火星神秘六邊形，真相竟是這樣？！

相信大家都曾見(jiàn)過(guò)地球上干涸的湖底、河床、旱季龜裂的大地，但你一定沒(méi)有想到類(lèi)似的景象會(huì)出現(xiàn)在其他星球上吧？近日，科學(xué)家從好奇號(hào)火星車(chē)獲取的圖像數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，位于蓋爾隕石坑的沉積地層呈現(xiàn)出規(guī)則的六邊形泥裂結(jié)構(gòu)，與地球上河床干裂形成的多邊形結(jié)構(gòu)非常相似?；鹦巧暇烤拱l(fā)生了什么？火星真的是地球的姊妹星嗎？

圖1 干旱龜裂的大地丨圖源：pixabay

眾所周知，火星是太陽(yáng)系內(nèi)與地球最相似的行星，也是未來(lái)人類(lèi)最有可能實(shí)現(xiàn)星際移民的“第二家園”。從古至今，人類(lèi)對(duì)這顆紅色的星球充滿(mǎn)了無(wú)限好奇與想象。無(wú)論是中國(guó)古代神話(huà)中的火神祝融，還是古希臘神話(huà)中盜取火種的普羅米修斯，都是古人對(duì)火星崇拜的體現(xiàn)。以1962年11月1日前蘇聯(lián)成功發(fā)射火星1號(hào)探測(cè)器作為開(kāi)端，人類(lèi)的火星探測(cè)歷程已跨越一個(gè)甲子。各種火星探測(cè)器采集的科學(xué)數(shù)據(jù)，以及隕石樣品的實(shí)驗(yàn)室研究正為我們一步步揭開(kāi)這顆紅色星球的神秘面紗。

在與火星相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題中，“火星上是否存在生命”無(wú)疑是最受矚目的一個(gè)。1975年發(fā)射的美國(guó)海盜號(hào)（Viking）探測(cè)器的科學(xué)目標(biāo)之一就是尋找火星上存在生命的證據(jù)，遺憾的是，并未在火星表面發(fā)現(xiàn)任何高級(jí)生命的痕跡。1996年《科學(xué)》（《Science》）雜志發(fā)表的一篇論文聲稱(chēng)在隕石中觀察到的微小碳酸鹽結(jié)構(gòu)可能是古老火星微生物的化石遺跡（圖2）。雖然這一觀點(diǎn)后來(lái)被證偽，但其巨大的新聞效應(yīng)不僅挽救了美國(guó)宇航局當(dāng)年即將被削減的預(yù)算，更是激發(fā)了全世界對(duì)探尋地外生命的熱情，以至于包括一些科學(xué)家在內(nèi)的“火星迷”們開(kāi)始捕風(fēng)捉影，不放過(guò)任何可能證明火星上存在生命的蛛絲馬跡。一個(gè)典型的例子是，美國(guó)勇氣號(hào)火星車(chē)拍攝的火星巖石曾被很多人解讀為一名伸展手臂的火星女人（圖3）。

圖2 火星隕石ALH 84001（B）中發(fā)現(xiàn)的潛在生物標(biāo)志物:（C）鐵碳酸鹽-磁鐵礦-鎂碳酸鹽組成的玫瑰狀集合體（三種礦物由內(nèi)到外分別呈現(xiàn)橙色-黑色-白色）；（D）納米級(jí)球狀碳酸鹽結(jié)構(gòu)；（E）磁鐵礦納米晶體；（F）稠環(huán)芳烴有機(jī)物菲。丨圖源：https://www.cambridge.org/core/blog

圖3 假想火星人丨圖源：網(wǎng)絡(luò)

時(shí)至今日，科學(xué)家公認(rèn)的火星天體生物學(xué)（Astrobiology）的核心問(wèn)題包括：尋找火星水的證據(jù)，探索火星環(huán)境的宜居性，探尋火星的生命信號(hào)，以及為人類(lèi)登陸火星做準(zhǔn)備等。

