Nature Geoscience：

火星上可能有足够的氧气维持生命（附原文）

诸平

火星(Mars)是太阳系八大行星之一,是太阳系由内往外数的第四颗行星。属于类地行星，直径约为地球的53%，体积为地球的15%，质量为地球的11%。自转轴倾角、自转周期均与地球相近，公转一周约为地球公转时间的两倍(公转周期为687天)。距离地球的距离，近距离约为5500万km，最远距离则超过4亿km。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万km，而在2018年两者之间的距离将达到5760万km。但在2003年8月27日火星与地球的距离仅为约5576万km，这是6万年来最近的一次。不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万km。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万km。一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。就其表面积而言，火星的表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星(地球、金星、水星)还要小很多（火星平均密度为3.94 g/cm3）。 以半径、质量、表面重力来说，火星约介于地球和月球中间：火星直径（6794 km）约为月球的两倍、地球的一半；质量约为月球九倍、地球的1/9；表面重力约为月球的2.5倍、是地球表面重力的2/5。火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。火星和地球一样拥有多样的地形，有高山、平原和峡谷，火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布。对于火星大气的研究结果表明，火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下55℃，H₂O和CO₂易冻结。在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的CO₂都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使CO₂再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的那层薄薄的大气主要是由遗留下的CO₂(95.3%)加上N₂(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的O₂(0.15%)和水汽(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7 mbar(比地球上的1%还小)，但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9 mbar，而在奥林帕斯山脉的顶端却只有1 mbar。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5 ℃的温度，比人类所知道的金星和地球的温室效应少得多。

火星的两极永久地被固态CO₂(干冰)覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的CO₂层轮流叠加而成。在北部的夏天，CO₂完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的CO₂从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右(由海盗号测量出)。但是通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干。关于火星介绍的更多信息可以浏览https://baike.so.com/doc/3111595-3279588.html

据2018年10月22日物理学家组织网（Phys.org）报道，《自然地球科学》（Nature Geoscience）杂志网站10月22日发表了美国加州理工学院（California Institute of Technology）和哈佛大学（Harvard University）研究人员的合作研究成果，表明火星上有维系生命的足够氧气——Vlada Stamenković, Lewis M. Ward, Michael Mischna, Woodward W. Fischer. O₂ solubility in Martian near-surface environments and implications for aerobic life, Nature Geoscience (2018). DOI: 10.1038/s41561-018-0243-0

O2 solubility in Martian near-surface environments and implications for aerobic life.pdf

研究人员报道称，火星表面下存在的盐水可能持有足够的氧气，来支持地球上在数十亿年前出现的微生物繁殖，在一些地方可用的氧气数量，甚至可以维持原始的多细胞动物如海绵（sponge）等。此论文的第一作者、来自美国加州理工学院喷气推进实验室的理论物理学家Vlada Stamenković说：“我们在火星上发现的卤水（含有足够高浓度的盐），可以包含足够的氧气供微生物呼吸所需。”他告诉法新社记者，这使得我们今天对火星上存在生命可能性的理解，与昔日截然不同。因为，迄今为止，都是假定火星上微量的氧气不足以维持生命甚至微生物的生存。Vlada Stamenković说：“我们从没想过,氧气可以在火星生命中扮演一个重要角色，是因为火星大气中的氧气极其罕见,仅仅约为0.14%。”相比之下,在地球上维系生命、供我们呼吸的空气中氧气的含量达21%左右。当然这与地球上植物的光合作用有关,它能将CO₂转化为氧气。但是在地球上也有在缺氧的环境中生存的微生物,如大海的底部、沸腾温泉等。Vlada Stamenković在思考，为什么从来没有想到火星上有生命存在，我们有必要研究厌氧生命的可能性。

Vlada Stamenković等人的新研究，始于美国宇航局的好奇号火星探测器（NASA's Curiosity Mars rover）的发现，锰氧化物类化合物能产生大量的氧气。而在火星上不仅发现有锰矿物质的存在，也发现有卤水矿床的存在,这些物质为产生氧气提供了条件。高盐含量允许水保持液体，氧气溶解的必要条件就是在低温条件下,营造一个适宜微生物有生长的环境。

根据地区、季节和一天的时间,火星的温度可以在-195 ℃和20 ℃之间改变。研究人员设计的第一模型是来考察在温度低于冰点时，氧气在盐水中溶解情况。第二个模型则是估计火星上过去2000万年的气候变化,在接下来的1000万年的气候变化。

综上所述,计算显示在火星上的哪些地区最可能产生基于卤水的氧气,此数据可以帮助确定未来探测器的位置。“火星上的氧气浓度的数量级要比微生物呼吸是需要的氧气浓度大数百倍”,这就是此项研究得出的结论。不过，Vlada Stamenković警告说：“我们的研究结果并不意味着在火星上有生命存在,但是溶解氧的潜力会影响火星的适居性。”更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道:

What on Earth could live in a salt water lake on Mars? An expert explains

Abstract

Due to the scarcity of O2 in the modern Martian atmosphere, Mars has been assumed to be incapable of producing environments with sufficiently large concentrations of O2 to support aerobic respiration. Here, we present a thermodynamic framework for the solubility of O2 in brines under Martian near-surface conditions. We find that modern Mars can support liquid environments with dissolved O2 values ranging from ~2.5 × 10−6 mol m−3 to 2 mol m−3 across the planet, with particularly high concentrations in polar regions because of lower temperatures at higher latitudes promoting O2 entry into brines. General circulation model simulations show that O2 concentrations in near-surface environments vary both spatially and with time—the latter associated with secular changes in obliquity, or axial tilt. Even at the limits of the uncertainties, our findings suggest that there can be near-surface environments on Mars with sufficient O2 available for aerobic microbes to breathe. Our findings may help to explain the formation of highly oxidized phases in Martian rocks observed with Mars rovers, and imply that opportunities for aerobic life may exist on modern Mars and on other planetary bodies with sources of O2independent of photosynthesis.