火星“找水”記

張唯誠

火星探測一直倍受世人矚目，而對火星上水的探究則是關(guān)注的焦點。這是因為水是生命存在的前提，是否存在水可作為判斷火星上是否存在生命的先決條件。此外，找水也是為人類登陸火星創(chuàng)造條件。

現(xiàn)在，人們得到的結(jié)論是，火星上的確存在水，而且水量豐富，只是就目前而言，它存在的狀態(tài)如何，例如流動的液態(tài)水是否真實存在，地下的湖水會呈現(xiàn)怎樣的狀態(tài)等，還有很多爭論。

冰凍水儲量豐富

2020年的一項研究支持了一個2018年的論點，即在靠近火星南極的冰下存在一個湖。最初，這個可能存在的湖泊是依靠火星軌道探測器“火星快車”于2012年5月至2015年12月間收集到的雷達數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)在，通過研究2010年到2019年收集的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們再次發(fā)現(xiàn)冰層下反射性很強，波形非常平坦?？茖W(xué)家認(rèn)為，這些新發(fā)現(xiàn)不僅證實了早期的結(jié)論，而且還據(jù)此找到了幾個較小的池塘，它們環(huán)繞著主水體，并被一塊塊干燥的陸地分隔開來。更為重要的是，其中的湖水很可能呈現(xiàn)液態(tài)。這大大增強了人類在火星上尋找水源的信心。

其實，早在2000年，“火星全球勘測者”探測器就發(fā)現(xiàn)火星上存在疑是流水沖刷而成的痕跡。這艘火星探測器用其攜帶的火星軌道照相機拍攝到一些像是流水沖刷而成的峽谷，它們顯示出非常新鮮的痕跡。當(dāng)年，一些行星科學(xué)家將這一發(fā)現(xiàn)作為火星依然存在液態(tài)水的有力證據(jù)。這些科學(xué)家推測，火星上的水可能在幾百年間出沒無常，行蹤不定。

這之后，一系列奔赴火星的探測器都把找水作為主要任務(wù)，包括“奧德賽”和“火星快車”探測器、“鳳凰號”著陸器、“勇氣號”和“機遇號”火星漫游車等。它們都各自在火星找水領(lǐng)域里取得了突破性的發(fā)現(xiàn)，其中“火星快車”的發(fā)現(xiàn)尤其令人關(guān)注。

“火星快車”裝備有高強度的地下探測雷達“MARSIS”，它的主要本領(lǐng)是測繪地表以下的物質(zhì)構(gòu)成，這相當(dāng)于擁有了一眼看穿地表的本領(lǐng)。其原理是向火星表面發(fā)出低頻無線電波。這些電波的一部分可穿過地表被地下的水或冰等物質(zhì)反射，從而呈現(xiàn)地表之下的情況。2005年2月，“MARSIS”在火星赤道的地表之下找到了大約有800千米長、900千米寬，平均深度達到45米的冰凍水層，它以大塊浮冰的形式存在。同年，“MARSIS”又在火星北極地區(qū)地表之下約1000米的地方發(fā)現(xiàn)了水冰層。

2005年7月，“火星快車”的高分辨率立體攝像機“HRSC”在位于北極附近著名的北方大平原上，又發(fā)現(xiàn)了一塊直徑達12.8千米的巨大積冰。于是，北方大平原很快便成了人們找水的重要目標(biāo)。2008年5月26日，“鳳凰號”著陸器成功著陸到了這個淺谷平原上。同年7月，“鳳凰號”依靠它的“熱量和釋出氣體分析儀”檢測了一份采自火星地表的土壤樣本，然后加熱這份樣本，分析儀就此鑒別出其中有水蒸氣產(chǎn)生。這項實驗證實了科學(xué)家們的猜想：火星北極附近地表之下很淺的土壤層里含有豐富的冰凍水。

火星探測器“火星勘測軌道器”

液態(tài)水“若隱若現(xiàn)”

然而，火星上有流動的液態(tài)水嗎？如果有，它們又是怎樣的形態(tài)？與地球上的液態(tài)水有何不同？

研究的突破來自2011年，這年8月，“火星勘測軌道器”拍攝的圖像顯示，在火星的春夏兩季，隕石坑的一些斜坡上會出現(xiàn)“手指形狀的陰影物體”，它們的形態(tài)隨著季節(jié)的變化而變化，且沿著斜坡向下延伸。科學(xué)家們將這種現(xiàn)象解釋為“鹽水形成的水流”。

