张舟斌　左维　李春来

火星上的“河”

火星，这颗被认为具有与地球上相似的条件、可作为未来移民之地的星球，自古以来就吸引着人类关注的目光。古罗马人用战神玛尔斯的名字来称呼这颗神秘的“红色星球”，而中国的古人则因它荧荧如火，位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为“荧惑”。17世纪初，伴随着望远镜的诞生，火星神秘面纱的一角才得以被揭開。

斯基亚帕雷利绘制的火星表面特征图（图片来源/《迈耶百科词典》第四版）

1877年，意大利天文学家乔凡尼·维尔吉尼奥·斯基亚帕雷利在用望远镜对火星进行观测时，发现火星表面存在着一系列纵横交错的直线状网络系统，他结合前人的研究成果，根据其观测到的景象绘制出了一张具有重要意义的火星地图，并用他自己建立的一套方法给地图上的主要特征取了地名，而这张地图也为国际天文学联合会（IAU）为火星地名建立起正式的命名体系奠定了基础。

然而，富有戏剧性的是，斯基亚帕雷利用来描述这些直线状网络的意大利文“canali”（渠道）被错误地翻译成了英文“canals”（运河）——这个词意为由人工或智慧生命建造的运河。

在当时苏伊士运河（1859年开始建设，1869年建成通航）建成的大背景下，火星上的智慧生命建造了运河的说法广为流传。美国波士顿的富豪珀西瓦尔·劳伦斯·洛厄尔便是这一说法的狂热支持者，他甚至为此建造了一座天文台来寻找这些“运河”。在接下来的15年时间里，他根据观测到的现象在其917幅草图中绘制出了437条运河，并认为这些直线状特征是火星人为了将水从火星极地输送至干涸的赤道区域所建造的人工运河。

但运河的概念遭到了一些天文学家的驳斥。1903年，英国天文学家约瑟夫·爱德华·埃文斯和爱德华·沃尔特·蒙德通过一个视觉实验证明了所谓的运河是如何在光学错觉下产生的：当用较低观测质量的望远镜观察许多点状特征（例如火星表面的环形坑等）时，它们似乎会合在一起形成直线。尽管不断有天文学家提出更多的证据，但到19世纪60年代仍有人相信这些运河的存在，直到1965年美国发射的水手4号火星探测器传回了21张照片才终止了这一传言：从这些距离火星约1万千米处拍摄的照片中根本看不到所谓的运河！

火星上的谷

随着人类深空探测技术的飞速发展，科学家们获得了大量极高分辨率的火星表面图像以及其他各种探测数据，火星的真实面貌在人们眼中逐渐清晰了起来。人们惊奇地发现，火星表面不但确实存在着许多谷和沟渠，其中不少还保留着大量流水冲刷的痕迹。尽管早期的天文学家所声称的“运河”与这些现象并无关系，但人们不得不赞叹这些人类科学事业开拓者的神奇想象力。

洛厄尔正在观察火星（图片来源/Wiki）

壮观的火星水手谷（图片来源/NASA）

蔚为奇观的水手谷（Valles Marineris）便是其中最为著名的一个代表。这条火星的名胜“谷”迹是火星表面乃至太阳系最大、最长的峡谷，它位于火星西半球的赤道南侧附近，宛如火星表面一条巨大的伤疤，延绵3760多千米。为了纪念美国水手9号探测任务的科学家团队所做出的杰出贡献，国际天文学联合会于1973年将其命名为水手谷。关于水手谷是怎么形成的，科学家们曾经有过各种争论：有认为是受到水的侵蚀形成的;有认为是冰川地区的永久冻土融化造成的;也有认为是表面下的岩浆流失造成地表下陷而形成的;而现今最被认同的观点是，它的形成类似于地球上东非大裂谷的形成机制，即由地壳拉张陷落而形成，之后又因为峭壁的山崩和侵蚀使其不断扩大，最终成为了我们现在所看到的水手谷。

火星上的水

更让人们感到兴奋的是，科学家在火星表面发现了一系列跟水这一生命之源存在密切关系的沟谷，长达1580千米的卡塞谷（Kasei Valles）就是其中的典型。这类沟谷具有宽度变化大、弯曲度小、分支复合现象明显等特点，并且在河道中央常见泪滴状孤岛，这些都与地球表面的洪水经过时所形成的溢流河道极为相似。因此，火星表面这些类似的溢流河道通常被认为是大量湖水泄洪或地下水猛烈喷出后冲刷火星表面形成的。

水手4号拍摄的火星表面图。为了纪念这次历史性的任务，图幅中央占据约一半高度的、隐约可见圆形边界的环形坑被国际天文学联合会命名为水手坑（Crater Mariner） （图片来源/NASA）

火星地形彩色晕渲图，不同颜色代表火星表面不同的海拔高度。图幅中央有明显水流冲刷痕迹的区域即为卡塞谷（图片来源/ESA）

此外，在火星表面古老的诺亚纪（火星地质年代）地体上还存在着一种网状河谷，其形态类似于地球上干旱区域的树枝状河流，河道高度集中，流域范围广泛，因此科学家推断火星早期很可能存在著大范围的降水，降水形成的水流冲刷火星表面并汇聚于低洼的盆地，最终形成了这些古老的网状河谷。

火星上还有一种最具争议的水流地貌——冲沟，它们大多表现为细小的线条形，其宽度通常在几米到几十米，而长度也只有百来米，通常分布于陡立的斜坡之上，上部有分又，向下汇合成一条或多条沟谷，其形成时期相对较晚。然而，关于这种冲沟的成因目前还尚不清楚，有些科学家认为是火星早期气候环境下存在了成千上万年的积雪发生融化或近代的表面水喷发造成的，还有些科学家发现这些冲沟经常在有季节性二氧化碳冰（干冰）形成的地方出现，预示着这种冲沟的形成可能与水无关。

火星表面树枝状的河谷——沃里戈谷（Warrego Valles）（图片来源/NASA）

位于陡坡的一处典型的冲沟（图片来源/NASA）

火星上的生命密码

尽管火星较低的温度、稀薄的大气、恶劣的辐射环境不太适合地球生命形式的存在，但火星表面发现了水的迹象还是极大的激发了人们对火星上存在生命的各种幻想，因此生命也成为人类探测火星的一个极为重要的科学主题。

1976年，维京1号在火星表面拍摄到一张酷似人脸的照片，尽管后来的火星全球勘探者号拍摄的高分辨率图像显示，这只不过是火星表面的一座小山在特定的角度和光照条件下所呈现出的错觉，但这张“火星脸”照片却掀起了人们对火星人的各种猜想狂潮。然而，自1976年海盗号生物试验室首次在火星上开展生命探测实验以来，人类到目前为止仍然没能在火星上找到现在和过去存在生命活动的直接证据。

但在与生命有关要素的探测方面，人类已经取得了一系列重要的成果：越来越多的证据表明，在火星古老的诺亚纪曾经存在着表面液态水，并且可能存在适合微生物生存的环境;在火星大气中检测到了低浓度的甲烷气体，并且现在仍存在甲烷的生成活动，而地球上90%～95%的甲烷都是由生物活动形成的;同时还在火星岩石中发现了有机碳分子这一组成生物体最基本的要素。所有这些与生命有关要素的探测成果，不但激发了新一轮火星探测的高潮，同时也是下一步火星生命探测的突破点。

（责任编辑/陈莹 美术编辑/胡美岩）