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火星与地球的生命竞赛

作者: 2020-04-15 浏览:

在这场持续数十亿年的孕育生命的竞赛中,火星显然是一个失败者。在数千万公里之外,一颗红色的行星正吸引着无数天文学家的目光。来自美国、欧洲和日本的几个探测器正奔向这个神秘的星球。那就是火星——,我们的邻居,在地球轨道之外已经和我们在一起数亿年了。火星是除金星外离地球最近的行星,距离为5570万-1.2亿公里。虽然火星和地球之间的空间相隔数千万公里,但它与地球有许多神秘的共同点:它也是一颗固体岩石行星,半径约为地球的一半,但体积仅为地球的1/7;火星也有两个白色的极冠,冬季增加,夏季减少,与地球非常相似。此外,火星还有高耸的山脉、深谷、漂浮的白云和咆哮的风暴。它有四个不同的季节,甚至一天24小时,就像地球一样。因此,它被称为地球的“孪生兄弟”,与地球一起被认为是太阳系中生命的可居住区域。仅仅100多年前,人们普遍认为火星上有高级智能生命。关于“火星上的运河”、“火星战争”、“火星上的狮身人面像”等等的猜测和幻想已经持续了许多年。但是人们对火星了解得越多,他们就会越失望。自20世纪60年代以来,人类已经向火星发射了30多枚探测器。不仅没有发现智能生命的踪迹,甚至连最简单的微生物也没有发现。来自火星探测器的信息是:火星是一个充满岩石和石头的沙漠星球。它的表面是一个荒凉、寒冷、死寂的世界,没有任何生命的气息!为什么这个与地球如此相似的星球最终没有产生像地球一样复杂的生命?在数十亿年前的早期,它有没有显示生命活动的迹象?如果是这样,是什么导致生命进程被中断?更深层次的问题是:在广阔的宇宙中,只要它是一颗类似地球的行星,生命就必然会存在吗?如果是这样,为什么火星为我们提供了反证?生命是偶然的还是不可避免的?通过比较火星和地球的相反命运,我们也许能够更好地揭示宇宙中生命的奥秘。五十亿年前,一团星际气体坍塌在银河系的旋臂上。宇宙中这种不显眼的崩溃最终创造了——个智能生命,这是宇宙中前所未有的奇迹。这个星际气体云核心的温度迅速上升到1000万K,然后燃烧成一颗黄色恒星——,这就是我们的太阳。围绕太阳旋转的大量宇宙尘埃粒子在重力作用下逐渐聚集在一起,然后形成了太阳系的九大行星,其中地球和火星兄弟——,他们彼此靠近,具有相同的气质。在他们出生之初,两兄弟都遭受了同样的命运。有许多大大小小的岩石在主太阳系中游荡,肆意撞击着新生的行星。巨大的碰撞在两个行星上都很常见,并且每月至少发生一次。碰撞后抛出的烟尘覆盖了天空,并在地球上空悬了很长时间。据估计,在太阳系行星形成后,这场陨石风暴持续了大约7亿年。直到今天,火星的沙质、荒凉和寂静的表面仍然覆盖着由陨石攻击形成的陨石坑,但是地球上的陨石坑已经被长期的风和水侵蚀而消失了。那时候,两个行星都是没有水、生命、黑暗和极热的行星。乍一看,它们都没有形成生命的可能性。然而,陨石通常含有丰富的水。正是这场持续了数亿年的陨石风暴给两颗行星带来了最初的水分。随后,两颗炽热的行星都经历了频繁的火山活动。

