在这个拥有数以千亿计恒星的棒旋星系——银河系中，位于星系内侧边缘的一颗名为“太阳”的恒星显得毫不出众。它算是星系中一颗常见的“黄矮星”，这样的恒星大约有100亿年的寿命，燃尽燃料之后，在自身的引力的作用下，它最终会演变为一个白矮星。太阳已经燃烧了大约46亿年，目前正处于生命的中段，热烈而稳定。

对太阳进行更加细致的观察就会发现，在它的引力作用下，围绕着它而形成的天体系统暗藏玄机。有八颗主要行星围绕着太阳运转，其中内侧四颗主要由金属和岩石构成的行星被称为“类地行星”，其中位列第三的蔚蓝色行星的表面主要被液态水所覆盖，同时又被一层致密的大气所包裹；第四行星看上去则与上一颗截然不同——它的表面被红色的沙尘所覆盖，只在极地区域有一些呈白色的干冰，大气层稀疏，却又因为季节变化，会产生剧烈的流动，发生遍布全球的沙尘暴。

围绕着太阳运转的第三和第四行星，它们形成的时间、过程，乃至最初的外貌都颇为相似。但是在随后40多亿年的演化过程中，这两颗行星却走上了截然不同的道路。名为“地球”的第三行星一直保持着致密的大气层和广阔的海洋，凭借其表面温暖湿润的环境孕育出宇宙中最大的奇迹——生命现象。生命在地球上繁衍、进化，直至出现了具有高度智能的人类。

而此时地球上的人类正以好奇又困惑的目光望向名为“火星”的第四行星——是什么原因，让这个可能曾经和地球一样温暖湿润的行星，变成了被红色沙尘所覆盖的干燥荒凉的不毛之地？在40多亿年的历史里，火星是否也曾经如地球一样衍生出生命？火星生命是否与地球生命相似，它们又会在火星上留下什么样的痕迹？人类研究和探索火星，能否更深刻地理解生命的含义和太阳系演化的奥秘？从火星的变迁过程中，人类又能得到怎样的教训？在未来，如果人类文明有机会向整个太阳系，乃至整个宇宙扩张，火星能否成为人类的下一个落脚地和中转站？

人类不仅在利用望远镜从地球上观察火星，各种来自地球的探测器已经飞越了数千万公里的距离到达火星。它们正在火星的轨道和地面上进行各种勘测工作，为地球传回关于另一个行星的数据。随着人类科学的发展，探测火星的意义似乎不言而喻——无论是研究太阳系的演化历史，还是分析行星形成的过程，乃至为人类寻找下一个落脚地，火星都是一个极为重要的研究对象。

但是每当我们在夜空中注视火星，就会明白这颗红色行星对于人类来说还具有远超科学层面的意义，它曾在数千年的时间里给人类带来迷惑，同时也寄托着人类某种深刻的情感，映射出人类内心中最深刻的孤独。

火星在夜空中显得尤为明亮，又有着与众不同的红色，中国古人描述它“莹莹如火”。站在地球上看来，火星的移动轨迹和亮度都让人捉摸不定，它因此得名“荧惑”。因为在冥冥之中感觉到这颗行星与人世间有所关联，中国古人会通过“荧惑”的位置和动态来占卜地面上的吉凶。出于类似的原因，这颗行星在天空中时东时西、时而凝滞不动的轨道也让其他的文明觉得难以捉摸，甚至感到厌恶。在4000年前，古埃及人称火星为“红色之星”（Her Desher），古巴比伦人称它为“死亡之星”，罗马人则沿用了古希腊人的说法，以战神的名字命名火星“Mars”。

那么，对于21世纪的人类来说，火星又意味着什么？人类为什么一定要去火星？可以说目前重要的原因，就是去寻找生命。

寻找火星生命

寻找火星生命——不仅是一个科学问题，也是一个会令整个人类社会都为之兴奋的话题——这关系到了人类社会的各个维度：生命的本质是什么？人类是否孤独？生命是否还有更多的可能？但是面对这样一个与地球同源，当前环境却又大不相同的临近行星，人类又该从哪里开始去寻找火星生命的痕迹？

想要在火星寻找生命的痕迹，首先涉及人类如何去理解生命现象本身。问题在于，地球是目前人类已知的宇宙中唯一产生出生命现象的行星。去外星寻找生命，只能从人类对于地球生命的理解出发。生命的存在依赖于各种条件的配合，那么什么才是最关键的因素？从人类对于地球的理解来说，想要证明一个环境能够孕育出生命的标准很高——需要有水，有构成生命的必要元素（比如碳），还要有稳定的能量来源，而且这些条件又需要在同一个地质时期内全部被满足。在一个环境中即使这些条件全都具备，人类科学家也还需要对其具体评估，然后再去界定在特定的条件下会产生出什么类型的生物。

