欧阳自远

　　 欧阳自远，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，国际宇航科学院院士，著名的天体化学与地球化学家，中国月球探测工程首席科学家，被誉为“嫦娥之父”。他系统地开展各类地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究，是我国天体化学领域的开创者，获全国科学大会奖、国家自然科学奖、中国科学院自然科学奖、工信部科技进步特等奖和国家科技进步特等奖等多个奖项。
　　 2014年11月，为弘扬欧阳自远的学术贡献和科学精神，一颗由国家天文台施密特C C D小行星项目组于1996年发现并获得国际永久编号第8919号小行星，经国际天文学联合会小天体命名委员会批准，正式命名为“欧阳自远星”。     
 
　　 寻找地外生命是人类开展深空科学探测的出发点之一。地外生命探测将为生命起源的难题打开新的突破口，极大丰富对生命的基本认识，也将对地球生命的起源与太阳系早期演化等重大科学问题提供新的科学论据。
　　 行星系统的“宜居带”理论为我们探寻地外生命提供了新的启示。根据行星与中心恒星的距离（横坐标）和中心恒星的质量大小（纵坐标），在理论上可以估算出任何一个行星系统的生命宜居范围。太阳系的行星系统唯有地球位于太阳系的“宜居带”内，火星最接近太阳系的“宜居带”。因此，除了地球，火星是太阳系中最可能存在生命的行星，火星上是否存在或曾经存在过生命一直是科学界的热门话题。
　　 火星是太阳系由内往外数的第4颗行星，是地球的近邻，直径约为地球的1/2。火星绕日公转一周的时间为687天，接近地球的两年。火星自转轴的倾角25.2o,也和地球自转轴的倾角（23.5o）相近，火星在一年中也有春夏秋冬的季节变化。火星自转一周的时间是24小时37分，比地球一昼夜的时间略长。火星是太阳系中与地球最为相似的行星。

火星生命活动信息的探测

　　 1887年意大利天文学家斯基帕雷利首先用望远镜观察到火星上的沟渠系统（后误译为火星“运河”）以来，对火星存在生命、甚至“火星人”的猜测席卷全球。火星纵横交错的“运河”系统，表明火星上建立了发达的农业体系，相继各种“火星人”的科幻作品风靡一时。
　　 对火星的探测始于1960年10月10日苏联发射“火星1960A”号火星掠飞探测器，50多年来，人类共开展了45次火星探测活动。1975年8月20日和9月9日，美国发射了海盗1号和海盗2号软着陆火星的探测器，海盗号是第一个成功着陆火星并对火星样品开展生命检测的探测器。基于对地球生命新陈代谢活动的认识而设计的气体交换实验、碳-14同位素示踪和碳同化实验等三项生物实验来检测火星是否存在生命。海盗号着陆器生物实验是人类首次也是唯一一次在地外天体上开展生命探测实验。三项生物实验均未获得火星存在生命的确凿证据。

火星适宜生命繁衍的环境探测

　　 海盗号生物实验的结果凸显了我们对地球与地外生命的认识还不够透彻，特别是还缺少对火星环境特征的基本认识。地球上生命存在的关键因素是液态水，水是生命之源与生存之本。因此，之后有关火星生命的探测开始针对火星上的液态水和火星表面的生态环境，分析火星上过去和现在是否存在生命繁衍的条件。
　　 到目前为止人类总共向火星发射了45颗火星探测器，经历了飞越、环绕、着陆器和火星车等的探测方式。在这些探测活动中，已有20次取得了成功或部分成功，它们向人类传回了大量火星当前状况的照片和探测数据，极大地丰富和深化了人类对火星的认知。特别是在火星磁层、电离层和大气层的成分与结构；全球地形、表面物质成分、地质构造、地壳结构和内部物理场；火星表面水冰的分布与地下水体的埋藏与活动等方面取得了巨大的成就。
　　 特别是从1996年的火星全球勘探者号开始到2008年的“凤凰”号着陆器，利用高分辨成像、光谱、质谱、微波雷达、中子分析等多方面的探测手段，获得了火星上河流侵蚀地貌、古湖泊河流沉积物、水成矿物、浅表层水冰分布、极地冰盖、大气中水蒸气组分等一系列反映火星上有水的证据。这些发现暗示了火星过去或现在存在适宜生命繁衍的环境特征。
　　 火星有稀薄的磁层、电离层和大气层，火星表面的大气压仅为地球的1%。火星大气的成分由95.3%的二氧化碳，2.7%的氮气、1.6%的氩和其他微量气体组成，水蒸气的含量一般在夜晚接近饱和。火星的年平均温度大约是-63oC,最低和最高温度达到-140oC、-27oC。使得大气的主要组分CO2冻结成白色沉积物，火星两极被二氧化碳组成的白色冰帽覆盖。由于极冠的季节性变化，表面总气压波动达30%，因而火星表面的大气压是随季节发生变化。火星表面没有液态水的汇集和水体的活动。
　　 在火星表面可分辨出三种不同类型的干枯河道：侵蚀河道、径流河道和溢流河道；还可以分辨出湖泊和北半球的海洋盆地。河谷、湖泊和海洋系统的发育可能指示火星历史的早期气候较为温和，有过大量水体的活动。根据不同研究者的模型计算，火星曾经有过水体，大约可以全部覆盖火星表面深达100米。火星地下水探测的成果还表明，火星的地下蕴藏有丰富的地下水，成为地下埋藏的冰层。火星表面在过去有过大量水体的活动，气候温暖和潮湿，并有厚厚的大气层，具有可能维持生命的环境。

