最新研究表明古代火星拥有存在地下生命的条件

cbj发表于2018-10-29 00:00:00

最新研究发现古代火星很可能拥有足够的化学能维持类似于地球上的地下微生物菌群。

图片来源:NASA / JPL

最新研究的证据显示,古代火星有可能拥有足够的化学能保证地下微生物菌群的蓬勃生长。

“基于基本的物理和化学计算,我们发现古代火星的地下很有可能溶解有足够的氢,用于供给全火星的地下生物圈能量,”布朗大学的毕业生Jesse Tarnas说。他是论文的主要作者,该论文发表于《地球与行星科学通讯》(Earth and Planetary Science Letters)上。“这个‘宜居区’的条件类似于地球上地下生命存在的地方。”

地球是所谓的“地下岩石微生物生态系统(简称SliMEs)”的家园。因为缺乏能量,这些地下微生物通常通过剥离周围环境中的分子的电子来获得能量。溶解在岩石中的氢分子是良好的电子供体,地球的SliMEs的能量就是这样供给的。

最新研究显示辐解会把水分子拆成氢元素和氧元素部分,该过程会在火星地下制造大量的氢。研究者估计在40亿年前火星地壳中的氢浓度处于现在地球上可供给大量微生物的氢浓度范围内。

该研究并不表明古代火星上一定存在生命,但是它说明了如果生命真的在火星上存在过,火星地下岩石含有数亿年来为这些生命提供能量的关键物质。研究还为未来火星探索工作带来启发:有古代火星地下岩层暴露的区域,是适合寻找古代生命存在证据的好地方。

去到地下

自从几十年前发现火星上古老河道和湖床的痕迹以来,科学家们就被这颗红色星球曾经拥有过生命的可能性所吸引。但是即使火星过去有过水流活动的证据确凿无疑,火星历史上到底有多少水流过并不明朗。最先进的早期火星气候模型显示,大气温度很少超过冰点,这表明该星球早期的湿润气候可能是转瞬即逝的。对于长期维持生命来说,在星球表面并不是最好方案,所以有科学家设想,地下对古代火星生命来说是更好的选择。

“接下来问题就会变成:地下生命的本质是什么,如果它存在,它又会从哪里获取能量?” 布朗大学地球、环境和行星科学学院的教授Jack Mustard,也是该研究合著者说。“我们知道辐解为地球地下生命提供能量,现在Jesse做的就是探究火星上的辐解。”

研究者们观察了NASA火星奥德赛号宇宙飞船(Mars Odyssey spacecraft)上获得的伽马射线光谱仪的数据。他们标注出了火星地壳中放射性元素钍和钾的丰度。通过这些丰度,他们可以推断第三种放射性元素铀的丰度。这三种元素的衰变会产生分解水的核辐射。因为元素以恒定速率衰变,研究者可以使用现在的丰度计算40亿年前的丰度。这些分析让研究者对足够激发辐射分解的辐射通量有了一定了解。

下一步就是估计有多少水可以用于辐射分解。地理学上的证据表明那时有大量的地下水流动于古代火星地壳多孔的岩石中。研究者使用了计算火星地壳密度的方法大致估计了岩石中的孔隙中有多少空间可以装水。

最后,团队使用了地热和气候模型来确定哪里可能是生命的摇篮。那里不能太冷,会让所有的水都冰冻,但又不能被来自星球炙热核心的热量烤焦。

结合这些分析,研究人员得出结论,火星可能在地下有几千米厚的“宜居”区域。依照地球上类似的生物群落来说,在这片区域中,辐射分解产生的氢可以提供远超维持微生物生命所需要的化学能,而且这片区域可能存在了数亿年。

研究结果在各种不同的气候模型中都成立——一些模拟温暖的地方,一些模拟寒冷的地方。十分有趣的是,Tarnas说,可提供能量的地下的氢的含量在极度寒冷的气候模型下反而更多。这是因为宜居区上方更厚的冰层像一个盖子一样帮助阻止氢气逸出地底。

“人们一般认为火星早期寒冷的气候对生命的存在不利,但是我们的研究显示其实在寒冷气候下,地下生命能获得的化学能更多,”Tarnas说,“我们认为这可以改变人们对于火星气候和古代生命的关系的看法。”

探索的启示

Tarnas和Mustard说这项研究对于确定发射宇宙飞船寻找古代火星生命迹象的地点十分有用。

“最有趣的勘探方案之一就是寻找巨型岩石块——那些通过陨石撞击从地下翻出的大块岩石,”Tarnas说,“许多这样的岩石就是从‘宜居区’来的,现在它们就这样静置在火星表面,通常来说也没有被改变过。”

Mustard一直积极为NASA的火星2020号火星探测器选择着陆点,他说这样的岩石至少存在于NASA考虑的两处降落地点中:Northeast Syrtis Major和Midway。

“2020探测器的目标就是寻找过去生命的痕迹,”Mustard说,“那些可能是地下‘宜居区’(可能是火星最大的宜居区)遗址的地方,看起来是很好的目标地点。”

原文链接:

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180924102040.htm

翻译:王嘉钰

审校:胡佳仪

本文来自:环球科学
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