利用各種裝置獲得多項新發現
經海盜號等探測船的觀測,我們知道火星表面地形變化很多。以整體而言,北半球是年代較新的廣闊平原,南半球地勢則較高。
我們已知,火星上有太陽系中最大火山「奧林帕斯山(01ympus Mons)」,又有長4000公里,寬100公里,深7公里的「水手峽谷(Valles Mariners)」。奧林帕斯山的山下緩的下坡平原直徑達400公里左右,高有25公里。火星的南北兩極區有極冠,其中南極冠堆積著水與二氧化碳的結冰,北極冠則由水的結冰堆積形成。火星表面有以二氧化碳為主要成分的極稀薄大氣,火星表面的紅褐色是因為地表被氧化鐵(鐵鏽)覆蓋。
火星全球測量者號觀測了極冠大小隨時間的變化,和極冠表面詳細情形。科學家利用裝載的雷射高度計資料,繪出奧林帕斯山的立體圖。另外也發現類似曾經有過水的地形等多項新事實。
2001年4月新探測「火星奧德賽號」升空,10月間可以抵達火星。此探測船載有火星表面元素結構的珈瑪線分光儀等裝置;此外在2003年,將要讓兩架探測車(rovor)登陸火星。此外還有由火星帶回樣本的計畫,以及載人登陸火星的飛行計畫,可以說21世紀初期將是火星探測時代。

NASA陸繼發表火星存在過生命的證據
NASA研究小組於1996年8月發表了:「在由火星飛來地球的隕石中發現很像生命的痕跡」的觀察報告。此隕石命名為「ALH84001」,大概是於1500萬年前小行星碰撞火星時飛離火星,1 萬3000年前掉落在地球的南極大陸。
如何知道此隕石是由火星飛來?曾經在南極發現被認為是由火星飛來的隕石,此隕石中玻璃質成分含有的稀有氣體同位素比,很接近海盜號探測船登陸艇(lander)的量測值,但與地球,金星等的大氣和其它隕石不相符。眼前有22個隕石被認為是來自火星。
2000年12月,NASA再度發表「由ALH84001中發現確認為微生物製造的磁鐵礦結晶體」。「磁菌」(magnetoactic bacterium)是存在於地球的細菌之一.此種細菌在體內擁有「磁鐵礦」(鐵與氧的化合物)微粒子,每粒磁鐵礦僅有50~100奈米價nanometer ,1奈米10億分之1 分尺),並以10~20個連成一條。地球本身是一個大磁鐵,磁菌則利用磁鐵礦作為辨別方向的指南針。
三菱化學生命科學研究共同研究員河崎行繁博士說:「5年前發表時,已經發現隕石中有磁鐵礦,該研究小組以該磁鐵礦為生命存在證據之一,但當時有人指出磁鐵礦形態不像生物,如果是念珠狀即有生物起源的可能。此次發表正是念珠形態。磁菌需要氧氣,可以說36億~39億年前火星已經有氧氣存在,地球是大約22億年前才出現氧氣。如果此次發表正確,可以說是一大發現」。

太陽系中以火星生命存在過的可能性最高
地球,火星都是形成於太陽系的衛星之一。太陽系是以太陽為中心,由近至遠依序有水星,金星,地球,火星,木星,土星,天王星.海王星,冥王星等9個衛星公轉太陽形成的一個體系。其,中水星到火星以及冥王星,主要是由岩石,金屬和冰組成,木星到海王星的四顆行星則主要由氫和氦形成。又除了水星和金星之外,其他行星如地球帶有月球般,都環繞有衛星的衛星。行星與衛星之外還有小行星,彗星等小天體。
這些天體之中,目前已知有生存在的僅是地球。不過太陽系中,有若干雖然眼前不見生命存在,但已往或許有生命存在過,例如火星,木星的歐羅巴(Europa)衛星,土星的泰坦蕩Titan)衛星等。其中火星是存在過生命可能性最高的天體。
河崎行繁博士說:「有液態水的存在是型生命存活的必須條件」。經海盜號探測船和火星全球測量者號的觀測,在火星表面發現很多液態水存在的證據。「在眼前的火星上如果有地下水,則生命存在的可能性很高」河崎行繁博士表示。

地球與火星是很相似的行星
火星的赤道半徑是3397公里為地球赤道半徑6378公里的大約一半,其赤道重力大約是地球的3分之1。地球位離太陽大約1億5000萬公里處公轉,火星則位於地球,太陽距離的1.5位遠處環繞太陽。
地球和火星擁有許多相似的特點,火星的自轉週期大約是24小時37分,自轉軸傾斜大約25度,地球的自轉週期是23小時56分,自轉軸傾斜大約為23.4度,由於自轉軸有傾斜,火星也和地球同樣有四季之分,但比地球遠離太陽,來自太陽的能量較少,只有地球的43左右。其赤道附近平圴溫度是攝氏零下50度上下的低溫,不過夏季白天也有超出攝氏零度以上的机會。地表附近氣壓大約是地球1580分之1以下,雖然稀薄仍然有大氣存在。地球的南北兩極覆蓋冰層,火星的兩極地區則稱為「極冠」,由二氧化碳冰塊(乾冰)和凍冰覆蓋。
地球是比火星更內側軌道,以比火星更快速度運動.因此地球經常追趕並超前火星。大約每2年2個月地球會趕上火星一次,但地球的公轉軌道比較接圓形,火星軌道是橢圓形,兩者的接近距離會隨地球趕上火星時期的不同而有不等的狀況。最接近時大約只5500萬公里,最遠則有1億公里。由地球觀望的火星會因兩者間距離的不同而有不同的外視大小:2001年6月22日地球和火星會相互接近到大約6734萬公里,兩年後20038月27日就會接近到大約5576萬公里,如此接近的情形,於23世紀之前不會再出現。

