火星生命

由於火星與地球既相近又相似，因此，火星上是否可能存在生命一直是天體生物學關注的一個主題。迄今為止，尚未在火星上發現曾經或現在的生命的證據。累積的證據表明，在古代諾亞紀時期，火星表面環境有液態水，並可能適合微生物居住，但宜居的條件並不一定代表就有生命。

對生命證據的科學探索始於 19 世紀，直到今天，透過望遠鏡調查和部署的探測器仍在繼續進行。早期的研究主要側重於現象學並近乎幻想，而現代的科學研究則強調尋找水、行星表面土壤和岩石中的化學生命印跡以及大氣層中的生物標記氣體。

由於與早期地球相似，火星令人感興趣的是對生命起源的研究，尤其是它寒冷的氣候和缺乏板塊構造或大陸漂移，自赫斯珀里亞紀末期以來，幾乎就一直沒有變化，全球至少三分之二的地表年齡已超過 35 億年。因此，火星可能擁有最佳的生命起源前條件記錄，即使那裡沒有或從未存在過生命，而生命可能早在 44.8 億年前就已開始演化。

在確認過去存在過地表液態水之後，好奇號、毅力號和機遇號探測車開始尋找過去生命的證據，包括過去基於自養、化能或化能自養菌生物圈，以及涵蓋湖積平原在內的古代宜居性水環境（與古代河流或湖泊有關的平原）。目前，美國宇航局和歐洲空間局的主要目標是尋找火星上宜居性、埋藏學（與化石有關）和有機化合物的證據。

火星沉積岩內有機化合物和硼的發現令人振奮，因為它們是生命起源前的化學前體。這些發現，連同先前有關火星古代明視訊記憶體在液態水的證據，進一步支援了火星蓋爾撞擊坑早期可能的宜居性 。目前，火星表面充斥著電離輻射，火星土壤富含對微生物有毒的高氯酸鹽 。因此，人們一致認為，如果火星上存在生命，則最有可能發現或保存於地表下，遠離現今嚴酷的表面環境。

2018 年 6 月，美國宇航局宣佈檢測到火星上甲烷濃度的季節性變化，甲烷可由微生物或地質方式產生。歐洲火星微量氣體任務衛星自 2018 年 4 月開始繪製大氣層甲烷分佈圖，2022 年火星太空生物探測車羅莎琳・富蘭克林號將鑽探和分析地下樣品，而美國宇航局火星 2020 探測車毅力號已成功著陸，它將儲存數十份鑽孔樣本，以便在 21 世紀 20 年代末或 21 世紀 30 年代將其運回至地球實驗室。截至 2021 年 2 月 8 日，已報告了在金星（透過磷化氫）和火星（透過甲烷）上可能發現的生命形式的最新研究狀況。

早期推測

火星極冠被發現於 17 世紀中葉，18 世紀末，威廉・赫歇爾證明了它們在各半球夏冬季的交替生長和收縮。到 19 世紀中期，天文學家知道火星與地球還有其它一些相似之處，例如火星上一天的長度幾乎與地球上相同，還知道它的自轉軸傾角與地球相似，這意味著所經歷的季節與地球一樣，但一年中的日期更長，幾乎是地球的兩倍。這些觀察結果引發了越來越多的猜測，即反照率特徵較暗的是水，而反照率較亮的特徵則是陸地，由此猜測火星上是否可能存在某種形式的生命。

1854 年，劍橋大學三一學院研究員威廉・惠威爾提出了火星上有海洋、陸地和可能的生命形式的理論。19 世紀後期，一些觀察者在用望遠鏡觀察到火星表面明顯的火星運河後，爆發了有關火星生命的猜測，後來發現這些運河只不過是錯覺。儘管如此，1895 年，美國天文學家珀西瓦爾・洛厄爾出版了他的著作《火星》，隨後在 1906 年又推出了《火星及其運河》，提出運河是一種遠古文明的產物，這一想法促使英國作家赫伯特・喬治・威爾斯在 1897 年寫下了《星際大戰》一書，講述了逃離乾燥火星的外星人入侵地球的故事。

火星大氣的光譜分析始於 1894 年，當時美國天文學家威廉・華萊士・坎貝爾證明火星大氣層中既沒有水也不存在氧氣；1909 年火星衝期間，著名觀察家安東尼亞第在默東天文臺使用 83 釐米（32.6 英寸）孔徑望遠鏡並未看到任何運河；1909 年，日中峰天文臺新巴約穹頂拍攝的火星出色照片給火星運河理論帶來正式衝擊，運河的概念開始失去吸引力。

