“天问一号”如果遇到火星人,它可能长这样

皇冠 报导:

本文来自于微信公众号:把科学带回家(steamforkids),作者:沈梦溪,头图来自:《火星救援》

中国火星探测器想象图  图/新华社

今年算是一个火星探测的高潮年份,7月20日,阿联酋的火星探测器“希望”号成功发射,中国的火星探测器“天问一号”也顺利升空,稍晚一些的7月30日,美国也有一个火星探测器将会发射升空。

紧随着这些火星探测器上天的可能是我们的好奇心:火星上到底有没有生命?

在这里,我的回答是:我完全不会为火星出现生命而惊奇,甚至觉得火星生命的出现是大概率事件。

一、地球上生命的起源

在讲火星上的生命之前,我们有必要回顾一下地球生命的诞生条件和诞生过程。根据目前的主流科学理论,地球形成于大约45.5亿年前,那时候太阳也刚刚从一团星云中诞生,星云中99%的物质汇聚到星云中央形成了太阳,而其余的星云物质则在围绕太阳运动的过程中逐渐形成太阳系中的各大行星[1]

现代理论中,太阳系形成于一团星云  图/网络

刚刚形成的地球是炽热的岩浆球,随后地球快速冷却,在冷却的过程中,岩浆中发生化学反应,释放出了多种气体,其中就包括了大量的水蒸气。在地表的岩浆固结形成岩石后,这些水蒸气就以降雨的形式降落到地表低洼处,这就是最早的海洋。

早期海洋想象图  图/EGU Blog

关于最早的海洋出现在什么时候,科学家们还没有定论,有些证据表明海洋可能在44亿年前就有了,不过因为在大约40亿~39亿年前,太阳系内经历过一次被称为晚期重轰炸事件,在这次重轰炸中,无数的小行星撞击到了地球上,我们如今见到的月球、火星等星球表面都是密密麻麻的陨石坑,有很大一部分就归结于此。晚期重轰炸事件将远古海洋和可能存在的远古生命的证据都磨灭殆尽,我们现在已经难以研究了[2]

重轰炸事件中的地球  图/NASA

月球表面的陨石坑,大部分来自于重轰炸事件  图/Britannica

水星表面的陨石坑  图/NASA

经历过晚期重轰炸事件后,大约39亿年前,地球上很快又覆盖了大片的海洋。不过这片海洋中的海水与如今的海水有很大的区别。首先是矿物质,远古的海洋中矿物质浓度比现在要高很多,可能近乎于卤水一般,由此也造成海水偏碱性,其PH值可能在9~11之间;其次是温度,有科学家估计,部分海水的温度可能在50℃~70℃之间[3]

原始海洋想象图  图/NASA

在这片海洋的海底,有些地方因为靠近海底火山,因此常年喷出大量含有矿物质的水,这些水往往呈现白色或者是黑色,因此被人称为海底黑/白烟囱。这些海底烟囱我们至今在大洋的洋底依旧可以看见。

现代海底黑烟囱  图/Research Gate

在这些地方,来自火山的各种无机物逐渐产生各种复杂的有机物,最终形成了生命。我们在初高中都会学到一个实验,在各大自然博物馆也总能见到这个实验:米勒实验。实验的内容就是,在玻璃容器中加入水、二氧化碳、氨气、二氧化硫等气体,一边加热水,一边给这些气体通电,最终在容器中发现了氨基酸。现在更多的实验发现通过无机物可以合成多种多样的小分子有机物,其中包括各种氨基酸、糖类、脂类,以及核苷酸——核苷酸是构成遗传物质的基础。这些实验无疑支持了生命的化学进化论——生命是由无机物通过化学反应形成的

米勒实验示意图  图/网络

当然,关于生命的诞生过程,还有许多其他的理论,但是目前最为主流的就是化学进化论,因为无论是目前观察到的证据还是实验的结果都支持了这个理论。

抛去对于生命诞生理论的争议,仅从我们观察到的证据来看,在38亿年前地球上就已经出现了疑似生命活动的证据;而直接观察到的生命活动痕迹形成于35亿年前。这些痕迹被称为叠层石,是微生物聚集在一起生长,微生物死亡以后,残留下来的矿物质胶结而成。

远古生命想象图,蘑菇状的就是细菌聚集生长形成的叠层石,注意背后的海底黑烟囱  图/tim.sapo

叠层石切片,年龄有35亿年了  图/wikimedia

澳大利亚鲨鱼湾,现代生活的叠层石  图/Sharkbay4wd.com

二、火星上生命形成的条件

在化学进化论的理论下,总结一下地球生命形成的过程的话就是:液态水、海底火山活动、时间。

而这些条件火星完全具备。火星与地球几乎同时形成,远古的火星也存在大量水流动,这些水流的痕迹遗留到了现在,我们在前一篇火星文章中也讲到了火星上的水存在的证据(没做好保湿,火星的样貌,比地球老了30多亿岁)

火星上外流河河道[4]

而火星上的火山在远古也及其活跃,火星上的奥林匹斯山就是一座巨大的火山,它的高度达到了21.9公里,这差不多是珠穆朗玛峰的2.5倍,它目前是太阳系内已知的最高的山峰。