火山爆发时,岩浆覆盖了较低的盆地,大量气体从岩浆中释放出来,并与陨石留下的水分混合,在两个行星上形成了充满水的原始大气。原始大气形成后,随着两颗行星的温度逐渐降低,一些气体会凝结成雨,分别在两颗行星上产生最早的海洋。火星比地球更容易被陨石撞击,因为它位于地球的外侧,比地球获得更多的水分。因此,早期火星的水比地球多得多。据估计,火星上的海洋深度曾经平均为100,000米,是目前地球海洋平均深度5,000米的20倍。作为火星上过去洪水泛滥的证据,火星表面现在被纵横交错的峡谷所覆盖,这些峡谷可能是干涸的河床。它们有数千个,长度从数百公里到一万多公里不等,宽度从几公里到几十公里不等。它们非常壮观,蜿蜒曲折。它们主要集中在火星的赤道附近。河床的存在让科学家们相信现在异常干燥的火星曾经有很多水。然而,火星两极仍然有残留的干冰和水冰。如果所有这些水冰融化,在火星表面可以形成一个10米的均匀水层。生命的曙光出现在已经消失了数亿年的流星雨中。伴随着水分子的是孕育生命的有机分子。他们不仅拥抱地球,还拥抱火星——。在早期太阳系快速变化的环境中,生命的曙光同时出现在火星和地球上。这些有机分子是生命的“种子”。他们需要什么样的条件才能在一个星球上生根发芽?液态水是生命产生的先决条件,其他一切都是次要的。因为水可以溶解各种化学物质,允许分子紧密接触,进行化学反应,产生生命所需的蛋白质,运输营养和排泄废物。更重要的是,水可以分解成氢和氧,它们直接参与生化分子反应,成为生命不可缺少的一部分。其他液体能代替水吗?土星的土卫六有石油海洋,海王星的海卫一有液态氮海洋,其他行星有海洋,如硫酸、液氨和液态甲烷。然而,这些液体参与基本生化反应的能力是有限的,更不用说参与复杂蛋白质和遗传基因的制造了。因此,为了维持生命,我们必须需要水。没有水,生命就不能起源和进化。用“滴水”来描述生活的核心和组织环境是最恰当的。作为一个典型的例子,我们知道人体的70%是水。即使是地球上最简单的活大肠杆菌,水也占其总重量的70%。水分子和生命同时落在两个行星上。所有这些都表明,火星和地球在创造生命的过程中处于同一起跑线上。然而,火星和地球的生命故事之间的相似性已经结束。从此,火星和地球开始分道扬镳,分道扬镳。火星上水和气体的大升级太阳系中有四颗岩石行星:水星、金星、地球和火星。火星是离太阳最远的岩石行星。除了火星,它是一个小行星带,然后向外延伸。除了冥王星,其余的木星、土星、天王星和海王星都是巨大的气体行星。木星的强大引力很可能会掠夺火星轨道上的一些原始物质,导致它先天营养不良,成长为一个小矮子,有着厚厚的外壳和像小铁球一样的核心。由于其天生的瘦弱,火星很快在与地球的生命竞争中失去了优势。40多亿年前,原始火星的物质经历了巨大的分化。重金属,如铁,沉积在火星中心。二氧化碳和水等轻物质漂浮在火星表面。然而,大量最轻的氢已经飞进了外层大气。由于瘦弱的火星的重力场只有地球的38%,平均逃逸速度只有5公里/秒(相比之下,地球的平均逃逸速度为11.2公里/秒),火星上的氢在初级太阳的强烈紫外线辐射下可以获得足够的能量,并且很容易达到逃离火星的速度,永远不会返回。

许多逃逸的氢原子聚集成一股巨大的空气喷向火星外部,同时带走了更多的其他大气成分,导致火星大气大量外流。上亿年的陨星雨给火星带来了大量的水,但是水来得快去得也快,很快就被火星大气带走,逃到了太空。每次陨石与火星相撞,虽然它也带了一些水,但它产生的能量也蒸发了火星上大量的原始水,激起高速反弹气流,很容易从火星逃逸。更糟糕的是,陨石以接近切线的角度撞上了火星。火星似乎被重重地击中了胃部,使人抽搐,向外太空疯狂呕吐。专家称这种由陨石碰撞造成的行星水分流失现象是碰撞侵蚀。在最初的7亿年里,火星很可能处于一个既有大量水分增加又有大量水分流失的时期。陨石风暴在38亿年前停止了,火星的水和脱水速度正在减缓,但火星大气仍在不断逃逸。最终,整个火星的大气压力下降到只有地球的1/150。在如此低的大气压力下,火星表面的液态水不可能存在,剩下的少量水只能被转移到地下,或者成为隐藏的地下水,或者成为地下永久冻土。另一方面,火星表面已经变得永久荒凉和干燥。几十亿年来,小火星无法保持它的大气层。如果气压低,大气的吸热和蓄热能力就会低。天空会结冰,表面的液态水会消失。强烈的紫外线和各种各样的宇宙射线涌入地球,对地球表面进行消毒,因此即使是有机分子也会分解和耗尽,不再存在。即使生命能够忍受高温、高压、无氧、高碱性和高盐环境,它也无法抵抗高辐射能量。辐射能渗透到细胞的内核,打破基因的长链,扼杀生命复制和进化的机会。因此,数十亿年前火星上的生命可能已经消失在稀薄的空气中,变成化石,或者被深埋地下而不再出现。生机勃勃的地球和地球是幸运的。它恰到好处的重力支撑着原始大气和液态水。然而,早期地球的环境也极其恶劣。陨石风暴后,火山活动活跃,硫磺浓汤溢出,表面灼热,闪电频繁,没有氧气。当今地球上的大多数生物都无法在那样的环境中生存。但是生活的坚韧就在这里。天空中简单的有机分子首先在富含氮、碳和氢的温暖潮湿环境中进化出厌氧古菌。它们生活在90以上,吸收硫、氢和二氧化碳等化学能来生长和繁殖。如果温度低于80,它们就停止生长。因此,他们具有耐高温、耐硫、耐甲烷等奇怪的性格,适应当时极其恶劣的环境。——.原始生命在地球上站稳了脚跟。然后,地球上生命的转折点来了,是一个长期死亡的古菌——蓝细菌肩负起了伟大的转折使命。它首次将太阳能用于光合作用,吸收二氧化碳并释放氧气。在那之后的10亿年里,它为地球大气增加了氧气,彻底改变了地球原有的大气组成,永远改变了地球未来的命运。他们为未来更高级、更复杂的热爱氧气的生活扫清了所有障碍,创造了一个他们不幸死亡的新环境。地球生命史上最悲壮的一幕,——“氧气大屠杀”,几乎消灭了第一代古细菌,只有一点残余藏在深海海底。蓝藻的巨大贡献给地球带来了蓝天。当氧气充满地球的天空时,地球的生命开始了一个辉煌的过程,持续了30多亿年。在火星和地球的生命竞赛中,地球最终成为赢家,诞生了成千上万的生命,并成功地诞生了高级智能生命。现在它是一个充满活力的星球。然而,由于缺乏力量,小火星很快退出了竞赛,现在它已经变成了一个安静而没有生命的星球。