宜居性

化學、物理、地質和地理等屬性塑造了火星上的環境，對這些因素的單獨測量可能不足以認定環境是否宜居，但測量的總和能有助於預測宜居潛力的大小及位置。目前預測火星表面潛在宜居性的兩種生態方法涉及 19 或 20 項環境因素，重點強調可用水、溫度、存在的營養物質、能源以及對太陽紫外線和銀河宇宙輻射的防護。

科學家們不清楚測定宜居潛力的最少引數量，但確信它們大於下表中的一或兩種因素。同樣，對於各組中的每一引數，其宜居性閾值尚有待確定。實驗室模擬表明，每當多種致命因素結合在一起時，存活率就會快速下降。目前還未釋出過模擬火星上所有危害因素組合的完整清單。此外，火星生命的生化和宜居性要求是否可能與地球生物圈大不相同，尚屬一項懸而未決的問題。

2.1 過去

最近的模型顯示，即使有稠密的二氧化碳大氣層，早期的火星也比以往任何時期的地球都更冷。撞擊或火山作用等產生的短暫溫暖期可能會有利於晚諾亞紀河谷水道的形成，即使中晚期諾亞紀全球環境可能是冰冷的。火山活動和撞擊造成的區域性環境變暖可能是零星的，但火星表面應該有許多水流動的事件。礦物學和形態學證據都表明，從赫斯珀里亞紀中期開始，宜居性就開始退化，確切的原因尚不清楚，但可能與多種作用過程有關，包括早期的大氣層逃逸和撞擊侵蝕，抑或兩者兼而有之。

火星磁場的消失透過大氣散失和輻射增加強烈影響了地表環境，這種變化明顯降低了地表宜居性。當存在磁場時，大氣層將受到保護，可免受太陽風的侵蝕，這將確保維持一層稠密的大氣層，這是火星表面液態水存在的必要條件。大氣層的消失伴隨著溫度的下降，部分液態水昇華並被輸送到兩極，其餘部分則被困在永久凍土中，成為一層地下冰層。

對地球的觀測和數值模擬表明，當地殼中存在冰時，形成隕石坑的撞擊會導致產生持久的熱液系統。例如，一座直徑 130 公里的大型隕石坑可維持活躍的熱液系統長達 200 萬年，也就是說，有足夠長的時間讓微生命產生，但不太可能在進化之路上有進一步的發展。

2013 年，美國宇航局好奇號探測車上的車載儀器對土壤和岩石樣本進行了研究，提供了數種有關宜居性因素的更多資訊。火星車團隊識別出土壤中一些關鍵的生命化學成分，包括硫、氮、氫、氧、磷，可能還有碳及粘土礦物，表明很久以前的水環境可能是一座湖泊或古河床，具有中性酸度和低鹽度。2013 年 12 月 9 日，美國宇航局報告說，根據好奇號研究埃奧利斯沼的證據，蓋爾撞擊坑中的一座古淡水湖，可能是微生物生命的適宜環境。在火星上發現的流動液態水、營養物質以及過去的磁場共同表明火星可能擁有過支援生命的環境因素。但對過去宜居性的評估並不能證明火星上確實存在過生命，即便有，它們也可能只是微生物，共同存在於流體或沉積物中，分別以獨立或生物薄膜的形式存在，對地球類似物的探索提供瞭如何以及在何處更好尋找火星生命跡象的線索。

地球上顯示儲存了生命跡象的撞擊石，在火星上也已發現，如果該行星上曾存在過生命，則它們有可能包含有古代生命的跡象。

2018 年 6 月 7 日，美國宇航局宣佈好奇號探測車在距今 30 億年的沉積岩中發現了有機分子。對岩石中有機分子的檢測表明，存在一些生命的構成要素。

2.2 現在

可想象的是，如果火星上存在（或存在過）生命，那麼，生命證據可能會在遠離當今惡劣地表條件的地下找到或完整儲存。現今火星上的生命，或它的生命印跡，可能出現在地表以下數公里處，或者地下地熱點中，也可能發生在地表以下數米深的地方。火星上的永久凍土層僅在地表下數釐米處，鹹鹵水可在地表下幾釐米並不深的地方呈現液體狀態。但即使在希臘盆地最低處，水也接近沸點，因此，除非地下水突然釋放，否則無法在目前的火星表面長期保持液態。

