火星“運(yùn)河”畔的生命之謎

張舟斌　左維　李春來

火星上的“河”

火星，這顆被認(rèn)為具有與地球上相似的條件、可作為未來移民之地的星球，自古以來就吸引著人類關(guān)注的目光。古羅馬人用戰(zhàn)神瑪爾斯的名字來稱呼這顆神秘的“紅色星球”，而中國的古人則因它熒熒如火，位置、亮度時(shí)常變動(dòng)讓人無法捉摸而稱之為“熒惑”。17世紀(jì)初，伴隨著望遠(yuǎn)鏡的誕生，火星神秘面紗的一角才得以被揭開。

斯基亞帕雷利繪制的火星表面特征圖（圖片來源/《邁耶百科詞典》第四版）

1877年，意大利天文學(xué)家喬凡尼·維爾吉尼奧·斯基亞帕雷利在用望遠(yuǎn)鏡對(duì)火星進(jìn)行觀測時(shí)，發(fā)現(xiàn)火星表面存在著一系列縱橫交錯(cuò)的直線狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，他結(jié)合前人的研究成果，根據(jù)其觀測到的景象繪制出了一張具有重要意義的火星地圖，并用他自己建立的一套方法給地圖上的主要特征取了地名，而這張地圖也為國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）為火星地名建立起正式的命名體系奠定了基礎(chǔ)。

然而，富有戲劇性的是，斯基亞帕雷利用來描述這些直線狀網(wǎng)絡(luò)的意大利文“canali”（渠道）被錯(cuò)誤地翻譯成了英文“canals”（運(yùn)河）——這個(gè)詞意為由人工或智慧生命建造的運(yùn)河。

在當(dāng)時(shí)蘇伊士運(yùn)河（1859年開始建設(shè)，1869年建成通航）建成的大背景下，火星上的智慧生命建造了運(yùn)河的說法廣為流傳。美國波士頓的富豪珀西瓦爾·勞倫斯·洛厄爾便是這一說法的狂熱支持者，他甚至為此建造了一座天文臺(tái)來尋找這些“運(yùn)河”。在接下來的15年時(shí)間里，他根據(jù)觀測到的現(xiàn)象在其917幅草圖中繪制出了437條運(yùn)河，并認(rèn)為這些直線狀特征是火星人為了將水從火星極地輸送至干涸的赤道區(qū)域所建造的人工運(yùn)河。

但運(yùn)河的概念遭到了一些天文學(xué)家的駁斥。1903年，英國天文學(xué)家約瑟夫·愛德華·埃文斯和愛德華·沃爾特·蒙德通過一個(gè)視覺實(shí)驗(yàn)證明了所謂的運(yùn)河是如何在光學(xué)錯(cuò)覺下產(chǎn)生的：當(dāng)用較低觀測質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡觀察許多點(diǎn)狀特征（例如火星表面的環(huán)形坑等）時(shí)，它們似乎會(huì)合在一起形成直線。盡管不斷有天文學(xué)家提出更多的證據(jù)，但到19世紀(jì)60年代仍有人相信這些運(yùn)河的存在，直到1965年美國發(fā)射的水手4號(hào)火星探測器傳回了21張照片才終止了這一傳言：從這些距離火星約1萬千米處拍攝的照片中根本看不到所謂的運(yùn)河！

火星上的谷

隨著人類深空探測技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家們獲得了大量極高分辨率的火星表面圖像以及其他各種探測數(shù)據(jù)，火星的真實(shí)面貌在人們眼中逐漸清晰了起來。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，火星表面不但確實(shí)存在著許多谷和溝渠，其中不少還保留著大量流水沖刷的痕跡。盡管早期的天文學(xué)家所聲稱的“運(yùn)河”與這些現(xiàn)象并無關(guān)系，但人們不得不贊嘆這些人類科學(xué)事業(yè)開拓者的神奇想象力。

洛厄爾正在觀察火星（圖片來源/Wiki）

壯觀的火星水手谷（圖片來源/NASA）

蔚為奇觀的水手谷（Valles Marineris）便是其中最為著名的一個(gè)代表。這條火星的名勝“谷”跡是火星表面乃至太陽系最大、最長的峽谷，它位于火星西半球的赤道南側(cè)附近，宛如火星表面一條巨大的傷疤，延綿3760多千米。為了紀(jì)念美國水手9號(hào)探測任務(wù)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)所做出的杰出貢獻(xiàn)，國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)于1973年將其命名為水手谷。關(guān)于水手谷是怎么形成的，科學(xué)家們?cè)?jīng)有過各種爭論：有認(rèn)為是受到水的侵蝕形成的;有認(rèn)為是冰川地區(qū)的永久凍土融化造成的;也有認(rèn)為是表面下的巖漿流失造成地表下陷而形成的;而現(xiàn)今最被認(rèn)同的觀點(diǎn)是，它的形成類似于地球上東非大裂谷的形成機(jī)制，即由地殼拉張陷落而形成，之后又因?yàn)榍捅诘纳奖篮颓治g使其不斷擴(kuò)大，最終成為了我們現(xiàn)在所看到的水手谷。

