利用先進的技術，科學家們在大約1500萬年前從火星表面噴射出的隕石中發(fā)現了含氮的有機化合物，證明了早期生命的證據可以在今天被保存和檢測到。
如圖1所示。一塊叫ALH84001的火星巖石碎片(左)。放大的區(qū)域(右)顯示了宿主直紋巖上的橙色碳酸鹽顆粒。資料來源:小池百合子等人(2020年)《自然通訊》。
日本東京理工學院地球生命科學研究所(ELSI)的研究科學家小林惠子和日本宇宙航空研究機構太空與航天科學研究所的研究科學家小池瑞穗組成的研究小組，在火星隕石的碳酸鹽礦物中發(fā)現了含氮的有機化合物質。自火星的諾亞紀時代以來，這種有機物質很可能已經保存了40億年。由于碳酸鹽礦物通常會從地下水中沉淀出來，這一發(fā)現表明，早期的火星是濕潤的、富含有機物的，可能適合居住，有利于生命的開始。
幾十年來，科學家們一直試圖了解火星上是否有有機化合物，如果有，它們的來源是什么。盡管火星探測器的最近研究發(fā)現了火星有機物存在的有力證據，但對于它們的來源、年齡、分布和保存的范圍，以及它們與生化活動可能存在的關系，我們知之甚少。火星隕石是火星表面的碎片，它們被流星撞擊而進入太空，并最終落在地球上。這些火星隕石為了解火星歷史提供了重要的線索。其中一顆特別重要的隕石名叫Allan Hills (ALH) 84001，1984年發(fā)現于南極的Allan Hills，因此命名為ALH84001。
它含有橙色的碳酸鹽礦物，是從40億年前火星近地表的含鹽液態(tài)水中沉淀出來的。這些礦物記錄了火星早期的水環(huán)境，許多研究試圖了解它們獨特的化學成分，以及它們是否為火星上可能的古代生命提供證據。但是，由于受到南極冰雪造成的地球物質污染，很難說隕石中有多少有機物是真正來自火星。除了碳之外，氮(N)是地球生命的基本元素，也是行星系統(tǒng)演化的有用示蹤劑。然而，由于之前的技術限制，在ALH84001中的氮還沒有被測量。
這個由ELSI-JAXA（東京地球生命科學研究所-日本宇宙航空研究開發(fā)機構）聯合小組帶領的新發(fā)現使用了最先進技術的分析技術去研究ALH84001（火星隕石阿蘭山84001）碳酸鹽的氮含量，并且該小組現在確信他們已經發(fā)現了證明40億年前火星有機物中含氮的第一個可靠的證據。
陸地污染是外星物質研究面臨的一個嚴肅問題。為了避免這種污染，該小組研發(fā)了新的技術來準備樣品。比如，他們在ELSI（東京地球生命科學研究所）干凈的實驗室里，用銀膠帶從宿主隕石上提取出大約有一根頭發(fā)的寬度的極微小的碳酸鹽顆粒。然后，研究小組在JAXA（日本宇宙航空研究開發(fā)機構）使用掃描電子顯微鏡聚焦離子束儀器進一步處理這些顆粒，盡可能去除的表面污染物。他們還使用了一種叫做氮K-邊緣 x射線吸收邊近結構（-xanes）光譜學的技術，這種技術使他們能夠檢測出極少量的氮，并確定氮的化學形式。附近火成礦物的對照樣本沒有檢測到氮，表明有機分子只存在于碳酸鹽中。
經過仔細的污染檢查，研究小組確定檢測到的有機物，很可能是真正的火星人。他們還確定了硝酸鹽形式的氮的貢獻，硝酸鹽是目前火星上的強氧化劑之一，其貢獻微不足道，這表明早期的火星可能沒有強氧化劑，正如科學家所懷疑的，它比現在的氧化程度要低。
火星現在的表面對大多數有機物來說太過嚴酷，無法生存。 然而，科學家預測有機化合物可以在近地表環(huán)境中保存數十億年。這似乎是研究小組在 ALH84001碳酸鹽中發(fā)現的含氮有機化合物的情況，這些化合物似乎在40億年前被困在礦物中，在最終被送到地球之前保存了很長時間。
研究小組贊同有許多重要的開放性問題，比如這些含氮有機物是從哪里來的？Kobayashi 解釋說，有兩種可能：要么來自火星之外，要么是在火星上形成的。在太陽系歷史的早期，火星可能被大量的有機物覆蓋，例如來自富含碳的隕石，彗星和塵埃顆粒。
科學家們在火星隕石中發(fā)現了40億年前的含氮有機分子。這些分子，有一部分溶于了濃鹽水中，另一部分則被鎖在了碳酸鹽里。研究小組負責人Koike就這項發(fā)現補充說明，或許早期火星上有產生含氮有機物的實時化學反應。不管怎樣，含氮有機分子的發(fā)現表明，在火星變成我們已知的紅色星球前，早期的火星或許更像“地球”，有少量的氧氣，更加的潮濕，富含有機物。更或者它過去可能是藍色的。
圖2.