到目前為止，美國宇航局一直在火星上實施 “跟隨水走” 的策略，自海盜號任務以來，還沒有直接在火星上尋找到生命的生物印跡。天體生物學家的共識是，可能有必要深入火星地表下尋找目前可能宜居的環境。

2.2.1 宇宙輻射

1965 年，水手 4 號探測器發現，火星缺乏全球磁場來保護行星免受可能危及生命的宇宙輻射和太陽輻射；火星全球探勘者號在 20 世紀 90 年代末的觀測證實了這一發現。科學家們推測，在數十億年的時間裡，由於缺乏磁遮蔽，太陽風吹走了火星大部分的大氣層 。因此，大約 40 億年來，這顆行星一直易受到來自太空的輻射。

來自好奇號火星車的最新現場資料表明，銀河宇宙射線（GCR）和太陽粒子事件（SPE）的電離輻射可能並非目前火星表面生命宜居性的限制因素，好奇號測量到的每年 76 毫戈瑞的水平與國際空間站內部的輻射水平相當。

2.2.2 累積效應

“好奇號” 探測車測量到的電離輻射水平為每年 76 毫戈瑞，這種水平的輻射正在對火星表面的休眠生命進行消毒。火星宜居住性因其軌道偏心率和轉軸傾角的變化而差異極大。據估計，如果地表生命在 45 萬年前就已復活，那麼火星探測車則可在地表下 1 米深處發現休眠但仍存活的生命。但由於火星失去了保護性磁層和大氣層，即使是已知最堅韌的細胞也無法在火星表面附近的宇宙輻射中存活下來。在繪製了火星不同深度的宇宙輻射水平圖後，研究人員得出結論，隨著時間的推移，火星表面最初數米深處的所有生命都將被致命劑量的宇宙輻射殺死。研究小組計算出，宇宙輻射對脫氧核糖核酸 (DNA) 和核糖核酸 (RNA) 的累積損傷將限制在火星地表下超過 7.5 米深處復甦的休眠活細胞。即使是最耐輻射的地球細菌，在地表也只能以休眠孢子狀態存活 1.8 萬年；在火星太空生物漫遊車能夠抵達的最大深度 — 地下 2 米處，生存時間將為 9 萬到 50 萬年，具體決於岩石的型別。

“好奇號” 探測車上的輻射評估探測器收集的資料顯示，表面測量的吸收劑量為 76 毫戈瑞 / 年，並且 “電離輻射嚴重影響了化學成分和結構，尤其是水、鹽和氧化還原敏感的成分，如有機分子等”。無論火星有機化合物的來源為何（流星、地質或生物），其碳鍵都很容易被離子化的帶電粒子輻射破壞並與周圍元素重構。這些改進的地下輻射估值使我們深入瞭解到，儲存可能的有機生命印跡的潛力，是一種深度以及地下休眠的可能微生物或細菌生命形式存活時間的函式 64。報告得出結論，原位 “表面測量和地下估算限定了火星表面下數米深處的有機物，在挖掘和暴露於電離輻射下的儲存時間”。

2017 年 9 月，美國宇航局報告，由於本月中旬發生了一次意外的重大太陽風暴，火星表面的輻射水平臨時增加了一倍並伴隨出現了一次亮度極高的極光，較之前觀察到的所有極光高出 25 倍。

2.2.3 紫外線輻射

關於紫外線的輻射，2014 年的一份報告得出結論 “火星紫外線輻射環境對未遮蔽的微生物具有快速致命性，但可被全球沙塵暴減弱，並能被小於 1 毫米的表岩屑或其他有機物完全遮蔽”。此外，2017 年 7 月公佈的實驗室研究表明，與暴露於紫外線輻射下 60 秒的細胞相比，紫外線照射過的高氯酸鹽導致的細胞死亡增加了 10.8 倍。紫外線輻射對土壤的穿透深度在亞毫米至毫米範圍內，取決於土壤的特性。

2.2.4 高氯酸鹽

已知火星表岩屑中最多含有 0.5%（質量 / 體積）的高氯酸鹽 (ClO4−)，這對大多數生物體都是有毒的，但由於它們能大幅降低水的冰點，少數嗜極微生物可將其用作能源（見高氯酸鹽 - 生物學），並在高氯酸鈉濃度高達 30% 的情況下正常生長，因此，引發了人們對其宜居性影響的猜測。