火星上的水

更讓人們感到興奮的是，科學(xué)家在火星表面發(fā)現(xiàn)了一系列跟水這一生命之源存在密切關(guān)系的溝谷，長達(dá)1580千米的卡塞谷（Kasei Valles）就是其中的典型。這類溝谷具有寬度變化大、彎曲度小、分支復(fù)合現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)，并且在河道中央常見淚滴狀孤島，這些都與地球表面的洪水經(jīng)過時(shí)所形成的溢流河道極為相似。因此，火星表面這些類似的溢流河道通常被認(rèn)為是大量湖水泄洪或地下水猛烈噴出后沖刷火星表面形成的。

水手4號(hào)拍攝的火星表面圖。為了紀(jì)念這次歷史性的任務(wù)，圖幅中央占據(jù)約一半高度的、隱約可見圓形邊界的環(huán)形坑被國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)命名為水手坑（Crater Mariner） （圖片來源/NASA）

火星地形彩色暈渲圖，不同顏色代表火星表面不同的海拔高度。圖幅中央有明顯水流沖刷痕跡的區(qū)域即為卡塞谷（圖片來源/ESA）

此外，在火星表面古老的諾亞紀(jì)（火星地質(zhì)年代）地體上還存在著一種網(wǎng)狀河谷，其形態(tài)類似于地球上干旱區(qū)域的樹枝狀河流，河道高度集中，流域范圍廣泛，因此科學(xué)家推斷火星早期很可能存在著大范圍的降水，降水形成的水流沖刷火星表面并匯聚于低洼的盆地，最終形成了這些古老的網(wǎng)狀河谷。

火星上還有一種最具爭議的水流地貌——沖溝，它們大多表現(xiàn)為細(xì)小的線條形，其寬度通常在幾米到幾十米，而長度也只有百來米，通常分布于陡立的斜坡之上，上部有分又，向下匯合成一條或多條溝谷，其形成時(shí)期相對(duì)較晚。然而，關(guān)于這種沖溝的成因目前還尚不清楚，有些科學(xué)家認(rèn)為是火星早期氣候環(huán)境下存在了成千上萬年的積雪發(fā)生融化或近代的表面水噴發(fā)造成的，還有些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些沖溝經(jīng)常在有季節(jié)性二氧化碳冰（干冰）形成的地方出現(xiàn)，預(yù)示著這種沖溝的形成可能與水無關(guān)。

火星表面樹枝狀的河谷——沃里戈谷（Warrego Valles）（圖片來源/NASA）

位于陡坡的一處典型的沖溝（圖片來源/NASA）

火星上的生命密碼

盡管火星較低的溫度、稀薄的大氣、惡劣的輻射環(huán)境不太適合地球生命形式的存在，但火星表面發(fā)現(xiàn)了水的跡象還是極大的激發(fā)了人們對(duì)火星上存在生命的各種幻想，因此生命也成為人類探測火星的一個(gè)極為重要的科學(xué)主題。

1976年，維京1號(hào)在火星表面拍攝到一張酷似人臉的照片，盡管后來的火星全球勘探者號(hào)拍攝的高分辨率圖像顯示，這只不過是火星表面的一座小山在特定的角度和光照條件下所呈現(xiàn)出的錯(cuò)覺，但這張“火星臉”照片卻掀起了人們對(duì)火星人的各種猜想狂潮。然而，自1976年海盜號(hào)生物試驗(yàn)室首次在火星上開展生命探測實(shí)驗(yàn)以來，人類到目前為止仍然沒能在火星上找到現(xiàn)在和過去存在生命活動(dòng)的直接證據(jù)。

但在與生命有關(guān)要素的探測方面，人類已經(jīng)取得了一系列重要的成果：越來越多的證據(jù)表明，在火星古老的諾亞紀(jì)曾經(jīng)存在著表面液態(tài)水，并且可能存在適合微生物生存的環(huán)境;在火星大氣中檢測到了低濃度的甲烷氣體，并且現(xiàn)在仍存在甲烷的生成活動(dòng)，而地球上90%～95%的甲烷都是由生物活動(dòng)形成的;同時(shí)還在火星巖石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)碳分子這一組成生物體最基本的要素。所有這些與生命有關(guān)要素的探測成果，不但激發(fā)了新一輪火星探測的高潮，同時(shí)也是下一步火星生命探測的突破點(diǎn)。

（責(zé)任編輯/陳瑩 美術(shù)編輯/胡美巖）