火星大气中的甲烷

　　 通过近二十年来火星轨道器和火星车巡视探测活动已经基本揭示了火星过去和现在的环境特征。四十亿年来水对火星表面形态的塑造及对表面环境形成的重要影响。然而适于生命存在和繁衍的环境不仅仅只是液态水，还需要支持生命新陈代谢的有机碳和能量来源。2012年着陆的“好奇号”火星车以探测火星表面可能存在生命或曾有过生命和生命的宜居环境为主要科学目标。标志着美国火星生命的探测战略主要从找水到寻找生命及生命遗迹的转变。
　　 在2004年三项独立的研究相继报道火星大气中存在甲烷。特别是2014年12月16日美国宣布，好奇号火星车检测到火星大气中含有极微量的甲烷，甲烷的浓度为10亿分之7。甲烷是最简单的碳氢化合物，由于地球上90-95%甲烷都是生物成因，火星大气中微量甲烷特别是目前仍然存在甲烷生成的过程又引起了火星生命的猜测。甲烷是一种不稳定的气体，通常仅能在大气中保存300年—400年。大气中的微量甲烷暗示了火星上目前仍有活跃的甲烷生成过程。目前推测火星大气中的甲烷可能有以下四种来源：(1)火星内部地质作用形成，如火山活动；(2)陨石、彗星、小行星、星际介质等火星之外物质带入；(3)火星超基性岩的水热反应形成；(4)甲烷菌等生物成因。当前有限的探测和观测数据还不能揭示大气中的微量甲烷是生物成因还是非生物成因。要确证生物成因的甲烷需要精确测定大气中极微量甲烷气体的碳同位素组成具有富轻的碳同位素特征。

火星陨石立奇功
ALH84001火星陨石发现拟似微生物结构

　　 从火星降落到地球表面的火星陨石（火星岩石）一共发现有120多块，是人类在火星采集火星样品并返回地球之前唯一能得到的火星表面岩石。利用地面实验室的各种高精尖现代分析仪器，可以对这些火星陨石样品进行非常详尽的分析，得到各种实验分析证据。火星陨石提供了火星的化学成分、矿物组成、岩石类型、火山与岩浆活动、大气运动、水体活动、空间与表面环境、火星的形成与演化历史等大量科学信息，为探寻火星可能曾有过生命提供实物证据。
　　 ALH84001火星陨石，是一块可能携带有火星古生命化石的陨石。该陨石的形成年龄为26亿年，大约在1.5亿年前该地区受到一次小天体的撞击，撞击靶区的岩石有一部分以大于火星逃逸速度被溅射出火星，大量的撞击碎块在行星际空间运行。其中的一块碎块大约在1.3万年前，坠落在地球南极的阿仑山地区冰盖里。1984年美国南极考察队在地球南极的阿仑山地区找到了这块火星陨石。
　　 ALH84001火星陨石在高分辨率电子显微镜观察，发现有大量的蠕虫状结构是一些碳酸盐、磁铁矿和黄铁矿的微细晶体组成。2009年11月30日，美国航空航天局发布消息称，利用高分辨率电子显微镜对火星陨石“ALH84001”做出的最新分析显示，这块陨石中的大约25%是由古细菌化石形成的。这一最新结论提供了迄今为止火星曾存在生命的最有力证据。
　　 从2009年至今，对于ALH84001火星陨石的微生物化石，一直遭到科学界的广泛质疑。持反对意见的科学家认为：类似细菌形态微结构属于非生命成因即火星地质过程形成，南极冰水的污染，多环芳烃等有机物不是生物成因而是非生物过程形成，以及碳酸盐的高温成因等。ALH84001火星陨石的争论至今没有定论。
　　 相继在一些火星陨石中也发现有各种形态的“微生物结构”，如南极亚玛托地区找到的Y000593火星陨石和埃及找到的Nakhla火星陨石。中国南极考察队在南极中山站附近的格罗夫山地区找到了两块火星陨石GRV020090和 GRF99027。通过对GRV020090火星陨石的研究，证明火星在2亿年前左右还存在地下水的活动，并且可持续25万年，为生命存在提供了重要的条件；火星大气水的氢同位素组成非常富氘，是地球海洋水的7倍，说明火星曾有极为大量的水逃逸。这一结果也被“好奇号”最新对火星土壤的氢同位素分析所证实。