2017 年 7 月發表的研究表明，當用模擬火星紫外線的通量照射時，高氯酸鹽對細菌（殺菌劑）的殺傷力更大，甚至休眠的孢子也會在數分鐘內失去活力。此外，火星表面的另兩種化合物，氧化鐵和過氧化氫，與輻照過的高氯酸鹽共同作用，與暴露於紫外線輻射下 60 秒的情況相比，所導致的細胞死亡增加了 10.8 倍。還發現磨損的矽酸鹽（石英和玄武岩）也會導致形成有毒的活性氧類物。研究人員得出結論，“火星表面對植物細胞致命，使得火星表面和近表面大部分割槽域都不適宜居住”。這項研究表明，現在的地表比以前認為的更不適合居住，並強化了至少要檢查地表下數米深處，以確保輻射水平相對較低的概念。

然而，研究人員肯達・林奇（Kennda Lynch）在模擬環境中發現了首個已知含高氯酸鹽和高氯酸鹽還原菌的棲息地：猶他州大鹽湖沙漠飛行員谷 (Pilot Valley) 中的一座古湖泊。她一直在研究這些微生物的生物印記，並希望毅力號火星車能在耶澤羅撞擊坑著陸點找到相符的生命印跡。

2.2.5 重現性坡線

重現性坡線 (RSL) 是一年中在當地溫度達到熔冰點以上時，出現在朝陽坡上的特徵。這些條紋在春季生長，夏末變寬，秋天消失。儘管條紋本身被認為是一種次生作用，並非表土潮溼的直接跡象，但該現象很難以任何其他方式模擬，除非涉及某種形式的液態水。現在這些特徵已被證實與某種形式的液態水有關，但對於生命來說，水可能太冷或太鹹。目前，它們被視為具有潛在宜居性，作為 “不確定區域，當作特殊區域對待”。當時，它們被懷疑與流動的滷水有關。

水的熱力學效用（水活性）嚴格限制了地球上微生物的繁殖，特別是在高鹽環境中。有跡象表明，滷水離子強度是火星宜居性的障礙。實驗表明，火星上普遍存在二價離子，使離子強度高達極限，“儘管存在生物可用的水，但這些環境仍無法居住””。

2.3 固氮作用

除碳外，氮可以說是生命所需的最重要元素。因此，需要測量 0.1% 至 5% 範圍內的硝酸鹽，以解決其出現和分佈問題。大氣層中的氮（如 N2）含量較低，還不足以支援生物結合的固氮作用。而以硝酸鹽形式存在的氮則可作為人類探索的一種資源，既可作為植物生長的養分，也可用於化學加工。在地球上，硝酸鹽與沙漠環境中的高氯酸鹽有關，在火星上也可能如此。預計硝酸鹽在火星上較為穩定，並且是由古代火星上撞擊產生的熱衝擊或火山噴發柱閃電所形成。

2015 年 3 月 24 日，美國宇航局報告說，好奇號探測車上的火星樣本分析裝置透過加熱地表沉積物檢測到了硝酸鹽。硝酸鹽中的氮處於 “固定” 狀態，這意味著它處於一種可供生物使用的氧化態，這一發現支援了古代火星可能適宜生命生存的觀點。人們懷疑火星上的所有硝酸鹽都是遺物，沒有現代形成。截止 2017 年末，已檢測樣本中的硝酸鹽丰度範圍從零至 681±304 毫克 / 千克不等。模擬結果表明，火星表面瞬態凝結的水膜可能將硝酸鹽輸送到較低的深度 (≈10 米），地下微生物可以在那裡旺盛生長。

相比之下，磷酸鹽，一種被認為是生命必需的化學營養素，在火星上則很容易找到。

2.4 低壓

火星表面宜居性評估面臨的更復雜事實是，對接近火星表面氣壓下的微生物生長情況知之甚少。一些研究小組測定，部分細菌具有在低至 25 毫巴氣壓下進行細胞複製的能力，但這仍高於火星上的大氣壓（範圍為 1-14 毫巴）。在另一項研究中，根據從選擇搭載在航天器設施中的 26 種細菌菌株回收情況看，只有液化沙雷氏菌菌株 ATCC 27592 顯示可在 7 毫巴、0 攝氏度和富含二氧化碳的缺氧環境中生長.。

液態水

正如人類所知，液態水是生命存在的必要條件，但非充分條件，因為宜居性是多種環境引數的函式。液態水不可能存在於火星表面，除非在最低海拔處存在數分鐘或數小時。雖然液態水本身不會出現在火星表面，但在雪中塵埃顆粒的周圍透過太陽加熱可形成微量液態水。此外，地下古代赤道冰原可能會慢慢昇華或融化，透過洞穴可抵達地表面。

