經科學證明，太陽系可能有生命天體的存在

尋找火星生命屬於天體生物學的研究範疇。這一術語最初由俄羅斯（當時為蘇聯）天文學家GavriilAdrianovichTikhov在1953年提出（Tikhov1953）。他率先研究了太陽系其他天體存在生命的可能性，由此著作了《Astrobiology》一書。

隨著空間探測的進行和科學技術的發展，天體生物學被定義為研究在宇宙演化背景下生命的起源、發展和分佈，研究太陽系以及系外宜居性的學科。內容包括地球生命的起源與演化、地外生命的可能性、行星的可宜居性、生命適應極端環境的能力和生物標誌物在地質歷史上的儲存（Hornecketal。2016）。

該學科的研究手段需要運用分子生物學、生物物理學、生物化學、化學、天文學、行星科學和地質學的知識，是一門典型的交叉學科。

因此天體生物學涵蓋廣泛的研究領域，從前生命化學到地質微生物學、大氣科學和天文學，從分子級別到生態系統和行星系統，從地球（次）表面到數千光年以外的天體，從瞭解生命的起源到今後的演化和命運。然而地球是目前唯一被發現具有生命的天體，其他天體可能存在生命嗎？

泛種論假說認為生命（尤其是微生物）普遍存在於宇宙空間，並且藉助小行星、彗星和流星等在星際空間進行傳播隕石泛種論提出擁有生命物質的星體遭到撞擊後，（石質）濺射物彈射到宇宙中，經過漫長的星際旅行最終被某行星系統捕獲，生命物質將由此得到傳播（Melosh1988）。

生命可能存在於整個宇宙，在隕石、小行星和其他天體間傳播。另一方面，根據開普勒空間任務（KeplerMission，NASA，2009）的探測資料，銀河系大約有400億個類似地球的行星繞轉在其恆星的宜居帶內，其中1100萬個恆星為類太陽恆星（G2V型，基於摩根-肯納與約克分類法）（Petiguraaetal。2013）。

宜居帶是恆星-行星系統中，環境氣候條件允許水資源以液態形式存在於表面的區域（Kastingetal。2014）。因而生命可能在宇宙中是普遍存在的。隨著航天任務的開展，太陽系中的主要天體都得到了一定程度的探測。由於生命離不開水，而太陽系的許多天體都有水存在/存在過的證據，甚至還擁有能量源。

目前除火星外，土衛二（恩克拉多斯，Enceladus），土衛六（泰坦，Titan）和木衛二（歐羅巴，Europa）因其本身的特殊物理化學性質，而具有一定生命探測意義。土星探測器卡西尼-惠更斯號對土星衛星進行了飛躍觀測：土衛二表面具獨特的噴發羽現象。

穩定的羽狀噴發來自地下含有有機碳的液態水儲存，含有生物可利用的N，還原能量源以及無機鹽。因此，對土衛二的空間任務將致力於尋找富有機物質的噴發羽中的生物分子證據。土衛二的殼體之下很可能存在水資源和地熱作用土衛六擁有濃厚的大氣：98。4%的氮，1。4%的甲烷和0。1-0。2%的氫以及烴類微量氣體。

並且其北半球高緯度地區存在以液態烷烴為主要成分的湖泊。既有碳源、氮源，還有液態有機體，因此土衛六也是天體生物學的研究熱點。伽利略飛船（NASA，1989）對木衛二歐羅巴進行了長期探測，發現其冰殼下有液態水，南半球也有羽狀噴發現象。

如果噴發羽來自地下海洋、並且含有有機成分，那麼會具有很大的天體生物指示意義：Russelletal。（2017）設想了一個由於熱對流造成物質交換，提供營養物質給緊鄰在冰殼下層的化能自養型微生物圈。微體生命很可能被攜帶至星球表面或透過噴發羽噴出地表。

對於太陽系冰質衛星的更多空間探測，尤其是樣品採集任務將會為尋找地外生命提供更多證據。火星作為地球的近鄰，距離太陽1。524AU（astronomicalunit<天文單位>1AU=1。50×108km），許多地質和地球物理特徵和地球類似。

火星1年=687天，自轉週期24。62小時，由於火星的自轉軸傾角為25。10°，日照的年變化形成明顯的四季。火星表面的年平均溫度為210K，變化範圍為130-308K。目前的研究認為，早期火星位於宜居帶中（Kastingetal。2014）。

但現代火星由於其大氣稀薄，表面很難存留液態水，且太陽輻射直接到達火星表面，對於生命的生存是巨大的挑戰。然而，火星表面曾有大量的水，甚至現代火星也可能有暫時性地表水源（Fischeretal。2014）和賦存在地下的大量水冰（Dundasetal。2018）。

