火星上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水啦， 可惜還不能喝

韓茹雪

北京時(shí)間2018年7月25日晚，歐洲空間局團(tuán)隊(duì)宣布，在火星的南極冰蓋下，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)寬20公里的地下大湖。這是人類首次確定火星上存在液態(tài)水。

數(shù)百年來(lái)，人類始終期待，能夠在火星上發(fā)現(xiàn)生命的痕跡，進(jìn)而為人類登陸火星創(chuàng)造條件。而是否有水，成為其中最重要的因素。因此，“火星上真的有水”這一發(fā)現(xiàn)，其重大性不只是科學(xué)上的成果，還有人類生存空間延伸的希望。

太空靜悄悄，這個(gè)湖無(wú)聲地躺在火星南極巨大的冰川下、距離火星表面1.5公里處。它大約有20公里寬，而杭州西湖最寬處還不到3公里。

根據(jù)發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上的研究?jī)?nèi)容，這個(gè)湖非常冷，里面充滿了鹽和其他礦物質(zhì)混合物。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春評(píng)價(jià)：“零下74度都不會(huì)結(jié)冰的水，該是多么濃的鹵水啊。”

在這潭高鹽度的鹵水中，還可能存在生命嗎？宇宙的神秘緩緩展開，答案仍在路上。

尋水之旅

火星位于地球和木星之間，是離太陽(yáng)第四近的行星。它是太陽(yáng)系中最近似地球的天體，直徑約為地球的一半，有著與地球相似的晝夜交替、四季更迭。

“如果地球外存在生命，火星是最可能的棲息地”，這個(gè)猜想有著科學(xué)的基礎(chǔ)，但一直缺乏可證實(shí)的依據(jù)。

直到進(jìn)入航天器時(shí)代，人類才具備了實(shí)地去觀測(cè)火星的能力。

1971年5月，蘇聯(lián)先后發(fā)射兩艘去往火星的飛船，分別攜帶火星2號(hào)、火星3號(hào)著陸器，以及兩輛只有4.5千克的機(jī)器人Prop-M火星車。

半年多的星際旅行后，火星2號(hào)進(jìn)入火星軌道。與此同時(shí)，一場(chǎng)行星級(jí)的沙塵暴正在火星肆虐，風(fēng)速高達(dá)26米/秒，大氣中塵埃飛揚(yáng)，綿延整整一個(gè)月。

火星2號(hào)著陸器以每秒6000米的速度沖向火星，成為第一個(gè)到達(dá)火星的人造物，卻立刻栽倒在風(fēng)暴之中。

火星3號(hào)幸運(yùn)一點(diǎn)。1971年12月2日，它成功在火星實(shí)現(xiàn)軟著陸并向地球傳回火星地表的第一張照片。照片中也許是地面，也許是天空，沒(méi)有研究者能分辨清楚。還沒(méi)來(lái)得及拍下第二張照片，在抵達(dá)火星的十幾秒后，沙塵暴摧毀了火星3號(hào)的通訊系統(tǒng)，從此和地球失聯(lián)。

之后，人類對(duì)火星的探索大多失敗。不過(guò)，人類對(duì)火星的了解也在增長(zhǎng)。

人們看到火星擁有太陽(yáng)系最大最長(zhǎng)的峽谷之一——水手峽谷——長(zhǎng)約4000千米、深達(dá)7000米，而地球最大的峽谷雅魯藏布江大峽谷，只長(zhǎng)約505千米、平均深度5000米左右。火星還擁有太陽(yáng)系最高的山峰奧林帕斯火山，高度超過(guò)2萬(wàn)米，是珠峰海拔的2.5倍。

人們還真實(shí)地看到了疑似被水流沖刷而成的河谷、三角洲、湖床——火星以前也許真的有水。

2003年6月，一個(gè)名為“火星快車”的軌道探測(cè)器飛往火星，它搭載了來(lái)自歐洲各國(guó)的7臺(tái)科學(xué)儀器。按計(jì)劃，它將在大約6個(gè)月后抵達(dá)火星軌道，并從軌道上對(duì)火星進(jìn)行全火星年（669個(gè)火星日，相當(dāng)于687個(gè)地球日）觀測(cè)，以及對(duì)火星表面進(jìn)行拍攝。