火星上的水幾乎完全以水冰的形式存在，位於火星極地冰蓋和火星淺表面之下，甚至在更溫和的緯度。大氣層中也存在少量的水氣，但火星表面沒有液態水體，因為火星表面平均大氣壓為 600 帕斯卡（0.087 磅 / 平方英寸）— 大約只是地球海平面平均氣壓的 0.6%，並且溫度太低（210 K，攝氏零下 63 度），會導致液態水瞬間凍結。儘管如此，但在大約 38 億年前，火星大氣層更稠密，溫度也更高，地表上流淌著包括大型海洋在內的大量液態水。

據估計，火星上的原始海洋可能曾覆蓋了該行星 36% 到 75% 的區域。2016 年 11 月 22 日，美國宇航局報告在火星烏托邦平原地區發現了大量地下冰，檢測到的水量據估計相當於一座蘇必利爾湖。利用軌道光譜法所獲資料對火星砂岩的分析表明，以前存在於火星表面的水，由於鹽份太高，無法支援大多數類地生命。托斯卡等人發現，他們所研究地點的火星水都具有水活性，aw≤0.78 到 0.86— 這對大多數陸地生物來說是致命的水平，但嗜鹽古菌能夠生活在高鹽溶液中，直至達到飽和點。

2000 年 6 月，以洪水般沖溝的形式發現了當前液態水在火星表面流動的可能證據。2006 年還發布了其他由火星全球探勘者號拍攝的類似影像，表明火星表面偶爾會有水流動。這些影像顯示了陡峭坑壁和沉積物的變化，提供了迄今為止最有力的證據，證明水在數年前曾流過了它們。

對於最近的沖溝條紋是否由液態水形成，科學界存在分歧。一些人認為這些流體只是幹沙流，而其他人則認為可能是近地表附近的液態滷水，但水的確切來源及背後的運動機制尚不清楚。

2018 年 7 月，科學家報告稱在火星上發現了一座冰下湖，位於南極冰蓋下方 1.5 公里（0.93 英里），橫向延伸約 20 公里（12 英里），這是該行星上所知的首個穩定水體。該湖是得用火星快車號軌道器上的瑪西斯雷達發現的，其剖面圖於 2012 年 5 月至 2015 年 12 月期間測繪。該湖的中心座標位於東經 193 度、南緯 81 度，這是一處平坦的區域，沒有任何特殊的地形特徵，除東側有一片窪地，其餘周邊被高地包圍.。

3.1 二氧化矽

2007 年 5 月，勇氣號漫遊車被卡住的車輪刮開了一處地面，發現了一塊富含 90% 二氧化矽的區域，這一特徵使人聯想到溫泉水或蒸汽與火山岩接觸的效果。科學家認為這是過去可能有利於微生物生存環境的證據，並推測二氧化矽的一種可能來源為水存在時火山活動產生出的酸性蒸汽與土壤相互作用的結果。

基於地球上的類似物，火星上的熱液系統因其儲存有機和無機生命印跡的潛力而極具吸引力。因此，熱液礦床被視為探索古代火星生命化石證據的重要目標，這些發現將可能有助於決定在火星上尋找早期生命跡象的最佳地點。

3.2 甲烷

甲烷（CH4）在火星當前氧化性大氣中的化學性質並不穩定，由於太陽紫外線的輻射以及與其他氣體的化學反應，它會迅速分解。因此，大氣中持續存在的甲烷則意味著可能存在有不斷補充的氣源。

2003 年，美國宇航局戈達德太空飛行中心的一個小組首次報告了火星大氣中含量為十億分率（ppb）的痕量甲烷。在 2003 年和 2006 年進行的觀測中，測量到丰度差異巨大，表明甲烷可能是季節性區域性集聚。2018 年 6 月 7 日，美國宇航局宣佈，它已檢測到火星上甲烷含量的季節性變化。

2016 年 3 月發射的火星微量氣體任務衛星（TGO）於 2018 年 4 月 21 日啟動，用於測繪火星大氣中甲烷的濃度和來源及其分解產物如甲醛和甲醇。截至 2019 年 5 月，微量氣體任務衛星顯示甲烷濃度低於可檢測水平（6 株短波單胞菌屬 MV.7，可在宇宙輻射中存活 10 萬年。類似火星晝夜變化的溫度和相對溼度會嚴重影響抗輻射奇異球菌細胞的生存力。在其他模擬中，抗輻射奇異球菌也無法在低氣壓、零攝氏度或缺氧環境下生長。

