火星冰層中可能存在光合作用的棲居帶

在地球上，太陽輻射能穿透冰層數米深，具體深度取決於冰的光學性質。冰層中的生物能利用光合有效輻射的能量，同時免受有害紫外線輻射的傷害。在火星上，由於缺乏有效的臭氧層保護，相比地球，大約多30%的有害紫外線輻射能到達火星表面。然而，新研究顯示，儘管火星表面紫外線輻射強烈，但在火星中緯度地區的冰層記憶體在輻射適居帶。對於含塵量0.01 - 0.1%的冰層，適居帶深度從幾釐米不等；而在更乾淨的冰層中，適居帶深度可達數米。

美國國家航空暨太空總署（NASA）噴射推進實驗室的研究員阿迪蒂亞·庫勒博士表示：“如果我們如今試圖在宇宙中的任何地方尋找生命，火星上暴露的冰層可能是最容易探索的地方之一。”

火星有兩種冰：凍結的水和凍結的二氧化碳。

庫勒博士及其同事研究的是水冰。在過去一百萬年的一系列火星冰河時期中，大量的雪夾雜著塵埃落在火星表面，形成了這些水冰。

那些古老的雪早已凝固成冰，至今仍散佈著塵埃顆粒。

儘管塵埃顆粒可能會遮蔽冰層深層的光線，但它們是解釋冰層暴露在陽光下時，地下積水如何形成的關鍵。

深色的塵埃比周圍的冰吸收更多陽光，有可能使冰層表面以下幾英尺的冰融化。

火星科學家對於冰層暴露在火星表面時是否真的能融化存在分歧。

這是因為火星的大氣稀薄乾燥，人們認為水冰會像地球上的乾冰一樣昇華——直接變成氣體。

但在塵雪堆或冰川表面以下，那些使火星表面冰層難以融化的大氣效應就不適用了。

在地球上，冰層中的塵埃能形成所謂的冰塵穴。當被風吹來的塵埃顆粒（稱為冰塵）落在冰面上，吸收陽光，每年夏天就會在冰層中融化出更深的小洞穴。

最終，當這些塵埃顆粒離陽光越來越遠，它們就不再下沉，但仍能產生足夠的熱量，在其周圍形成一層融化的水。

這些小水窪能為簡單生命形式提供一個繁榮的生態系統。

亞利桑那州立大學的研究員菲爾·克里斯滕森博士表示：“這在地球上是常見的現象。”

“厚厚的冰雪可以從內部開始融化，就像溫室一樣，陽光照射進去使它升溫，而不是從表面向下融化。”

2021年，研究人員發現火星峽谷中暴露著含塵水冰，並提出許多火星峽谷是由冰融化成液態水而造成的侵蝕形成的。

他們的新論文指出，含塵冰層能讓光線穿透到表面以下3米（9英尺）深的地方，足以進行光合作用。

在這種情況下，冰層的上層既能防止淺層地下積水蒸發，又能保護其免受有害輻射。

這很重要，因為與地球不同，火星缺乏保護性磁場，無法抵禦太陽和在宇宙中穿梭的放射性宇宙射線粒子。

研究人員稱：“最有可能形成地下積水的水冰，會存在於火星的熱帶地區，緯度在南北半球的30度至60度之間。”

這篇論文發表在《通訊地球與環境》期刊上，A.R. Khuller et al. 2024. Potential for photosynthesis on Mars within snow and ice. Commun Earth Environ 5, 583; doi: 10.1038/s43247-024-01730-y