火星神秘六邊形，真相竟是這樣？！

相信大家都曾見過地球上干涸的湖底、河床、旱季龜裂的大地，但你一定沒有想到類似的景象會出現(xiàn)在其他星球上吧？近日，科學家從好奇號火星車獲取的圖像數(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)則的六邊形泥裂結構，與地球上河床干裂形成的多邊形結構非常相似?；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，火星是太陽系內(nèi)與地球最相似的行星，也是未來人類最有可能實現(xiàn)星際移民的“第二家園”。從古至今，人類對這顆紅色的星球充滿了無限好奇與想象。無論是中國古代神話中的火神祝融，還是古希臘神話中盜取火種的普羅米修斯，都是古人對火星崇拜的體現(xiàn)。以1962年11月1日前蘇聯(lián)成功發(fā)射火星1號探測器作為開端，人類的火星探測歷程已跨越一個甲子。各種火星探測器采集的科學數(shù)據(jù)，以及隕石樣品的實驗室研究正為我們一步步揭開這顆紅色星球的神秘面紗。

在與火星相關的科學問題中，“火星上是否存在生命”無疑是最受矚目的一個。1975年發(fā)射的美國海盜號（Viking）探測器的科學目標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)任何高級生命的痕跡。1996年《科學》（《Science》）雜志發(fā)表的一篇論文聲稱在隕石中觀察到的微小碳酸鹽結構可能是古老火星微生物的化石遺跡（圖2）。雖然這一觀點后來被證偽，但其巨大的新聞效應不僅挽救了美國宇航局當年即將被削減的預算，更是激發(fā)了全世界對探尋地外生命的熱情，以至于包括一些科學家在內(nèi)的“火星迷”們開始捕風捉影，不放過任何可能證明火星上存在生命的蛛絲馬跡。一個典型的例子是，美國勇氣號火星車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）納米級球狀碳酸鹽結構；（E）磁鐵礦納米晶體；（F）稠環(huán)芳烴有機物菲。丨圖源：https://www.cambridge.org/core/blog

圖3 假想火星人丨圖源：網(wǎng)絡

時至今日，科學家公認的火星天體生物學（Astrobiology）的核心問題包括：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，以及為人類登陸火星做準備等。

火星上保存著大量與河流、湖泊、盆地甚至海洋相關的古老地貌（例如湖相沉積物、河流沖刷形成的礫巖、沖積扇和三角洲，古海岸線等，圖4），同時存在多種含水礦物，據(jù)此可以推斷早期（約40億年前）火星表面存在長期流動的液態(tài)水。盡管如此，人們對早期火星水文氣候的短期間歇性卻知之甚少。近日，《自然》（《Nature》）雜志報道的一項研究成果，為早期火星的水文氣候能夠促進前生命（Prebiotic）化學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期流動的液態(tài)水丨圖源：NASA

好奇號火星車在對蓋爾隕石坑數(shù)百米的沉積地層進行探測時發(fā)現(xiàn)，在基底含硫酸鹽的地層單元中普遍存在以“Y”形相交的厘米級六邊形圖案（圖5）。這些六邊形在垂直方向上深達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。作者通過實驗證明，這種120°的“Y”形接觸角只能通過新鮮泥漿的反復濕潤-干燥的循環(huán)形成。與此不同的是，單次干燥形成的泥裂結構的接觸角接近“T”形（圖6）。根據(jù)沉積速率推算，這些反復的濕潤-干燥的循環(huán)可能持續(xù)了數(shù)千年至數(shù)百萬年。

圖5 蓋爾隕石坑的六邊形泥裂結構丨圖源：NASA

圖6 蓋爾隕石坑紅色泥巖層的“T”形泥裂結構[3]

這一發(fā)現(xiàn)的天體生物學意義在于干濕循環(huán)的環(huán)境是支持前生命化學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，從而提高了化學反應速率。例如，由核糖和磷酸鹽形成核苷酸的反應會生成水，因此在低水活度時更易發(fā)生。

更重要的是，從核苷酸到RNA或DNA，從氨基酸到蛋白質的聚合反應必須經(jīng)過脫水步驟，而干濕循環(huán)可以促進脫水。此外，蓋爾隕石坑附近的粘土礦物（蒙脫石）可以通過離子交換緊密地吸附核苷酸，進而促進有機物的濃縮和聚合。在適當?shù)沫h(huán)境下，達爾文所謂的“溫暖的小池塘”可以促進大分子的聚合反應，而持續(xù)的干濕循環(huán)則能夠促進化學演化的量變到生命起源的質變！更為重要的是，這樣的過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-西方紀過渡期可能具有與現(xiàn)代地球相似的氣候和行星表面環(huán)境，是前生命化學演化和生命起源的絕佳時機。這一發(fā)現(xiàn)為人類在火星上尋找可能的生命跡象提供了新的支持！

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

參考文獻：
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 （中國科學院紫金山天文臺天體化學與行星科學實驗室副研究員）

趙炳旭（中國科學院紫金山天文臺天體化學與行星科學實驗室碩士研究生）