大約100年前以前,很多人相信火星人在火星建造運河
人類尚無法利用行星深測船前往火星的時期,地表望遠鏡的觀測是了解火星唯一手段,因此外視大小較大的大按時就是觀測的絕佳机會。
距今120多年前的1877年,是19世紀中火星最接近地球的一年。意大利天文學家斯加巴瑞里拉Giovanni Virginio Schiaparelli,1835~1910)以望遠鏡觀測火星,結果發現大量直線模樣並加以記錄。斯加巴瑞里自己並不認為此線狀模樣是人造物,他將此模樣以意大利語稱為「卡那里」,但被翻譯成英語的「運河」(canal),使人們誤以為條紋模樣就是人造物。
英國天文學家羅威爾(Percival Lowell,1855~1916)主張:「此等條紋模樣是人造運河,火星上存在有建造此運河的火星人」。羅威爾認為:「火星是乾燥狀態,能利用的水僅存於極冠,為利用極冠的水才開挖運河」。他自己也觀測火星,並繒出遍及整個火星表面的運河網圖。
1898年,英國科幻小說作家威爾斯巴(Herbert George Wells,1866~1946)由羅威爾的想法獲得啟示,發表以「宇宙戰爭」為題的小說,此小說插圖的章魚形態火星人,至今仍然深刻的留在人們腦海中。40年後,1938年在美國由無線廣播發表戲劇化的「宇宙戰爭」,人們誤以是真的遇到火星人入侵地球而引起大騷動,科學家認為「火星上應該沒有智慧性的高等生物」,但一般大眾並不認為火星人是虛構存在。

25年前海盜號探測船首次進行火星生命探測任務
人類於20世紀中葉以後,學會將人衛星送至太空的技術,也開始以火星等行星為目標送出探測船,這些探測船拍攝的火星表面影像,並無如羅威爾主張的運河。
最早拍攝火星影像的火星探測船是,1965年經過火星側方的水手4號影像,1976年即送上2艘海盜號探測船。
海盜號探測船是由軌道巡迴船(orbiter)和登陸艇(lander)組成,軌道巡迴船可由太空中觀測火星表面,登陸艇即登上火星表面拍攝地景觀。登陸艇也調查地表上有否有机物,以及進行代謝實驗,希望能找到火星有(或有過)生命存在的證據。
日本太空科學研究所川口淳一郎教授說:「海盜號探測船是很優異的探測船。」他表示:「登陸艇的緩和著地是很困難的手技術,但海盜號探測船的2艘登陸艇均可以成功。登基艇著地是使用逆噴射,不過也採用不破壞探索生命有害物質的措施」
令人覺得遺憾的是,海盜號探測船的調查得到否定性的結果。不過「海盜號探測船是以安全著地為最重要目的,因此2艘探測船登陸地點均選擇平原,此種地區並不一定是探測生命的最佳地點」河崎行繁博認為。
又,海盜號探測船僅調查表面下數十公分程度深處。「火星地表是嚴重氧化狀態,此種地方的有机會很快被分解,此狀況猶如氧氣充足環境下紙張很容易著火一般。雖然海盜號找不到生命,但這並不是最終的結論」河崎行繁博士表示。

探測船發現液態水存在過的證據
25年前海盜號探測船已經發現「外流浚道」(outflow channels;暫譯),「網狀谷地」(ralley network;暫譯)等地形。此等地形似乎因有水的流動中形成。
火星全球測量者號另外找到多處似乎曾經液態水存在過的地點。設計及運用裝載的火星全球測量者號上「火星巡迴船攝影机」的馬林太空科學組織研究小組,於2000年2月發表:「調查MGS影像後,發現多處可能由土砂堆積作用形成的層狀岩石結構」,如此地形於不存在水狀況下很難形成。
在火星表面很多地方發現堆積地形,此種地形大概是35億~43億年前形成。科學家認為「可推斷曾經存在過液態水的堆積地形中,或許隱藏以往的生命化石」。