在所有支持生命存在的因素之中，水是最重要的。“跟随水的踪迹”是目前人类行星科学家们寻找地外生命迹象的首要准则。水是生命之源，水可以深刻改变一颗行星的环境，也能够孕育出生命。火星蕴含着大量的水资源，这个结论固然已经被证实，无可置疑。但是火星所储存的水是否能够，或者曾经能够在火星营造出一个适合生命现象产生的环境？再进一步讨论，如果火星在40多亿年的历史中，尤其是在自然环境尚未变得像现在这样恶劣时，曾经产生出类似于地球的生命现象，那么它们又可能在火星留下什么样的痕迹？

研究火星上水的存在形式和变化过程，是理解火星和寻找火星生命的关键。并不是只要有液态水就能够孕育出生命，水资源要新鲜，不能含有太多的盐分。在高盐度的环境中细胞的渗透压过大，无法生存。另外，水的酸度也很重要。虽然在地球上的一些极端环境中，人类发现了可以在酸性环境中生存的生物，但显而易见的是，在相对中性的水中可以出现更多的生命形式，也就有更大的可能演化出复杂的生命体。而且以地球的环境类比，行星的液态水最好是存在于表面，有稳定的水源和水流，比如稳定的湖泊或是河流最适合生命现象的产生和繁衍。

目前人类对于火星的探测显示，在它40多亿年漫长的历史中，或许有几百万年的时间，在表面上曾经存在过由液态水形成的河流。这样的时间长度，相比于几十亿年的行星历史来说虽然只是短短的一瞬，但也有可能就是在这期间衍生出过火星生命。以地球为例，生命现象的存在，除了水分之外，还需要碳、氢、氮、氧、磷和硫等构成生命的必要元素——相比之下，氮元素和碳元素又比较特殊，它们需要存在于土壤之中，却又不能够与土壤中的矿物质结合得太过紧密，让微生物无法采集和利用。这些物质需要能够溶于水中，容易被微生物所吸收——这些条件火星都有可能满足。

在火星的漫长历史中，是否曾经有过哪怕一段极短的时间，所有出现生命现象的条件都同时得到了满足？这还需要对火星的岩石和土壤进行进一步研究。2008年抵达火星的“凤凰号”（Phoenix）探测器检测到火星土壤略呈碱性，pH值为7.7。火星土壤中含有镁、钠、钾和氯元素，这些都是种植植物所必需的元素，不过在其中也还含有0.6%的高氯酸盐。科学家们相信，在远古时代的火星土壤中，其中的氮元素可能容易被生物所取用，至于其他物质，例如磷元素的情况，还需要进一步探测。如果人类的探测器能够在火星土壤中发现一些相对集中的富含氮元素和磷元素的沉积物，就有相当大的可能说明这些物质曾经可以溶于水，并且可能曾经被火星的微生物所吸收，参与了微生物的新陈代谢过程。

在火星大气层中，尤其是远古时代的火星大气层中含有大量的二氧化碳。在2012年抵达火星的“好奇号”（Curiosity）探测器在火星一个干涸的“湖底”也发现了大量的碳元素。有些生物有可能可以直接通过代谢过程，从二氧化碳中提取碳元素，通过溶解于水中的二氧化碳建设细胞组织。“好奇号”在火星土壤中发现了黄铁矿、磁铁矿和雌黄铁矿，这也可能具有重大的意义，因为这些矿物有可能为一种特殊的生物提供能量来源——这就是目前“好奇号”还在寻找的“化能自养生物”（Chemolithotrophs），这种生物能够通过存在于岩石中的化合物获得生命活动所需的能量。

假如真的曾经存在过与地球生物类似的火星生物，那么经过数十亿年的岁月变迁，加之火星气候发生了巨变，此时登上火星表面的人类探测器，乃至在未来亲自登上火星探索的人类宇航员，应该如何寻找和判断火星生命留下的痕迹？这又涉及了可能存在的火星生命如何保存以及如何改变火星土壤的问题。在这方面，人类需要理解生物降解的过程，推导出古生物的遗迹留存至今的状态，并且以地球作为参照来给出答案。

即使是在地球上，人类也极少能够发现在几十亿年前生命存在过的证据。不同类型的生物生活在不同的环境中，它们在环境中能够留下的生命痕迹也各有不同。在地球前20亿年的历史中，所产生的生命形式几乎都是单细胞生物。如果曾经存在火星生命，有很大可能也是从单细胞生物开始。想要寻找它们在火星存在过的证据，不仅需要这些生物在火星的土壤和岩石中留下足够多的痕迹，还需要这些痕迹能够在数十亿年的时间里没有被宇宙射线所完全摧毁。

由有机物构成的生命体在死亡之后会发生降解，生物的遗迹转化为沉积物，进而转化为岩石。这些物质会一层层地沉积下来，暴露在液体中发生岩化作用，从湿润的糊状逐渐变为坚硬的岩石。而水流一遍遍的冲刷，会带走生物遗迹中的一些化学物质，土壤中生物遗迹的化学成分会发生变化，一些物质会发生氧化，变成气体溢出，有机碳逐渐转化为无机碳。从这个角度来说，火星上丰富的水资源可能反而不利于生物遗迹的保存。