为什么一定要去火星？

为什么一定要去火星？
对太阳系更加细致的观察就会发现，围绕着太阳而形成的天体系统暗藏玄机。有八颗主要行星围绕着太阳运转，其中内侧四颗主要由金属和岩石构成的行星被称为“类地行星”。外侧四颗行星体积巨大，主要以气体构成，被称为“类木行星”或巨行星。
从里向外数，位列第三的地球和位列四的火星，看上去如此截然不同。
那颗蔚蓝色行星就是地球，它的表面主要被液态水所覆盖，同时又被一层致密的大气所包裹；凭借其表面温暖湿润的环境孕育出宇宙的奇迹——生命现象。生命在地球上繁衍、进化，直至出现了具有高度智能的人类。
而火星，它的表面被红色的沙尘所覆盖，只在极地区域有一些呈白色的干冰，大气层稀疏，却又因为季节变化，会产生剧烈的流动，发生遍布全球的沙尘暴。
火星在夜空中显得尤为明亮，又有着与众不同的红色。4000年前，古埃及人称火星为“红色之星”（Her Desher），中国古人描述它“莹莹如火”。
站在地球上看来，火星的移动轨迹和亮度曾长期让人捉摸不定。
现在，人类不仅在利用望远镜从地球上观察火星，各种来自地球的探测器已经飞越了数千万公里的距离到达火星。它们正在火星的轨道和地面上进行各种勘测工作，为地球传回关于邻居行星的数据。
随着科学的发展，人类探测火星的意义似乎不言而喻——无论是研究太阳系的演化历史，还是分析行星形成的过程，乃至为人类未来寻找下一个落脚点，火星都是一个极为重要的研究对象。
但是每当我们在夜空中注视火星，就会明白，这颗红色行星对于人类来说还具有远超科学层面的意义，它曾在数千年的时间里给人类带来迷惑，同时也寄托着人类某种深刻的情感，映射出人类内心中最深刻的孤独。
是什么原因，让火星，这个可能曾经和地球一样温暖湿润的行星，变成了被红色沙尘所覆盖的干燥荒凉的不毛之地？在40多亿年的历史里，火星是否也曾经如地球一样衍生出生命？火星生命是否与地球生命相似，它们又会在火星上留下什么样的痕迹？人类研究和探索火星，能否更深刻地理解生命的含义和太阳系演化的奥秘？从火星的变迁过程中，人类又能得到怎样的教训？在未来，如果人类文明有机会向整个太阳系，乃至整个宇宙扩张，火星能否成为人类的第一个殖民地？


对于21世纪的人类来说，一定要去火星！其中一个重要的原因，就是去寻找生命。
寻找火星生命——不仅是一个科学问题，还关系到了人类社会的各个维度：生命的本质是什么？人类是否孤独？生命是否还有更多的可能？
但是面对这样一个与地球同源，当前环境却又大不相同的临近行星，人类又该从哪里开始去寻找火星生命的痕迹？
想要在火星寻找生命的痕迹，首先涉及人类如何去理解生命现象本身。
问题是，地球是目前人类已知的宇宙中唯一产生出生命现象的行星。去外星寻找生命，只能从人类对于地球生命的理解出发。生命的存在依赖于各种条件的配合，那么什么才是最关键的因素？从人类对于地球的理解来说，想要证明一个环境能够孕育出生命的标准很高——需要有水，有构成生命的必要元素（比如碳），还要有稳定的能量来源，而且这些条件又需要在同一个地质时期内全部被满足。在一个环境中即使这些条件全都具备，人类科学家也还需要对其具体评估，然后再去界定在特定的条件下会产生出什么类型的生物。
“火星快车号”（Mars Express）人造卫星曾经在火星大气中检测到氨的成分，这有可能是来自火星生物，也有可能来自于火星的火山；而火星微量气体任务卫星（ExoMars Trace Gas Orbiter）也曾经在火星的大气中发现些微的甲烷成分，这同样激发了人们关于火星存在着微生物的想象。
最大的惊喜是水的发现。“火星快车号”人造卫星从2003年开始就对火星进行地质探测，经过三年多的探测和分析，科学家们发现在火星南极高原（Planum Australe）区域的冰层之下，很有可能存在有大量的液态水。
根据科学家们2018年7月在《科学》（Science）杂志上发表的论文报告，在这个区域的冰川表面1.5公里以下，可能存在有20公里宽、大约几十厘米深的大量的液态水。人们对于在火星地表之下可能存在有液态水早有怀疑，但这是至今为止人类获得的最为可靠的探测证据。
这个尚未被确认的发现不得不让人联想到人类在地球的类似经历。直到20世纪下半叶，人类才在地球南极附近的冰面下发现了世界最大的淡水湖之一——沃斯托克湖（Lake Vostok）。这个230公里长、50公里宽、800米深的淡水湖被深埋在大约3.7公里的冰面之下。在人类发现它之前，这个淡水湖已经与世隔绝了至少1500万年的时间。在这种没有阳光照射，温度低于0摄氏度的极端恶劣的条件下，科学家们仍然从湖水中发现了众多微生物的痕迹。