火星表面大部分地區(qū)的溫度常年都在0℃以下，所以純水不會呈液態(tài)。但如果這些水中含有鹽分，那么它們就能在很低的溫度與壓力下維持液態(tài)。因而，大致上說，將那些隨季節(jié)變化的“手指形狀的陰影物體”解釋為流動鹽水的活動是經(jīng)得起推敲的。

目前，最新的發(fā)現(xiàn)也是依靠“火星快車”上的雷達“MARSIS”獲得的?！癕ARSIS”探測過火星上的冰層。無線電波的短暫發(fā)射會在冰面上發(fā)生反射，但有些會穿透冰面進入更深的地方，然后從冰面底部反彈回來，從而產(chǎn)生第二次反射。第二次反射的亮度和銳度可揭示冰下地形的細節(jié)。分析這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家們認(rèn)為，在靠近南極的冰下大約1500米處存在一個湖泊，在湖泊的旁邊還有另外幾個池塘。

如果以上探測結(jié)果屬實的話，中央湖的面積大約就有600平方千米。參與這項研究的科學(xué)家相信這個中央湖是真實存在的。對此，意大利博洛尼亞國家天體物理研究所的行星科學(xué)家羅伯托·奧羅塞認(rèn)為：“這是迄今人類在火星上發(fā)現(xiàn)的最接近‘宜居的區(qū)域。在地球上，明亮平坦的雷達反射區(qū)域‘毫無疑問就是液態(tài)水。同樣的分析技術(shù)也被用于研究地球南極和格陵蘭島冰下的湖泊。因而，這個研究結(jié)果是真實可信的。”

火星找水任重道遠

然而，可以肯定的是這項研究成果必然會引發(fā)一些爭議。最大的爭議焦點就在于那些水是如何保持液態(tài)的。火星上氣候寒冷，湖水要保持液態(tài)，其中的鹽分必須非常高。美國普渡大學(xué)的行星科學(xué)家邁克爾·索里和阿里·布拉姆森為此計算了湖水的溫度大約在-70℃，這實在太冷了。研究者認(rèn)為，要使湖水呈現(xiàn)液態(tài)需要一些地?zé)豳Y源，比如地表下的巖漿庫等，但這又引發(fā)了另一個問題：目前火星是否能夠提供這樣的熱量呢？

答案尚不確定。一些科學(xué)家認(rèn)為要提供這樣的熱量不成為問題。他們解釋道，5萬年前，火星的南極還比較溫暖。由于火星的傾斜在不斷發(fā)生著變化，較高的溫度有可能通過冰進行傳播，從而制造出一些擁有含鹽液體的區(qū)域。另一種可能是，這些液態(tài)的“池塘”在冰蓋形成之前就已經(jīng)存在了。不管怎樣，在鹽分非常高的情況下，水一旦融化，就很難再度結(jié)冰。因為其融化溫度和凍結(jié)溫度是完全不同的。

即便如此，這種液體也可能是一種不同于大多數(shù)地球人所熟悉的液體。一種可能的情況是，一些在低溫下過冷的鹽水已經(jīng)變成了一種奇怪的玻璃似的物質(zhì)，但它們?nèi)匀槐灰暈橐后w。

“鳳凰號”在火星上的北方大平原上成功著陸。

雷達數(shù)據(jù)顯示，火星南極冰層下1.5千米處可能有一個地下湖，周圍環(huán)繞著液態(tài)的水池。

科學(xué)家們認(rèn)為，解決這些難題可能需要比雷達更先進的觀測設(shè)備。此外，有關(guān)生物是否能在這樣的水里生存，也是一個懸而未決的問題。阿里·布拉姆森說，“我們不知道這樣的水里到底有什么，我們更不清楚鹽的濃度。假若水中鹽的濃度過高，它對生命的存在是不利的。”但這位科學(xué)家推測，如果火星上真的有生命進化的話，那么“這些湖泊有可能提供一個諾亞方舟，讓生命即使在這樣的條件下也能夠生存”。