模擬環境生存

自 20 世紀 50 年代以來，研究人員就已使用模擬火星環境條件的容器來測定火星上各種生命形式的生存能力。這種被稱為 “火星罐” 或 “火星模擬室” 的裝置，當時由美國德裔科學家胡貝圖斯・斯圖格霍德 (HubertusStrughold) 在美國空軍研究中首次描述和使用，喬舒亞・萊德伯格和卡爾・薩根則在民用研究中進行了推廣普及。

2012 年 4 月 26 日，科學家報告說，在德國航空航天中心維護的火星模擬實驗室（MSL）中，在模擬火星條件下的 34 天時間內，一種嗜極微生物地衣存活了下來，並在光合作用適應力方面表現非凡 。不過，在某一環境中的生存能力與在同一環境中繁盛、繁殖和進化的能力不同，需要進一步研究。

雖然很多研究都指出了火星的某些限制性環境，但它們是分開進行的，沒有一項研究涵蓋火星表面所有的條件，包括溫度、氣壓、大氣成分、輻射、溼度、氧化性土壤等，所有這些因素都是同時和綜合的。實驗室模擬表明，只要將多種致命因素結合起來，存活率就會迅速下降。

4.1 水的鹽分和溫度

由美國宇航局資助的天體生物學家正在研究低溫下高鹽度溶液中微生物生命的極限。極地冰蓋下或地下的任何液態水體都可能具有高靜壓和高鹽度性，他們知道鳳凰號著陸器降落區為水冰和鹽膠結的表土，土壤樣本可能含有硫酸鎂、高氯酸鎂、過氯酸鈉、過氯酸鉀、氯化鈉和碳酸鈣。因而，使用火星上的常見鹽類和低溫環境，對地球上一些能在高鹽度溶液中生長和繁殖，被稱為嗜鹽生物或 “嗜鹽菌” 的細菌進行了存活率測試。測試的種類包括嗜鹽單胞菌屬、海球菌屬、涅斯捷連科氏菌屬和枝芽孢桿菌屬，實驗室模擬表明，當多種火星環境因素結合在一起時，存活率會迅速下降。不過，在實驗室中，嗜鹽細菌是生長在含超過 25% 火星常見鹽類的水溶液中。從 2019 年開始，實驗將包括暴露在低溫、鹽和高壓等環境下。

太空任務

5.1 火星 2 號

火星 1 號是 1962 年發射到火星的第一艘太空飛船，但在前往途中失去聯絡。1971 年至 1972 年，透過火星 2 號和火星 3 號，獲得了火星有關地表岩石性質、土壤表面密度海拔剖面圖、導熱係數等資訊並探測到火星表面的熱異常。該專案發現火星北極冠層的溫度低於−110 攝氏度 (華氏 - 166 度）且大氣層中的水蒸氣含量低於地球五千倍，沒有發現任何生命的跡象。

5.2 水手 4 號

水手 4 號探測器實現了人類對火星的首次成功飛越，並於 1965 年返回了第一張火星表面照片，揭示了一顆沒有河流、海洋或任何生命跡象的乾涸星球。此外，它還顯示地表（至少它所拍攝的部分）上佈滿隕石坑，表明近 40 億年來缺乏任何形式的板塊構造和風化作用。探測器還發現，火星沒有全球磁場來保護行星免受可能危及生命的宇宙射線影響。該探測器計算出火星上的大氣壓約為 0.6 千帕（地球的氣壓為 101.3 千帕），這意味著火星表面不可能存在液態水。水手 4 號之後，對火星生命的探索變成了對類似細菌的活有機體，而非多細胞生物體的搜尋，因為對它們來說環境顯然太過惡劣。

5.3 海盜號軌道飛行器

液態水是已知生命和新陳代謝所必需的，因此，如果火星上存在水，那麼它對生命存在的可能將起到決定性的支援作用。海盜號軌道飛行器在許多地區都發現了可能為河谷、侵蝕以及南半球分支河道的證據。