2004年1月，NASA的勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)，相繼成功登陸火星。3月，研究者宣布，機(jī)遇號(hào)在巖石中發(fā)現(xiàn)液態(tài)水存在的證據(jù)。不久，勇氣號(hào)發(fā)現(xiàn)了鹽層，有分析認(rèn)為這有可能是一條古湖岸線的遺跡。

2006年，火星勘測(cè)軌道飛行器攜帶的“淺層雷達(dá)”設(shè)備，探測(cè)到火星埋藏著大量地下冰。通過(guò)對(duì)傳回的圖像十多年來(lái)的跟蹤，美國(guó)的一個(gè)聯(lián)合科學(xué)團(tuán)隊(duì)在今年年初宣布，找到了8處藍(lán)色的“深井冰”。這些厚達(dá)百米的地下冰埋在遠(yuǎn)離極地的火星中緯度地區(qū)，距離地表僅有1到2米。

2008年5月25日，鳳凰號(hào)著陸器登陸火星，并接連發(fā)現(xiàn)水冰、火星降雪。

年復(fù)一年，地球這一端接收信息的人類，冥冥中進(jìn)行著一場(chǎng)到火星的“尋水之旅”。

不過(guò)，人類一直認(rèn)為，水僅以氣態(tài)和固態(tài)的形式存在于火星上。雖然近幾年有證據(jù)間接表明火星上或許存在著季節(jié)性的液態(tài)水，但始終未能收集到?jīng)Q定性的觀測(cè)證據(jù)。

直到意大利科學(xué)家?guī)?lái)了這個(gè)消息。

真的是液態(tài)湖嗎？

傳回液態(tài)水證據(jù)的，正是“火星快車”號(hào)上攜帶的探測(cè)地下和電離層的高級(jí)雷達(dá)MARSIS。這個(gè)儀器是由意大利科學(xué)家團(tuán)隊(duì)安置的。2012年，科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了軟件升級(jí)，使之能夠獲得更詳細(xì)的數(shù)據(jù)。而新的發(fā)現(xiàn)，正由此開始。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，MARSIS會(huì)從軌道探測(cè)器“火星快車”號(hào)上，向火星發(fā)射低頻電磁脈沖，其中一些脈沖會(huì)與火星表面及其下方的物質(zhì)相互作用，再反射到 MARSIS，為科學(xué)家提供有關(guān)火星地質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息。

MARSIS的工作原理非常簡(jiǎn)單。但由于MARSIS是裝置在“火星快車”號(hào)上，而“火星快車”是圍繞火星快速移動(dòng)的，因此科學(xué)家團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)調(diào)查的極地地區(qū)（Planum Australe）停留的時(shí)間極短。這意味著，研究人員只能定期對(duì)該地區(qū)探測(cè)，若想獲得完整數(shù)據(jù)，需要收集多次，這需要花上數(shù)年時(shí)間。

在2012年到2015年期間，MARSIS團(tuán)隊(duì)對(duì)火星的南極區(qū)域進(jìn)行了總共29次探測(cè)，數(shù)據(jù)分析的結(jié)果表明，雷達(dá)信號(hào)中存在著明顯的異常。

這個(gè)異常區(qū)的深度大約在地表以下1.5公里處。多軌雷達(dá)數(shù)據(jù)可以圈定，這個(gè)亮反射異常區(qū)域的范圍，寬度大約有20公里。

通過(guò)對(duì)地球的雷達(dá)探測(cè)分析，科學(xué)家們知道，相對(duì)比于巖石或沉淀物，水對(duì)雷達(dá)的反射能力更強(qiáng)。而火星上新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)雷達(dá)反射信號(hào)，就與地球上極地冰川下的信號(hào)極為類似。

研究人員試圖為這種強(qiáng)烈的反射尋找其他的可能性。比如，冰蓋上方或下方，有一層冰凍二氧化碳，也能造成類似的現(xiàn)象。但研究人員認(rèn)為，任何解釋都不如液態(tài)水的存在，更符合當(dāng)前的觀測(cè)。

“我不能100%證明它是水，但我也想不出除了液態(tài)水之外它還能是什么?？赡苁俏胰狈ο胂?，也可能是現(xiàn)在的數(shù)據(jù)還不足?！盢ASA火星計(jì)劃辦公室的首席科學(xué)家理查德·祖里克在接受媒體采訪時(shí)解釋。但他也表示，如果有更多的雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果，科學(xué)家們可能得出其他的解釋。他本人并未參與到該研究中。