提森特火星陨石发现生物成因碳

　　 提森特(Tissint)火星陨石于2011年7月降落在摩洛哥的沙漠中，并很快就被收集到。它是迄今为止最新鲜的火星岩石样品，最大限度避免了地球的污染和风化。
　　 中国科学院地质与地球物理研究所林杨挺研究员的研究团队，自2012年4月至2013年12月，利用该研究所的激光拉曼谱仪和纳米离子探针，对提森特火星陨石开展了系统的精细分析测试与研究，发现了火星陨石中的碳颗粒，并证明这些碳是来自火星的有机质，进而测定出它们具有典型生物成因特征的富轻的碳同位素组成。
　　 林杨挺研究团队早在2013年3月在美国休斯敦召开的“月球与行星科学讨论会”上，报道了在提森特火星陨石中发现了具有生物成因特征的碳颗粒，表明火星可能曾有过生命的初步成果。2014年12月1日，在《陨石学与行星科学》正式发表这一重要论文。对火星可能曾有过生命给出了迄今为止最令人鼓舞的科学论据。2014年12月16日，美国航空航天局宣布，好奇号火星车在火星的岩石样品里探测到有机成因的碳，印证了中国学者的研究成果。
　　 林杨挺的研究团队就是在这样一块非常新鲜的提森特火星陨石中发现了几微米大小的碳颗粒。通过激光拉曼分析，得到的光谱特征跟煤很相似，而不是石墨。进一步他们利用纳米离子探针，分析了氢、碳、氮、氧、磷、硫、氯、和氟等元素和氢、氮和碳的同位素组成，得到的结果进一步证实这些碳颗粒是跟煤相似的有机质。
　　 提森特陨石非常新鲜，因此受到地球污染的机会很小。不仅如此，为了进一步确证这些有机质来自火星本身，研究团队利用纳米离子探针分析了氢及其稳定同位素氘的比值（D/H）。分析结果表明，这些有机质的氢同位素组成完全不同于地球上的有机质，而是富氘的典型的火星物质特征，因此可以确定它们是来自火星而没有被地球物质污染。这些碳颗粒在陨石样品中以两种形式出现，即大部分颗粒充填在矿物晶体的微细裂隙中（图16a-b），还有一部分颗粒被完全包裹在硅酸盐熔脉中（图16c-e）。这些硅酸盐熔脉是由于小行星在火星表面强烈撞击产生的高温高压，使样品局部熔融形成。碳颗粒包裹在这些冲击熔脉之中，指示它们的形成比火星上的该地区在遭受到小行星撞击的事件还早，这也是火星来源的另一重要证据。此外，包裹在冲击熔脉中的碳颗粒有一部分在高温高压条件下还发生了高压相变，形成纳米粒度的金刚石。
　　 碳的同位素组成是指示含碳物质是否生物成因的关键证据。生物作用一方面会产生明显的同位素组成变化，即同位素分馏，另一方面，这种变化朝向富轻的同位素方向。因此，地球上有机质（沉积岩中的有机质、石油、煤）的碳同位素组成与其他含碳物质（如海相碳酸盐、大气二氧化碳、地幔）相比，具有明显富轻的碳同位素特征。研究团队同样利用纳米离子探针对碳颗粒进行了精确的碳同位素组成分析，结果表明，它们相对于火星大气的CO₂和火星上的碳酸盐而言，更富集轻的碳同位素，与地球上的情形非常类似。火星陨石中碳颗粒的碳同位素组成与地球沉积岩中的有机质、煤和石油的碳同位素组成都具有富轻的碳同位素组成特。这也是迄今为止所有报导的火星上可能曾有过生命活动的最有利证据。
　　 跌宕起伏的火星生命探测历程，已经展示出令人鼓舞的前景。最终要确证现在火星有生命活动或火星曾有过生命，可能需要从火星采样返回的样品中来发现与证实，或者在火星表面的沉积岩中直接发现火星的古生物化石。火星生命的探测任重而道远，人类的探索精神和追求仍然将勇往直前！