火星上最大的火山:奥林匹斯山  图/NASA

要是从时间上看,如果不考虑晚期重轰炸事件,那么地球上从45.5亿~35亿年,在这10亿年间生命就演化出来了;要是考虑晚期重轰炸事件,那么地球上从39亿~35亿年,短短4亿年间,生命就演化出来了。

火星上的地表水活动一直到35亿年左右,地下水活动则持续到25亿年左右[4]。也就是说,在火星上环境适宜的时间,完全足够生命从无到有的演化出来。

火星上地表水和地下水活动的事件[4]

所以,综上,从硬件条件来看,火星上完全有可能演化出生命来

三、火星有可能出现智慧生命么?

很多科幻电影中会说原本火星上是有智慧生命的,但是后来因为火星气候变化不得不转移到了地球上。现在还有些人通过NASA发布的火星地貌图片,费尽心思去寻找疑似火星人的地貌,搞出各种吸引眼球的大新闻。

外星人爱好者在火星上寻找到的疑似“火星人” 

当然,这种说法在现代的科学理论中是完全站不住脚的。首先,地球上的生命演化历程是很清晰的,从大约35亿年前出现生命活动痕迹,随后一直缓慢演变,一直到大约6亿年前,出现了肉眼可见的多细胞生物。

6亿年前的多细胞生物化石  图/wikipedia

埃迪卡拉纪生物复原  图/wikipedia

到了大约5.3亿年前就是大家所熟知的寒武纪生命大爆发了,这一期间出现了大部分现在生物的祖先,其中就有人类的远祖——鱼型动物。

最早的鱼形动物之一——昆明鱼  图/wikipedia

昆明鱼复原想象图  图/见水印

到了大约4亿年前,动植物大规模登陆,一部分鱼类演化成两栖动物;大约3亿年前,两栖动物演化成爬行动物。

爬行动物化石及其复原图  图/Britannica

大约2亿年前,一部分爬行动物演化成恐龙,另一部分则演化成原始的哺乳动物;到了6500万年前,恐龙灭绝,哺乳类繁盛起来,一直又到了400万年前,人类的祖先才出现,而我们则属于智人种,20万年前才出现。

400万年前,始祖地猿化石及其复原图  图/Wired

可以说,地球上生命演化的每一步都有确实的化石证据来证明,要是真的有火星人,它们都能星球间航行了,为什么不直接在地球上殖民呢?反倒让地球生命从头开始演化?这完全没道理的。

其次,更不用说我们目前对火星的观测,完全没有发现任何智慧生命遗留下来的遗迹,都能星际航行了,建个摩天大楼就这么难吗?为什么我们只能在火星上见到光秃秃的陨石坑,而且这些陨石坑从大约39亿年前开始,就没怎么改变过了。

火星上的陨石坑,大部分陨石坑从39亿年前就是这样了  图/ESA

火星上陨石坑边缘,完全是原始且荒芜的模样  图/NASA

所以,我们现在其实可以下一个定论:火星人并不存在。

四、火星上如果有生命,它们会是什么样子?

如果火星有生命,这些生命可能长什么样子呢?

我们又必须对比一下地球上生命演化的历程了。火星上有大规模地表水的时代是从41亿~35亿年之间,其中火星上的地下水可能会继续活动到了约25亿年前左右。

地球在这一时期的生命,主要是一些原核单细胞细菌,这些细菌的生存并不需要阳光、氧气以及舒适的水体,它们可以在无氧、黑暗、高温、寒冷、干旱、高盐度等极端条件下存活,它们可能长这样:

嗜热菌,它们最高可以在80℃以上的温度中生活,且有些种类的可以耐受PH=3的酸性环境  图/Science Photo Library

嗜盐菌,可以耐受极高的盐度  图/SpringLink

南极冰下湖寒冷黑暗环境中生活的微生物,它们生活的环境见下图↓  图/Science

上图中的微生物生活在南极沃斯托克湖中,这个湖位于4Km厚的冰层之下  图/National Science Foundation

正因为我们在地球上各种极端条件下都发现过这些微生物,所以从我个人来看,如果火星上独立演化出来了生命,它们大概还能够在火星的南北极,或者是有地下热液存在的地方存活到现在的

参考文献:

[1]林杨挺,欧阳自远.太阳系形成及演化研究方法[J].地学前缘,1998(01):62-72.

[2]李三忠,许立青,张臻,孙文军,戴黎明,郭玲莉,曹花花,张国伟.前寒武纪地球动力学(Ⅱ):早期地球[J].地学前缘,2015,22(06):10-26.

[3]史晓颖,李一良,曹长群,汤冬杰,史青.生命起源、早期演化阶段与海洋环境演变[J].地学前缘,2016,23(06):128-139.

[4]赵健楠. 火星南部古湖泊的地质特征及其对古气候环境的指示意义[D].中国地质大学,2017.

本文来自于微信公众号:把科学带回家(steamforkids),作者:沈梦溪

皇冠 我们下期再见。

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