還有另一個(gè)數(shù)據(jù)作為輔助印證：電場(chǎng)中的物質(zhì)，具備不同強(qiáng)度的儲(chǔ)存能量能力，稱為“介電常數(shù)”。水的介電常數(shù)高于巖石和冰。而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，異常反應(yīng)區(qū)域的介電常數(shù)，高于火星上任何其他地方，而且與地球上的冰下湖泊相當(dāng)。

多種證據(jù)交叉論證，研究者們最終得出結(jié)論——這里存在液態(tài)水湖。

MARSIS首席研究員、意大利國(guó)家天體物理研究所羅伯托·奧羅塞伊則表示，雖然團(tuán)隊(duì)無(wú)法測(cè)量水層的厚度，但它不僅僅是一層薄膜。

不過(guò)，這并不是一個(gè)普通的湖?；鹦悄蠘O的溫度低達(dá)零下70攝氏度，而冰蓋厚度只有1.5公里，如何能保持液體狀態(tài)？此前，人類已經(jīng)在火星北部平原的土壤中，發(fā)現(xiàn)了大量的鎂、鈣等鹽類物質(zhì)，大量的鹽，可以降低水的冰點(diǎn)。因此，這一液態(tài)湖中，很可能也含有大量的鹽類物質(zhì)。

有了水，會(huì)有生命嗎？

液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)，似乎使火星擁有生命，變得更具可能性。不過(guò)，一個(gè)高濃度的鹽湖，是否能有生命存活呢？

美國(guó)西南研究所的地球物理學(xué)家大衛(wèi)·斯蒂爾曼對(duì)此保持疑問(wèn)，高濃度的鹽和零下數(shù)十度的溫度，對(duì)任何微生物來(lái)說(shuō)都不是好兆頭?！叭绻鹦巧c地球生命一樣，那里就太冷也太咸了。”

對(duì)于普通的生物而言，高濃度的鹽，會(huì)造成環(huán)境的高滲透壓，導(dǎo)致細(xì)胞滲透失水，進(jìn)而使生物死亡。

但科學(xué)家們解釋，這也并非絕對(duì)。即便在地球上，也有一種可以在極高鹽度的環(huán)境中生活的生物，并進(jìn)化出了對(duì)付這些高濃度鹽的“十八般武藝”。

它們生活在地球海洋深處的深海鹽湖里。這些鹽湖的鹽濃度，幾乎可達(dá)普通海水的5倍，這一濃度對(duì)普通海洋動(dòng)物來(lái)說(shuō)是致命的。但在這些深海鹽湖中，科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了一種微生物，可通過(guò)加工洋底滲漏的甲烷生存。它們既不依賴陽(yáng)光，也不畏懼對(duì)普通生命來(lái)講的超高濃度鹽分。

還有一種可以耐受15%以上氯化鈉濃度的微生物，它們具有獨(dú)特的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。這些在高鹽度環(huán)境中存活的生命，主要采取兩種不同的策略，來(lái)防止其細(xì)胞質(zhì)的滲透作用而導(dǎo)致的脫水。第一種方式是將有機(jī)化合物積聚在細(xì)胞質(zhì)中，形成一種滲透保護(hù)劑，防止細(xì)胞質(zhì)滲透失水。第二種方式則有些激進(jìn)，微生物可以讓鉀離子選擇性地進(jìn)入細(xì)胞，以此來(lái)提高細(xì)胞內(nèi)滲透壓。大多數(shù)古菌、酵母菌、藻類和真菌，都是通過(guò)第一類方式在高鹽環(huán)境中生存的，少數(shù)微生物采取第二類方式。

這些嗜鹽微生物還能夠使用各種能源。它們可以是需氧的也可以是厭氧的，可以通過(guò)光合、發(fā)酵、硫酸鹽還原等多種方式獲取能量。

另一個(gè)問(wèn)題是，未來(lái)能否在火星探測(cè)到更多液態(tài)水？

科學(xué)家同樣無(wú)法回答。他們認(rèn)為，如果這個(gè)湖泊是唯一一處液態(tài)水庫(kù)，意味著這一發(fā)現(xiàn)是一次奇怪的偶然，很可能是地殼中一些不規(guī)則的熱特性導(dǎo)致的。但是，如果火星上有不止一個(gè)冰下湖泊，人類對(duì)火星的探索將發(fā)生重大改變。

