漫漫火星尋水路

劉博洋

? 水手谷的遠古火星流水遺跡

在21世紀初，美國國家航空航天局（NASA）下屬的火星探測計劃分析小組（MEPAG）曾提出，NASA火星探測的科學方向為火星生命、火星地質(zhì)、火星氣候，以及為載人登陸火星做準備。而在這些科研目標中，水是維持生命的最基本需求，且對于認識火星氣候的演變、火星地質(zhì)的形成過程等具有重要的作用;未來，載人登陸火星也需要用火星上的水作為重要資源?？梢哉f，“水”是這些科研目標中的焦點，“追蹤水的痕跡”也就成為當時NASA火星探測的重要戰(zhàn)略目標之一。

而在2015年9月底，NASA拋出“火星之謎已解開”的重磅新聞。雖然并非是“火星人”大發(fā)現(xiàn)，但卻著實有著足夠分量——有光譜證據(jù)顯示，火星上現(xiàn)在就有液態(tài)水。若果真如此，也許《火星救援》里的馬克就不需要用火箭燃料制水，也不必再糾結(jié)“今天喝的咖啡源自昨天喝的咖啡”了。

?火星勘測軌道飛行器MRO

吉他手變身有“奇遇”

那么，究竟是什么樣的證據(jù)，使火星探索領(lǐng)域的科學家們?nèi)绱藶橹奈枘?？就讓我們先來聊聊它的發(fā)現(xiàn)者——美國佐治亞理工大學一位名不見經(jīng)傳的博士生盧金德拉·歐嘉（Lujendra Ojha）。這個堪稱人類探索火星歷史上里程碑式的發(fā)現(xiàn)，來源于這位尼泊爾裔仁兄——作為曾經(jīng)的搖滾樂隊吉他手，他畫風一變，成了影響人類太空征程的大學霸，也是令人稱奇。

那么歐嘉是怎樣做出這次重大發(fā)現(xiàn)的呢？2011年，歐嘉還在讀本科的時候，就開始從事火星研究。生逢其時，他使用的數(shù)據(jù)來自火星勘測軌道飛行器MRO搭載的高分辨率相機HiRISE：這臺相機能夠看到火星上1米大小的物體，能對火星地表進行精細的成像。而當MRO飛行器繞火星運行時，還可以多次經(jīng)過同一地點，這讓歐嘉能夠比較同一地點時隔一年、一個月乃至一天的變化。在HiRISE相機的幫助下，呈現(xiàn)在歐嘉眼中的便是一個“活的”火星。

當歐嘉查看大量火星遙感照片時，意外地發(fā)現(xiàn)，在火星南半球中緯度地區(qū)的某些隕石坑的陡坡上，有一些“奇怪的東西”—一些深色的線條，寬度約為幾米，長度可達幾百米;更奇怪的是，每當火星到了夏季，這些線條就出現(xiàn)并蔓延，而到了冬季，又逐漸消失不見。這簡直就像是什么東西融化之后流淌下來的一樣！這是個令人極其興奮的想法！因為，最有可能出現(xiàn)在那些深色線條里的，正是生命之源—水。

當然，作為訓練有素的學霸，歐嘉不會這么草率地斷言這就是水。他給這些線條起了個名字，“暫現(xiàn)斜坡條帶”（TSL，后被學界改稱“季節(jié)性坡紋”，縮寫RSL）。接下來，歐嘉要做的，就是找到證據(jù)，讓人信服地證明，這就是人們夢寐以求一直追尋的火星表面液態(tài)水。

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火星上發(fā)現(xiàn)類似流水侵蝕地貌

? 薩瑞南高地上新形成的溝渠

科學家們在火星上發(fā)現(xiàn)了三角洲、沖積扇、溝渠等大量流水侵蝕地貌，其中一些盆地的地貌與我國柴達木盆地中的干涸鹽湖地貌十分相似，這也從一個側(cè)面說明火星上曾經(jīng)發(fā)育過大型湖泊。

季節(jié)性坡紋大起底

如果那真的是水——歐嘉面臨的首要難題是：怎么解釋火星上居然會有流動的水？原來，火星與太陽的距離比日地距離遠約50%，受太陽光照相對更少，又因為火星本身的質(zhì)量小、大氣稀薄，因此，表面溫度比地球要低不少。大部分時間，火星上絕大多數(shù)地區(qū)的氣溫相當于地球的南極，只有在火星夏季的較短時間內(nèi)，其赤道附近能達到0℃以上。但歐嘉所見到的季節(jié)性坡紋，在火星地表溫度已經(jīng)降到0℃以下時，還會繼續(xù)存在一段時間。如果真的是水的話，是怎么做到在冰點以下仍然保持液態(tài)呢？

? 霍洛維茲隕石坑的RSL

有一種可能：那水是鹵水，也就是高鹽度的水。我們知道，加入鹽的水，冰點會降低。實驗室研究表明，加入銨鹽的水溶液，冰點可以降低到零下40℃。果真如此，就能解釋火星液態(tài)水的存在了。

于是，歐嘉使用MRO搭載的光譜設(shè)備CRISM對火星表面發(fā)現(xiàn)季節(jié)性坡紋的區(qū)域進行了研究。結(jié)果顯示，依據(jù)CRISM探測這些區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)，繪制成譜線，其中向下凹的“吸收峰”，與水合鹽類物質(zhì)（高氯酸鹽溶液）的光譜基本吻合。可以據(jù)此推測，火星上這些季節(jié)性坡紋區(qū)域中存在高鹽度的液態(tài)水。在這個基礎(chǔ)上，根據(jù)季節(jié)性坡紋中光譜監(jiān)測到的水合鹽類含量的變化，可以確定，這些季節(jié)性坡紋是由水流作用形成的。