在大峽谷的一部分發現極明顯液態水存在證據
本頁影像是火星水手峽谷的一部分,在堪多爾,卡茲馬西方地區發現的層狀堆積地形,這是火星全球測量者號拍攝的影像。可以看到多處同形態為層狀模樣。在地球上,這種地形可在湖沼底部或淺海底見到,同樣的,火星似乎也有過湖沼或淺海。
火星曾經有過可供生命誕生所需的大量液態水
大約10几年前,多數人認為過去的火星既溫暖又擁有大量液態水,但接著逐漸變冷,最後成為如今又寒冷又乾燥的狀態。日本東京大學研究院理學系研究科阿部豐副教授說:「最近我們了解此事似乎不是那麼單純。」關於火星過去的氣候,經火星全球測量者號觀測取得許多證據,現在可以說是改變此種想法的過渡期。
依照阿部副教授的說明,火星似乎很早就一直是寒冷狀態,時而會出現氣溫較高時期。「理論,溫暖而濕潤的狀況不會持續很久,又其地表尚留有大量古老地形的事實無法說明溫暖濕潤環境的長期存在。現在科學家認為,火星並非經常溫暖而是偶爾會出現溫暖期的想法比較合理。」阿部豐副教授表示。
現在的火星中緯度地區,氣溫通常會升到攝氏0度以,上由溫度條件考量時似可認為有水存在,但從氣壓方面來看,水無法以液態存在,因為溫度升高後冰會昇華為水蒸氣。「大氣中水分增加或大氣壓變化時,反射率也會變化,因此眼前的火星僅提高大氣壓,也無保持水。」這是阿部豐副教授的意見。
很早就有人認為過去的火星大概有過海洋,阿部豐教授振示,火星全球測量者號觀測結果,此假說更增加可靠性。「雖然無法明確指出何時有過海洋,不過認為曾經有過海洋的研究人員越來越多。經火星全球測量者號的探測,我們得知被認為是海洋線的部位大致上都位於同等高度。又火星北半球的低地十分平坦,有的研究人員認為這與深海底堆積狀況相似。」阿部豐副教授說。
如果火星表面曾經存在大量水,這些水究竟消失於何處?「大量水的消失途徑有二,一則散逸於宇宙空間,或.隱藏於地下。理論上散逸於宇宙空間的狀況不甚合理,只能認為是隱藏於地下,但我們不知其中詳細位置」阿部豐副教授說。

發現最近的流水痕跡
2000年6 月美國馬林太空科學組織的研究小組發表:「分析火星全球測量者號拍攝的影像,結果發現多處類似最近發生流水現象的地形」。這些地形大部分是位於火星南半球高緯度地區的圓坑內側壁面。研究小組認為如此地形是依下述形成:地下水由圓坑壁面滲出並凍結,由此形成的冰會發揮水壩般作用,阻擋更多液態水的滲出,最後在強大水壓下崩潰,因而噴出水流。
研究小組的科學家說:「此種地形或許是數百萬年前形成,也說不定是昨天才形成。」前文訪問的麥凱博士也說:「找到此等地形是令人興奮的發現,表示火星的水好像尚未枯竭,雖然未發現實際流動狀況,但可說還是目前科學家最有興趣的事件」。
已往大量存在的水消失於何處,是長久以來的爭論中心。依照研究小組的見證:「此次發現可以告訴我們部分答案,當時,可能有一部分水是潛入地下並還留存至今。」
河崎行繁博士說:「即使火星擁有地下水,但在技術上開挖水源有很大困難。」他說:「但發現到的大部分地點是在圓坑內側壁面,此等圓坑宛如自然形成,此
種地形或許比平地較難著陸,但無需大興土木開挖就有可能找到水脈,選定此種圓坑壁近處是登陸艇的最佳著陸地點。」

在特定條件下現在的火星可能有生命存在
火星的地下現在可能有水的存在,但是否只要有水生命必然存在?
河崎行繁博士說:「沒有水,生命是無法存在,但有水之外,同時還需要能進行生命活動的能量」。以地球為例,在地球上存在有完全無營養條件下,由無機物經化學合成製造有機物的化學合成細菌,此種細菌可吸收甲烷或二氧化碳並合成出胺基酸等生物體所需物質,為進行化學合成必須有某種能量。「相接近的氧化物與還原物之間,電子會由氧化物流向還原物質,以此流動的電子為能源,即可進行化學合成」河崎行繁博士表示。
如果火星的地下存在有生命,在地下無法進行利用陽光的光合作用,那麼有否存在進行化學合成所需能量的氧化物和還原物?
已知火星地表是超氧化狀態,另一方面,分析由火星飛來的隕石後得佑火星的地下是還原狀態。「火星上似乎存在氧化物和還原物。火星地下有水,此水中如果有氧化物和還原物,即能進行化學合成」河崎行繁博士說。
目前火星氣溫很低,但河崎博士認為對地下生命而言,低氣溫的影響不大,重要的是保持液態的水,只要有液態水,即使是低溫也無妨。
「通常,物質在高壓力下會比較堅硬,但水有不同的狀況,在高壓下水反而為液態。因此水在火星地下有可能保持液態,不過在地下無進行光合作用,生命的存續必須利用氧化物和還原物。地下有水,又有可當能源的氧化物和還原物,也就已經具備了充分的生命存在條件」河崎行繁博士表示。