水是生命之源，火星具備生命存在的可能性。另一方面，極端環境微生物研究的發展讓人們對生命的極限有了更廣泛的認識，激發了對火星生命潛力的探索。長期以來，人們都認為生命僅能存在於一個很窄的範圍，而在這一範圍以外的環境不能孕育生命。

20世紀60年代，因為Thermusaquaticus在黃石國家公園的熱泉被發現，在極端環境中生存的生命形式受到關注。此後，“極端環境微生物”（extremophiles）在不同的環境中被分離到，生命極限的範圍因此也得到了新的擴充套件。

與地球生命有關的限制性環境因子包括（但不限制於）溫度、pH、鹽度、壓力、輻射、重金屬和乾旱。從目前的研究現狀看，微生物是極端環境中的主要棲息者，並具有在極端環境中存活的獨特機制。

例如，生長在高海拔地表的微生物能夠產生色素抵禦高紫外線輻射的傷害；生長在鹽類晶體內部的微生物能利用鹽晶的半透明性質進行光合作用。在這些微生物中，芽孢桿菌屬（Bacillus）因其能抵抗多種極限環境因子而成為地外生命的研究熱點：芽孢桿菌能夠耐受空間或者模擬火星環境下的輻射、大範圍的存活溫度和pH區間。

所以，儘管現代火星環境嚴苛，嗜極微生物對於極端環境的耐受性或許能成為探索火星生命的鑰匙之一。尋找地外生命主要有四種途徑：空間任務的開展。在太陽系中，當前探索的主要熱點是火星，土衛二，土衛六和木衛二。對於火星的探索，俄羅斯、美國、歐洲、日本和印度已經總計發射了數十次軌道器和著陸器任務。

對土星和木星的衛星也實施了相應的空間探測，如卡西尼-惠更斯號（Cassini-Huygens，NASA-ESA-ASI），對土星及其衛星進行了飛躍探測。旅行者號（Voyager，NASA，1977年發射）與伽利略號對木星及其衛星進行了探測。

地外隕石的分析。隕石來自地外天體，攜帶了地外天體的組成成分。對隕石的分析或許可以找到其他天體含有水或（和）生命的痕跡。比如分析火星隕石中可能有生命有關的有機殘留。

以及碳質球粒隕石中的有機物分析實驗室模擬地外環境。包括在地面實驗室設計模擬其他天體的環境因子，施加到微生物體，觀察其變化；地外空間環境（如國際空間站、臨近空間）本身具備多種天然的極端環境因子，如低溫、缺氧、乾旱、微重力等，更是地外生命探測的良好試驗場利用特定的地球環境進行類比研究。

地球上有多種可以類比其他天體地質環境的地質地貌，透過實地勘察、樣品採集和實驗室分析，結合空間探測資料，有助於探索未知天體上存在生命的可能性（Martinsetal。2017）。同樣，針對火星上可能儲存的生命痕跡的探索，也是多種手段的結合。空間任務是對火星生命可能性探索的直接方法。

NASA發射的水手四號（Mariner4）探測器於1965年7月14日飛越火星並傳回第一張火星近距離照片，照片上依稀可見火星表面的隕擊坑。其攜帶的儀器測試的火星表面氣壓為地球的1%，白天溫度約-100℃，沒有全球磁場。

這些資料顯示火星環境對於生命的存活十分困難。為了進一步尋找火星生命痕跡，以NASA為首的空間機構發射了多次著陸器（火星車）到達火星表面進行現場考察和樣品分析。事實上，為判斷火星的過去或現在的宜居性，著陸任務的工作主要圍繞尋找火星上水的跡象展開。

前蘇聯發射的火星2號（1971年）著陸器，探測到高層大氣中的原子氫和氧氣，表面溫度為-110°C到+13°C，表面壓力為5。5-6mbar，水蒸氣濃度比地球大氣層低5000倍（Perminov1999）。兩年後發射的火星6號著陸器除了配備溫度計和氣壓計用於確定表面狀況，還攜帶了分析表面物質成分的質譜儀（SiddiqiandLaunius2002）。

1975年美國海盜一號和海盜二號（Viking1、2，NASA）著陸到火星表面，開啟了火星上尋找有機物的歷史。其發現尚具有爭議，但“不排除火星上微體生物存在的可能性”。

多年後發射的探路者號（Pathfinder，NASA，1996）著陸在阿瑞斯谷（AresVallis），探測了該地的礦物成分，可能包含奈米氧化鐵與其他含鐵礦物，比如赤鐵礦、奈米針鐵礦。但礦物水解和化學蝕變的證據可能被後期地質過程抹去（Morrisetal。2000）。