在这颗红色星球上的一个陨石坑里，一个孤独的机器人正在四处移动。现在，它可能正在用钻头和机械臂收集土壤样本，因为它已经习惯了这样做。作为科学的延伸臂，美国宇航局的好奇号火星车已经在火星上活跃了近12年，它继续发现惊喜和挑战科学家对火星和地球上我们自己世界的理解。
最近，具有特殊性质的沉积有机物质的发现让许多研究人员摸不着头脑。这些碳基材料的特性，尤其是其碳同位素的比例，让研究人员感到惊讶。
具有这种特性的有机物质，如果在地球上被发现，通常是微生物存在的迹象，但它们也可能是非生物化学过程的结果。这一发现显然让研究人员努力寻找一个明确的答案，但似乎没有一个合适的答案。
然而，对于发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)上的一项新研究背后的研究合作，几乎没有人挠头，而是充满了热情。
事实上，在火星上的发现为哥本哈根大学和东京工业大学的这组研究人员提供了缺失的部分，使一切都井然井然。
正如合著者、化学教授马修·约翰逊(Matthew Johnson)所说，这是证实他十年前关于火星大气中所谓光解作用理论所需要的“确凿证据”。
有了好奇号的样本，这项新研究可以相当肯定地证明，太阳在数十亿年前分解了火星大气中的二氧化碳——正如旧理论所预测的那样。由此产生的一氧化碳逐渐与大气中的其他化学物质发生反应，合成复杂的分子，从而为火星提供了有机物质。
“这种以碳为基础的复杂分子是生命的先决条件，可以说是生命的基石。所以，这有点像以前关于先有鸡还是先有蛋的争论。我们展示了在火星上发现的有机物质是通过大气光化学反应形成的——没有生命。这就是“蛋”，生命的先决条件。这种有机物质是否导致了这颗红色星球上的生命，还有待证明。”
哥本哈根大学化学系的马修·约翰逊教授说:“此外，由于地球、火星和金星在很久以前发生这种光解作用时，有着非常相似的富含二氧化碳的大气，这对我们了解地球上的生命是如何开始的也很重要。”
相隔5000万公里的两块碎片，一个难题解决了
12年前，约翰逊和他的两位同事利用基于量子力学的模拟来确定当富含二氧化碳的大气暴露在太阳的紫外线下会发生什么，这一过程被称为光解。
基本上，在火星上，大约20%的二氧化碳被分解成氧气和一氧化碳。但是碳有两种稳定的同位素:碳12和碳13。通常它们以1个碳13比99个碳12的比例存在。然而，光解作用对较轻的碳-12更快，因此光解产生的一氧化碳含有较少的碳-13(被耗尽)，而剩下的二氧化碳含有较多(被富集)。
正因为如此，约習和他的同事们能够非常精确地预测光解后碳同位素的比例。这给了他们两个独特的指纹来寻找。其中一种是多年前在另一个火星样本中发现的。
“我们实际上在地球上有一块火星，它被陨石撞出了火星，...(2309 chars omitted)...此高浓度的同位素可以表明这一过程。
额外信息:著名的火星陨石
火星上碳-13含量较低的有机沉积物的发现，解决了光解理论的经验证据难题，因为研究人员早在几年前就在著名的艾伦·希尔斯84001陨石中发现了这个难题的另一部分。陨石中含有高浓度的重碳13同位素的碳酸盐。
这块陨石40年前由罗伯塔·斯科斯(Roberta Score)在南极洲发现，据信它来自这颗红色星球。由于它含有一些沉积物，美国宇航局(NASA)的研究人员在1996年宣布，他们相信他们发现了火星细菌微观化石的痕迹，因此这块陨石变得尤为出名。
今天，人们的共识是，这些沉积物是非生物的，也就是说，源于非生物过程。
额外信息:火星、地球和金星有相同的大气层
据研究人员称，数十亿年前，地球的大气层与我们的邻近行星火星和金星大致相同。
当早期的行星金星、地球和火星最终形成固体表面时，研究人员认为它们开始从极端的火山活动中释放大量的二氧化碳。这就是它们如何形成第一个含有大量气体的大气层。氧气还没有成为大气的一部分;这发生在生命出现之后的地球上。
光解理论认为来自太阳的紫外线会引发一系列的化学反应。一个从二氧化碳分解成一氧化碳开始的链条，一氧化碳是许多其他化合物的基本组成部分。
因此，在太阳的帮助下，我们今天拥有的许多碳化合物和复杂分子的基础形成了——就地球而言，这是生命的基础。
“从那时起，这三颗行星的命运就有了很大的不同。地球上的二氧化碳与我们大量的地表水发生反应，随着时间的推移，其中大部分以石灰岩等碳酸盐岩的形式沉积下来，留下了我们今天所拥有的以氮为主的大气。生命出现了，微生物产生了氧气，其中包括创造了我们的臭氧层，而火星和金星今天仍然有以二氧化碳为主的大气，”马修·约翰逊解释说。
今天，金星有一个非常稠密和有毒的大气，主要是二氧化碳，这使得它的表面温度约为450摄氏度。
在火星上，大气比地球稀薄得多，留下了一片沙漠景观。
关于这项新研究:
这项研究发表在《自然地球科学》杂志上，刚刚发表在该杂志的6月刊上。
以下研究人员对这项新研究做出了贡献:
来自哥本哈根大学化学系:
马修·s·约翰逊和约翰·a·施密特
来自东京工业大学:
上野雄一郎、臧晓峰、亚历克西斯·吉尔伯特、黑川博之和臼井友宏
来自东京大学和比利时皇家航天航空研究所:
Shohei青木
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