这两个星球的生命故事告诉我们,生命诞生的条件极其恶劣。即使像火星这样与地球如此相似的行星的生命历程中途停止,生命在宇宙其他地方发展的可能性有多大?寻找火星上的生命痕迹一直令人兴奋,原因有二。首先,人类的好奇心驱使人们去验证在外部世界是否有陆地文明。即使火星上有生命的痕迹,也足以让人喜出望外,从而改变人们对宇宙的看法。另一个原因是地球上生命起源的秘密还没有完全解开,人们希望火星能提供更多的线索。据说在维京号探测器开始发回科学数据后,一名报纸记者要求一名科学家发一封100字的电报来回答火星上是否有生命。科学家重复了50次“没人知道”来回答。事实上,今天,如果有人问他们是否能在火星上找到生命的遗迹,科学家的回答仍然是“没有人知道”。事实上,这项工作一开始非常困难。火星离地球有几千万公里远。有了现代科学技术,人类就不能去火星了。目前,只有三种间接的方法来寻找火星上生命的证据:一种是探测被认为来自火星的陨石;一是分析火星轨道器任务发回的观测数据和照片。最后是火星着陆器获得的火星土壤样品的化学和生物测试。火星样本测试产生了积极的结果。从著名的火星陨石ALH84001中,科学家发现其内部充满了直径为100-200微米的球状碳化物。在球的连接处有椭圆形的物体,甚至更小,形状像众所周知的杆菌,但最大的只有1/10的杆菌。进一步分析发现,这个球含有几种磁性矿物,类似于地球上各种磁性细菌的组成。火星探测器的探索也取得了一定的成果。科学家们正在根据从探测器获得的数据并结合地球的经验做出各种最大胆的假设。2001年11月,匈牙利科学家宣布他们在火星上发现了“黑色生命”。科学家小组说,火星环球探测者拍摄的照片显示,在火星上被冰覆盖的南极陨石坑中有数千个黑色沙丘点。这些斑点表明,冰层下的地面上有生物体,它们吸收太阳能,能够融化冰层,为自己创造生活条件。当然,目前最好的办法是让火星着陆器直接登上火星,并让船上的先进精密仪器对火星土壤进行详细探测。今天,当人类探测器携带火星着陆器奔向火星时,我们能指望在哪里找到火星上的生命痕迹?目前,人类可以从三个方面讨论火星的生命模式。首先,在火星形成后的10亿年里,自然环境可能是生命起源的原因。后来,环境每况愈下。生命挣扎了十多亿年,最终灭绝,只留下化石遗迹。第二,火星上的生命可能会在起源后继续进化,适应环境,深入地下水源,繁殖和生长,或者长时间冬眠,等待再次出现。第三,火星上的生命可能在形成之前就已经死亡,只留下氨基酸分子进化的痕迹。火星上有巨大的死火山,火山底部可能还有余热,火星上有大量地下冰源。如果这两个条件加在一起,火星也可能有地下温泉。温泉环境湿热,可能有硫磺“粮仓”,类似于地球上古代真菌的生活场所。这很可能是火星细菌生长和繁殖的温床。陨星风暴后,火星地热资源丰富,大气稠密,湖泊遍布。此时形成的底部沉积物,如水手谷的深沟,应该是细菌生活的最爱。尽管海洋已经干枯,岩石已经破碎,但它们仍然应该是细菌生命或细菌化石的藏身之处。火星开始冷却后,永久冻土逐渐形成。

目前,火星的冰位于高纬度地区。赤道地带极度脱水。在高纬度的冰层底部可能会有少量的地下水,这也可能是火星上生命的藏身之处。火星当然有更多的生命热点,但是人类的数据目前很少,仍然需要收集。目前,各种各样的结论都不能得出结论,人们期待火星探测器向我们揭示更多的火星奥秘。

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