科学家设计了新的分析工具来解开火星大气层的神秘历史，以及那里是否曾经有生命存在。其研究已发表在《科学进展》期刊上。可以帮助天体生物学家了解火星上古代水的碱度、pH和氮含量，进而了解火星古代大气的二氧化碳组成。今天的火星太冷了，火星表面没有液态水，但水是我们所知孕育生命的必要条件。
加州大学河滨分校杰出的生物地球化学教授蒂姆·莱昂斯(Tim Lyons)说：驱动我们兴趣的问题不是今天火星上是否有生命，取而代之的是，我们会问数十亿年前火星上是否有生命，这似乎更有可能。然而，有确凿的证据表明，火星在大约40亿年前有液态水海洋。天体生物学家问的中心问题是：这是如何可能的？火星这颗红色行星比地球离太阳更远，数十亿年前太阳产生的热量比今天少。
加州大学河滨分校研究生克里斯·蒂诺与苏格兰圣安德鲁斯大学讲师伊娃·斯特肯共同撰写了这篇论文。蒂诺表示：要让火星变得足够温暖，可以容纳液态地表水，火星大气层需要大量的温室气体，特别是二氧化碳。由于对数十亿年前的火星大气进行采样，以了解其二氧化碳含量是不可能的，研究小组得出结论：
地球上一个地质和化学成分与火星表面相似的地点，可能提供了一些缺失的碎片，研究人员在德国南部的诺林格里斯陨石坑发现了它。诺林格里斯陨石坑大约在1500万年前被陨石击中后形成，其特点是一层层的岩石和矿物质保存得比地球上几乎任何地方都要好。火星2020号火星车将降落在一个结构相似、保存完好的古代陨石坑，这两个地方在遥远的过去都有液态水，这使得它们的化学成分具有可比性。
古代火星不太可能有足够的氧气来容纳和支持像人类或动物这样的复杂生命形式。然而，如果古代火星的水既有中性pH水平，又是高度碱性的，一些微生物（如果有的话）可能已经存活了下来。这些条件意味着大气中有足够的二氧化碳，可能是今天地球周围二氧化碳的几千倍，从而使火星变暖，并使液态水成为可能。pH衡量的是溶液中氢离子的浓度，而碱度则取决于几个离子及其如何相互作用来稳定pH。
陨石坑岩石样本的氮同位素比率可以用高pH值解释得最好，更重要的是，古代沉积物中的矿物质告诉我们，碱度也很高。然而，具有高碱度矿物指示剂和相对较低pH的氮同位素数据表明，火星样品在过去的大气中需要极高水平的二氧化碳由此得出的二氧化碳估计，可能有助于解开一个长期存在的谜团，即一颗远离早期微弱太阳的古老火星是如何足够温暖的，足以容纳表层海洋，或许还有生命。
如何维持如此高的水平，以及在这些水平之下可能生活着什么，仍然是重要的问题。在这项研究之前，还不清楚像氮同位素这样简单的东西是否可以用来估计火星上古老水域的pH值；pH值是计算大气中二氧化碳的一个关键参数。当NASA火星2020号火星探测车任务的样本被带回地球时，可以分析它们的氮同位素比率。这些数据可以证实研究小组的研究，即很久以前，非常高水平的二氧化碳使液态水成为可能，甚至可能是某种形式的微生物生命。
博科园｜研究/来自：加州大学河滨分校
参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.aay3440
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