在火星的地表以下，是否真的存在含水量巨大的火星湖或地下海洋？在这样的环境中固然可以免受宇宙射线的袭击，但水的含盐量会不会太高？如果人类真的有机会探测到火星的地下湖，是否会发现一个全新的世界？这些疑问，需要未来一代又一代的火星探测器，乃至亲自探访火星的人类宇航员给出答案。
毕竟，在所有支持生命存在的因素之中，水是最重要的。“跟随水的踪迹”是目前人类寻找地外生命迹象的首要准则。
研究火星上水的存在形式和变化过程，是理解火星和寻找火星生命的关键。目前人类对于火星的探测显示，在它40多亿年漫长的历史中，或许有几百万年的时间，在表面上曾经存在过由液态水形成的河流。这样的时间长度，相比于几十亿年的行星历史来说虽然只是短短的一瞬，但也有可能就是在这期间衍生出过火星生命。
在火星的漫长历史中，是否曾经有过哪怕一段极短的时间，所有出现生命现象的条件都同时得到了满足？这还需要对火星的岩石和土壤进行进一步研究。
以地球为例，生命现象的存在，除了水分之外，还需要碳、氢、氮、氧、磷和硫等构成生命的必要元素——相比之下，氮元素和碳元素又比较特殊，它们需要存在于土壤之中，却又不能够与土壤中的矿物质结合得太过紧密，让微生物无法采集和利用。这些物质需要能够溶于水中，容易被微生物所吸收——这些条件火星都有可能满足。
2008年抵达火星的“凤凰号”（Phoenix）探测器检测到火星土壤略呈碱性，pH值为7.7。火星土壤中含有镁、钠、钾和氯元素，这些都是种植植物所必需的元素，不过在其中也还含有0.6%的高氯酸盐。科学家们相信，在远古时代的火星土壤中，其中的氮元素可能很容易被生物所取用，至于其他物质，例如磷元素的情况，还需要进一步探测。如果人类的探测器能够在火星土壤中发现一些相对集中的富含氮元素和磷元素的沉积物，就有相当大的可能说明这些物质曾经可以溶于水，并且可能曾经被火星的微生物所吸收，参与了微生物的新陈代谢过程。
在火星大气层中，尤其是远古时代的火星大气层中含有大量的二氧化碳。2012年抵达火星的“好奇号”（Curiosity）探测器在火星一个干涸的“湖底”也发现了大量的碳元素。有些生物有可能可以直接通过代谢过程，从二氧化碳中提取碳元素，通过溶解于水中的二氧化碳建设细胞组织。“好奇号”在火星土壤中发现了黄铁矿、磁铁矿和雌黄铁矿，这也可能具有重大的意义，因为这些矿物有可能为一种特殊的生物提供能量来源——这就是目前“好奇号”还在寻找的“化能自养生物”（Chemolithotrophs），这种生物能够通过存在于岩石中的化合物获得生命活动所需的能量。
再进一步讨论，如果火星在40多亿年的历史中，尤其是在自然环境尚未变得像现在这样恶劣时，曾经产生出类似于地球的生命现象，那么它们又可能在火星留下什么样的痕迹？
假如真的曾经存在过与地球生物类似的火星生物，那么经过数十亿年的岁月变迁，加之火星气候发生了巨变，此时登上火星表面的人类探测器，乃至在未来亲自登上火星探索的人类宇航员，应该如何寻找和判断火星生命留下的痕迹？这又涉及了可能存在的火星生命如何保存以及如何改变火星土壤的问题。在这方面，人类需要理解生物降解的过程，推导出古生物的遗迹留存至今的状态，并且以地球作为参照来给出答案。
其实，即使是在地球上，人类也极少能够发现在几十亿年前生命存在过的证据。不同类型的生物生活在不同的环境中，它们在环境中能够留下的生命痕迹也各有不同。在地球前20亿年的历史中，所产生的生命形式几乎都是单细胞生物。如果曾经存在火星生命，有很大可能也是从单细胞生物开始。想要寻找它们在火星存在过的证据，不仅需要这些生物在火星的土壤和岩石中留下足够多的痕迹，还需要这些痕迹能够在数十亿年的时间里没有被宇宙射线摧毁。
经过科学家计算，在火星地表的有机分子，比如氨基酸，在宇宙射线的辐射之下，每隔6亿5000万年就会只剩下千分之一。以这个比例来计算，就算现在火星的表面还存有一些来自远古火星生命的有机分子，必然也已经所剩无几了。人类想要寻找大量的证据，可能需要深入到火星的地下去。
在2020年七八月份，地球与火星的相对位置合适，届时又将有人类的探测器飞往火星。美国航空航天局（NASA）的“火星2020”（Mars 2020）任务将发射一个火星车，专门用以寻找以往火星生命留下的痕迹，也会同时寻找现存的火星微生物。欧洲空间局（ESA）的“火星探测计划2020”的主要目标也是寻找火星生命的痕迹，它所发射的火星车不仅可以到处游走，还会携带一个钻头，能够钻探到火星地面的两米以下去寻找有机分子的踪迹。
无论人类对于寻找火星生命寄予了怎样的希望，一个必须面对的现实是，人类目前仍然对火星所知甚少，对于火星生命可能的状态和经历，也都只能通过对于地球生命的研究进行类比。也正是因为如此，或许一个发现就有可能改变全局。