她也警告,在數十億年前的火星大氣就得要有這麼多的氧氣,才能造就我們現在所看到的某些古老氧化物。

她說:「這樣的情況能夠追溯到過去多久以前呢?這實在很難說。」

隱秘的適居水窪

當然,在我們對現代的火星微生物過於興奮之前,科學家得先確認目前的火星是否存在一窪窪的液態水。

「我們科學界一直在這個問題上反反覆覆,」西巴赫笑著說。她表示,這類水窪應該會很小,可能只會在一天的某些時段,或是特定的季節出現。

她指出,如果科學家確實找到了可能適居的環境,也沒辦法直接衝過去。含氧量最高的液體應該會在火星兩極最冷的地方,在如此低溫的環境下,即使是火星探測車也很難維持一定的溫度以正常運轉。除此之外,研究人員必須想辦法避免地球上的微生物污染火星環境。

西巴赫說,「如果我們認為地球上的生物可以在這樣的鹽水中存活,那我們更得要非常小心謹慎地接近,」。儘管如此,這項新研究的結果不禁讓人期待,我們或許會在不久的將來發現火星上活生生的生命。

史坦蒙科維奇說,「在地球上,氧氣是驅動演化的重要力量,」因此,火星上的氧氣可能也會讓生命在原本不適合生命繁衍之處興盛起來。

「我們目前還沒有什麼頭緒,」他說,「但這給了我前進和探索的希望。」

 

撰文:Maya Wei-Haas

編譯:林宇威

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