（左）從ALH 84001（火星隕石）在超導膜上提取的碳酸鹽。（右）氮元素X射線吸收精細結構光譜。藍條表示的是含氮有機物吸收的能量。
Koike 2020發(fā)布于《Nature Communication》雜志
圖3.
火星早期(40億年前)和現在的圖示。很久以前的含氮有機物在碳酸鹽中被封存了很長時間。
Koike 2020發(fā)布于《Nature Communication》雜志
相關知識
火星是距離太陽第四遠的行星，也是太陽系中僅次于水星的第二小行星。在英語中，火星這個名字是取自羅馬戰(zhàn)神，也通常被稱為“紅色星球”。被稱為紅色星球是因為受普遍存在于火星表面的氧化鐵的影響，使火星呈現出肉眼可見的天體所特有的紅色外觀。火星是一顆有著稀薄大氣層的類地球行星，表面特征會讓人聯想到月球表面的月球坑，以及地球的山谷、沙漠和極地冰蓋。
由于旋轉周期以及旋轉軸相對于黃道平面的傾斜和地球非常相似，所以在火星上，時間的流逝，白天黑夜和季節(jié)都和地球很像。火星是奧林帕斯山和水手號谷的所在地，奧林匹帕山是太陽系中最大的火山，也是太陽系行星上存在的最高山峰。水手號谷是太陽系中最大的峽谷之一。北半球平滑的北極盆覆蓋了整個星球面積的40%，這個盆地也可能是一個巨大的撞擊坑。火星有兩顆衛(wèi)星，火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，它們很小，形狀也不規(guī)則。它們可能是被捕獲的小行星，類似于5261 Eureka(小行星)，火星特洛伊小行星
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XANES（X-ray absorption near edge structure）是一種X射線吸收近邊結構（XANES）又稱近邊X射線吸收精細結構（NEXAFS），是吸收光譜的一種射線結構。
奧林帕斯山（OlympusMons）是太陽系最高的火山，它位于火星上。奧林帕斯山火山口深約3公里，頂峰高26公里，平均高度22公里，是地球上珠穆朗瑪峰的三倍。它的外形如同一個巨大的盾牌，奧林帕斯山底部的面積比英國還大，頂上的火山口能容納兩個倫敦還綽綽有余。奧林帕斯山總是位于活火山區(qū)，而且數百萬年來它一直在增大。
奧林帕斯山
奧林帕斯山是一座由于大量噴發(fā)和熔巖層疊堆積而形成的巨型火山，火星上的低引力和非常微弱的地表地質構造活動促使了這座巨大火山的形成，火山周邊幾乎都圍繞有4千米長的懸崖峭壁，火星上的火山活動大約在200萬年前停止，但是科學家不排除奧林匹斯火山將來會有重新“覺醒”的可能性。
水手號谷（Valles Marineris），或稱為水手號峽谷、水手峽谷或水手谷，命名來自水手9號，是火星最大的峽谷，也是太陽系最大最長的峽谷。它是在1972年由水手九號宇宙飛行器發(fā)現的，其長度與紐約到洛杉磯的距離相當。太陽系最大的峽谷將火星的臉畫出一道寬大的割痕，名為水手峽谷的雄偉山谷前后延展了超過4500公里，最寬處超過600公里寬，而往下約刨了8公里深。手號谷東西范圍為東經267.3度至東經331.1度，即西臨諾克提斯迷宮、往東進入大片混沌地形；南北范圍則是南緯2.96度至南緯19.09度。
北極盆地（英語：North Polar Basin或Borealis basin）是位于火星北半球的一個巨大盆地，面積占了火星表面積40%。海盜1號的登陸地點克里斯平原被認為曾是向北極盆地開口的海灣。
作者：.elsi
FY：Astronomical volunteer team
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