比如說(shuō)，如果人類能發(fā)現(xiàn)更多冰下湖，那就意味著，火星上有很多地方，都具備產(chǎn)生湖泊的條件，而通過(guò)這些地下液態(tài)水，則能幫助人類更多地了解火星早期的環(huán)境。

歐洲ExoMars火星車?yán)走_(dá)探測(cè)器的開發(fā)者、巴黎薩克雷大學(xué)的瓦萊麗·西亞雷蒂對(duì)媒體表示，“真正的大發(fā)現(xiàn)將是極地之外的更深處的水?！彼J(rèn)為，只有當(dāng)在較低緯度的溫暖區(qū)發(fā)現(xiàn)湖泊，才能提高火星擁有生命的可能性，“那里更適合活性微生物”。

移民火星，誰(shuí)會(huì)成功？

火星存在液態(tài)水的消息，對(duì)未來(lái)的火星移民來(lái)說(shuō)，是個(gè)好消息。這當(dāng)然不是一蹴而就的事情，但人類對(duì)火星的好奇心，變得更強(qiáng)烈了。

目前人類共有8個(gè)正在服役的火星探測(cè)器，5個(gè)來(lái)自美國(guó)，2個(gè)來(lái)自歐空局，1個(gè)來(lái)自印度。

2017月12月，特朗普的白宮一號(hào)太空令將登陸火星提上了日程。隨后，NASA為該計(jì)劃擬定了階段目標(biāo)：在2030年把人類宇航員送上火星。

SpaceX的埃隆·馬斯克同樣雄心勃勃，在他的火星移民計(jì)劃里，2024年預(yù)計(jì)將貨物和宇航員一起送上火星。這些執(zhí)行最初任務(wù)的飛船將成為SpaceX公司第一個(gè)火星基地的起點(diǎn)，最終在火星上建立一個(gè)自我維持的文明。

歐空局不甘落后：2017年，歐空局在“火星快車”號(hào)上載入了新的航天器軟件，將其服役年限將延長(zhǎng)至2020年。歐空局目前給出的火星車最新發(fā)射時(shí)間是2020年7月25日。

在探測(cè)火星的問(wèn)題上，印度目前當(dāng)?shù)闷稹皝喼尬ㄒ弧钡姆Q號(hào)。2014年9月入軌的“曼加里安”號(hào)是目前亞洲唯一一顆火星軌道探測(cè)器。印度也成了世界上首個(gè)發(fā)射火星軌道探測(cè)器一次就成功的國(guó)家。

中國(guó)計(jì)劃在2020年7月至8月用“長(zhǎng)征五號(hào)”火箭發(fā)射首次火星探測(cè)任務(wù)，包括火星軌道器環(huán)繞探測(cè)和火星車軟著陸巡視探測(cè)，實(shí)現(xiàn) “環(huán)繞、著陸、巡視”一步到位。

所謂一步到位，即探測(cè)器接近火星后，首先要讓它被火星引力捕獲，成為環(huán)繞火星飛行的探測(cè)器。之后，在合適時(shí)機(jī)，與環(huán)繞器分離的著陸巡視器將著陸到火星表面并釋放火星車，開展巡視探測(cè)。同時(shí)，環(huán)繞器繼續(xù)在軌道上進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。

項(xiàng)目首席科學(xué)家萬(wàn)衛(wèi)星院士曾說(shuō)道，中國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器“肩負(fù)重任”，它將通過(guò)光學(xué)遙感探測(cè)火星形貌，看看火星表面長(zhǎng)什么樣;通過(guò)光譜等探測(cè)火星土壤元素、礦物 成分及巖石類型;探測(cè)火星土壤結(jié)構(gòu)及水冰，火星表面甚至地下淺層是否有水;還要探測(cè)火星空間環(huán)境，包括火星大氣。

火星液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)，也許只是個(gè)例，也許還有更多，宇宙神秘沒(méi)有確定，人類的好奇心永不停止。

編輯 何吾