這也一定程度上解釋了水的來源—高氯酸鹽固體常被用作地球上的干燥劑，它可以吸收火星大氣中的微量水蒸氣，將其固定、富集起來;而在溫度上升時，這些水就可以融化釋出。當然，由于火星大氣層中包含的水蒸氣極少，也有人認為，水的來源是火星過去處在冰期時，埋藏在地殼中的地下水。

?高氯酸鹽吸收水蒸氣原理示意圖

??火星上發(fā)現(xiàn)高氯酸鹽溶液的地點

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火星液態(tài)水像“膠水”？！

既然人類從20世紀下半葉就開始關(guān)注火星探測，為什么直到最近才終于得以證明“火星上現(xiàn)在就有液態(tài)水”呢？原來，火星上的這些水溶液中高氯酸鹽的含量高、密度大，加之火星的低溫，使水溶液非常黏稠，確實猶如我們平常使用的膠水，這也是火星上的液態(tài)水能“遁形”許久的重要原因之一。

?火星上，一個面向西部的賈尼撞擊坑坑壁上的季節(jié)性坡紋

找水為了繼續(xù)

“搜尋生命信號”

其實，這不是人類第一次在火星上探測到水存在的證據(jù)。在火星水手谷等地，人們早已發(fā)現(xiàn)遠古流水的痕跡。降落在火星北極的鳳凰號探測器，也曾一鏟子下去挖出一片水冰。不過，作為第一次發(fā)現(xiàn)“現(xiàn)在”的火星上仍然有液態(tài)水存在的證據(jù)，歐嘉還是立了大功。因為，液態(tài)水是孕育生命的搖籃?；鹦巧先匀淮嬖诩竟?jié)性的液態(tài)水，這個事實極大地鼓舞了我們?nèi)祟愄剿骺赡艽嬖诘摹盎鹦巧钡膲粝搿?/p>

液態(tài)水是生命的溫床，也一直是地球人引以為傲的資產(chǎn)。不過多年來，發(fā)往太陽系的探測器傳回的信息，讓我們越來越相信，液態(tài)水并非地球所獨享，在類地星球上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水，也大大激發(fā)了人們到太空“搜尋生命信號”的熱情。

?鳳凰號著陸器在火星北極地表下發(fā)現(xiàn)的水冰

在木衛(wèi)二歐羅巴，科學家相信，它厚達10～30千米的冰面下，由于地質(zhì)活動的加熱，存在100千米之深的冰下海洋;而其冰封的表面呈現(xiàn)出的仿佛后現(xiàn)代藝術(shù)般、肆意縱橫的紅褐色線條，也被認為是這些地質(zhì)活動加熱造成的。如果屬實，木衛(wèi)二含有的液態(tài)水總量將達到3×1018噸，是地球海洋的兩倍。而在這漆黑廣袤的大洋里，是有可能產(chǎn)生利用地熱而非太陽能維持生命的生物的。2013年，吳彥祖主演的電影《歐羅巴報告》，就講述了一個宇航員前往歐羅巴，遭遇大型海洋生物以致全軍覆沒的科幻故事。

? 木衛(wèi)二冰封的表面及縱橫交錯的紅褐色線條

而在土衛(wèi)二，土星巨大的潮汐力加熱了冰層，產(chǎn)生可能不遜于木衛(wèi)二的全球性冰下海洋;太陽系最大的衛(wèi)星木衛(wèi)三，也因其極光活動被懷疑具有溫暖咸腥的冰下海洋。

如果拿掉“液態(tài)”這個定語，水在太陽系中的存在就更加普遍：在月球極地、在谷神星的隕擊坑中、在冥王星的廣袤冰川山陵，甚至在靠近太陽的炙熱的水星上，我們都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)固態(tài)水的蹤跡。太陽系猶如此，水在宇宙中的豐富程度可能遠超我們的想象。在那以萬億計的系外行星系統(tǒng)中，又會有多少溫暖濕潤、生機勃勃的世界呢？

從地球到火星，從火星到無盡的深空，不知還有多少宇宙與生命的奇跡等待著我們?nèi)ヌ綄ぃ?/p>

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警惕“星際物種入侵”事件

火星上現(xiàn)在仍有液態(tài)水存在，所以，我們應(yīng)該趕快派個火星車，甚至派人去火星上這些發(fā)現(xiàn)液態(tài)水的地方嗎？科學家們發(fā)話了：先別急?；鹦巧鲜欠翊嬖诨蛟?jīng)存在過生命物質(zhì)的問題，長期以來都是火星探測的熱點與重點?；鹦强茖W家們當然比誰都更想到火星上可能“生機勃勃”的地方看看，但正是因為這些地方可能發(fā)育火星原生生命，反而應(yīng)格外小心。雖然目前每一架發(fā)往火星的探測器都會經(jīng)過嚴格的滅菌，但百密難免一疏，一旦火星探測器不小心沾染了一點地球微生物，又貿(mào)然去探索火星上最有可能存在生命的地方，就可能引發(fā)地球微生物入侵火星的“星際物種入侵”事件，破壞火星的原生生態(tài)系統(tǒng)，讓人類永遠錯過這顆紅色星球包含的珍貴的生命起源信息。