5.4 海盜號生物實驗

20 世紀 70 年代中期，海盜號探測器的主要任務是進行旨在檢測火星土壤中微生物的實驗，因為多細胞生物進化的有利條件約在 40 億年前就在火星上停止了。這些實驗的目的是尋找類似地球上發現的微生物生命。在這四項實驗中，只有 “顯蹤釋出” 實驗給出了肯定的結果，顯示土壤首次接觸水和養分時，14CO2 釋出增加。所有科學家都同意海盜號任務的兩點：放射性碳 14 同位素標記的二氧化碳 (14CO2）是在顯蹤釋出實驗中衍生出來的；氣相色譜 - 質譜分析沒有檢測到有機分子。而這些結果的含義有著截然不同的解釋：2011 年的一本天體生物學教科書指出，氣相色譜 - 質譜分析是決定性因素，因此 “對於大多數海盜號科學家來說，最終結論是海盜號任務並未探測到火星土壤中的生命”。

諾曼・霍洛維茨（Norman Horowitz），1965 年至 1976 年 “水手號” 和 “海盜號” 任務期間噴氣推進實驗室生命科學部負責人。他認為，碳原子的多功能性使它最有可能成為一種為其他行星上的生命生存問題提供解決方案，甚至是奇特方案的元素。然而，他也認為在火星上發現的條件與碳基生命並不相容。

顯蹤釋出實驗的設計者之一吉爾伯特・萊文（Gilbert Levin），認為他的結果是對火星生命的明確診斷，萊文的解釋受到許多科學家的質疑。2006 年的一本天體生物學教科書指出 “不過，對於未經滅菌的地球樣本，在初始孵化後新增更多的營養素，則會產生出更多的放射性氣體，因為休眠細菌會突然活躍起來，消耗新劑量的食物。但火星土壤的情況並非如此，在火星上，第二次和第三次營養素注入沒有產生任何顯蹤氣體的進一步釋放”。其他科學家認為，土壤中的超氧化物可能會在無生命存在的情況下產生出這種效應。幾乎普遍的共識是，放棄將顯蹤釋出資料作為生命的證據，因為用於識別天然有機物的氣相色譜 - 質譜儀並未檢測到有機分子。最近，好奇號探測車分析了從一塊名為 “坎伯蘭” 的岩石中鑽取的粉末，檢測到了高濃度的有機化合物，特別是氯苯。專業界一般的看法是，海盜號關於生命任務的結果是不確定的。

2007 年，在卡內基科學研究所（美國華盛頓特區）地球物理實驗室的一次研討會上，吉爾伯特・萊文的調查再次被評估。萊文仍堅持他的原始資料是正確的，因為陽性和陰性對照實驗一切正常。此外，2012 年 4 月 12 日，萊文的團隊報告了一項基於舊資料的統計推測，透過顯蹤釋放實驗的聚類分析，從數學上重新解釋可能表明 “火星上現存微生物生命” 證據的舊資料。批評者反駁說，該方法尚未被證明能有效區分地球上的生物和非生物作用，因此得出任何結論都為時尚早。

墨西哥國立自治大學拉斐爾・納瓦羅・岡薩雷斯主導的一支研究小組得出結論，海盜計劃用於尋找有機分子的氣相色譜法 - 質譜聯用裝置（TV-GC-MS）可能靈敏度不足，無法檢測到低水平的有機物。對此，海盜號氣相色譜 - 質譜分析實驗的首席研究員克勞斯・比曼（Klaus Biemann）曾撰文反駁。由於樣本處理的簡單性，氣相色譜 - 質譜分析仍被認為是未來火星任務中檢測有機物的標準方法，因而，納瓦羅・岡薩雷斯建議，未來火星有機物檢測裝置的設計應包括其他的探測方法。

當鳳凰號著陸器在火星上發現高氯酸鹽後，幾乎為相同成員的岡薩雷斯團隊發表了一篇論文，認為海盜號氣相色譜 - 質譜實驗結果因高氯酸鹽的存在而受損。2011 年的一本天體生物學教科書指出，“雖然對重現顯蹤釋出結果而言，高氯酸鹽的氧化性很低（在該實驗條件下，高氯酸鹽不會氧化有機物），但確實會氧化並破壞氣相色譜 - 質譜測試中處於較高溫度下的有機物”。比曼也寫了一篇批評納瓦羅・岡薩雷斯論文的評論，後者對此作出了回覆，雙方的交流意見於 2011 年 12 月發表。