火星上保存著大量與河流、湖泊、盆地甚至海洋相關(guān)的古老地貌（例如湖相沉積物、河流沖刷形成的礫巖、沖積扇和三角洲，古海岸線(xiàn)等，圖4），同時(shí)存在多種含水礦物，據(jù)此可以推斷早期（約40億年前）火星表面存在長(zhǎng)期流動(dòng)的液態(tài)水。盡管如此，人們對(duì)早期火星水文氣候的短期間歇性卻知之甚少。近日，《自然》（《Nature》）雜志報(bào)道的一項(xiàng)研究成果，為早期火星的水文氣候能夠促進(jìn)前生命（Prebiotic）化學(xué)演化提供了新的證據(jù)。

圖4 火星古老地貌和含水礦物指示其早期存在長(zhǎng)期流動(dòng)的液態(tài)水丨圖源：NASA

好奇號(hào)火星車(chē)在對(duì)蓋爾隕石坑數(shù)百米的沉積地層進(jìn)行探測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在基底含硫酸鹽的地層單元中普遍存在以“Y”形相交的厘米級(jí)六邊形圖案（圖5）。這些六邊形在垂直方向上深達(dá)1分米以上，在水平面上顯示出約1厘米的起伏，平均直徑約為4厘米。作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，這種120°的“Y”形接觸角只能通過(guò)新鮮泥漿的反復(fù)濕潤(rùn)-干燥的循環(huán)形成。與此不同的是，單次干燥形成的泥裂結(jié)構(gòu)的接觸角接近“T”形（圖6）。根據(jù)沉積速率推算，這些反復(fù)的濕潤(rùn)-干燥的循環(huán)可能持續(xù)了數(shù)千年至數(shù)百萬(wàn)年。

圖5 蓋爾隕石坑的六邊形泥裂結(jié)構(gòu)丨圖源：NASA

圖6 蓋爾隕石坑紅色泥巖層的“T”形泥裂結(jié)構(gòu)[3]

這一發(fā)現(xiàn)的天體生物學(xué)意義在于干濕循環(huán)的環(huán)境是支持前生命化學(xué)演化必不可少的條件。由于干燥，水的活度降低，殘留液體中可溶性組分的濃度增加，從而提高了化學(xué)反應(yīng)速率。例如，由核糖和磷酸鹽形成核苷酸的反應(yīng)會(huì)生成水，因此在低水活度時(shí)更易發(fā)生。

更重要的是，從核苷酸到RNA或DNA，從氨基酸到蛋白質(zhì)的聚合反應(yīng)必須經(jīng)過(guò)脫水步驟，而干濕循環(huán)可以促進(jìn)脫水。此外，蓋爾隕石坑附近的粘土礦物（蒙脫石）可以通過(guò)離子交換緊密地吸附核苷酸，進(jìn)而促進(jìn)有機(jī)物的濃縮和聚合。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，達(dá)爾文所謂的“溫暖的小池塘”可以促進(jìn)大分子的聚合反應(yīng)，而持續(xù)的干濕循環(huán)則能夠促進(jìn)化學(xué)演化的量變到生命起源的質(zhì)變！更為重要的是，這樣的過(guò)程不僅在蓋爾隕石坑，在火星上其它地方也很有可能大面積地發(fā)生。

火星神秘六邊形為我們揭示了38-36億年前的火星諾亞紀(jì)-西方紀(jì)過(guò)渡期可能具有與現(xiàn)代地球相似的氣候和行星表面環(huán)境，是前生命化學(xué)演化和生命起源的絕佳時(shí)機(jī)。這一發(fā)現(xiàn)為人類(lèi)在火星上尋找可能的生命跡象提供了新的支持！

放眼全球，火星探測(cè)和火星研究高潮迭起。隨著獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)越來(lái)越多、越來(lái)越好，期待在不久的將來(lái)，人類(lèi)能夠徹底解開(kāi)火星生命的謎團(tuán)！

參考文獻(xiàn)：
1.McKay D.S. et al. Science 273, 924-930 (1996).
2.Rapin W. et al. Nature 620, 299-302 (2023).
3.Stein, N. et al. Geology 46, 515-518 (2018).

作者：

王 英 （中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)天體化學(xué)與行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室副研究員）

趙炳旭（中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)天體化學(xué)與行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生）