5.5 2008 年鳳凰號著陸器

2008 年 5 月 25 日，鳳凰號自動探測器降落在火星極地地區，並一直執行至 2008 年 11 月 10 日。該任務的兩大主要目標之一是在火星表岩屑中尋找可能存在微生物生命的 “宜居帶”，其次是研究火星上水的地質史。著陸器有一條 2.5 米長的機械臂，可在表土中挖掘淺溝。一項電化學實驗分析了表土中的離子及火星上抗氧化物的數量和型別。海盜計劃的資料表明，火星上的氧化物分佈可能隨緯度的改變而變化，並指出位置比海盜 1 號更靠北的海盜 2 號發現的氧化物更少，而鳳凰號降落在更遠的北方。鳳凰號的初步資料顯示，火星土壤中含有高氯酸鹽，因此，可能不像之前認為的那樣對生命友好。從生物學角度，pH 值和鹽濃度被認為尚處良性，分析儀還表明存在結合態水和二氧化碳。最近對火星隕石 “大象冰磧”（EETA79001）的分析發現，它含有 0.6ppm（百萬分比）的高氯酸鹽 (ClO4−)、1.4 ppm 的氯酸鹽 (ClO3−) 和 16ppm 的硝酸鹽 (NO3−) ，最有可能起源於火星。氯酸鹽表明還存在其他的高氧化性氧氯化物，如由氯的紫外線氧化和高氯酸鹽 X 射線輻解產生的亞氯酸鹽 (ClO2−) 或一氧化氯 (ClO)。因此，只有高耐熔和 / 或良好保護的（地下）有機物才有可能存活。此外，最近對鳳凰號溼化學實驗室的分析表明，鳳凰號土壤中的高氯酸鈣可能長達 6 億年沒有與任何形式的液態水發生過作用，如果有，高溶解性的高氯酸鈣將只生成硫酸鈣，這表明這裡是一處極度乾旱的環境，與液態水的相互作用極少或根本沒有。

5.6 火星科學實驗室

火星科學實驗室任務為美國航天局於 2011 年 11 月 26 日發射的火星探索專案，好奇號探測車是一輛核動力機器人車輛，攜帶有評估火星過去和現在宜居性條件的儀器。2012 年 8 月 6 日，好奇號探測車在火星蓋爾撞擊坑埃奧利斯山（又稱夏普山）附近的埃奧利斯沼成功著陸。

2014 年 12 月 16 日，美國宇航局報告說，好奇號探測車檢測到火星大氣中可能為區域性性的 “十倍峰值” 含量甲烷。“20 個月內進行了十幾次” 樣本測量的結果顯示，2013 年末和 2014 年初甲烷含量有所增加，平均 “大氣中甲烷含量為十億分之七”，而在此前後，平均讀數僅約為該水平的十分之一。此外，在好奇號火星車分析的一塊名為 “坎伯蘭” 的岩石上所鑽取的粉末中，檢測到低濃度的氯苯（CH5Cl）。火星 2020 毅力號火星車是美國宇航局於 2020 年 7 月 30 日發射的火星漫遊者任務，其目的是調查火星上與天體生物學相關的古代環境、表面地質作用和歷史，包括評估其過去的宜居性以及在可獲得地質材料中儲存有生命印跡的可能性。。

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5.7 未來天體生物學任務

火星太空生物探測是一項歐洲主導，由歐洲空間局和俄羅斯航天國家集團共同開發的多航天器計劃，預定於 2016 年和 2020 年發射。其主要科學任務將是尋找火星上過去和現在可能存在的生命印跡。一輛配有 2 米（6.6 英尺）長巖芯鑽桿的探測車將用於在不同深度的地表下取樣，在那裡可能會發現液態水和倖存於宇宙輻射下的微生物或有機生命印跡。
火星樣本取回任務 — 最佳的生命探測實驗將是在地球上檢測火星土壤樣本，但提供和維持從火星到地球數月的生命支援困難仍有待解決。提供仍屬未知環境和營養的需求令人望而生畏，因此得出的結論是 “與基於培養的方法相比，從取回樣本中搜尋潛在生命跡象是研究碳基有機化合物最效的方法之一”。

定居

定居火星的一些主要原因包括經濟利益、最好由人類而自動探測器進行長期科學研究以及純粹的好奇心。火星的表面條件和水的存在使它成為太陽系中除地球外最宜居的行星。人類對火星的移民需要就地利用資源。美國宇航局的一份報告指出 “適用的前沿技術包括機器人技術、智慧裝置、奈米技術、合成生物學、三維列印 / 疊層製造及自主性等。這些技術與豐富的自然資源相結合，將能夠大大提高人類在到達火星前後，在就地資源利用方面的可靠性和安全性，並降低人類在火星定居的成本”。

火星互動地圖

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