刘博洋

  水手谷的远古火星流水遗迹

在21世纪初，美国国家航空航天局（NASA）下属的火星探测计划分析小组（MEPAG）曾提出，NASA火星探测的科学方向为火星生命、火星地质、火星气候，以及为载人登陆火星做准备。而在这些科研目标中，水是维持生命的最基本需求，且对于认识火星气候的演变、火星地质的形成过程等具有重要的作用;未来，载人登陆火星也需要用火星上的水作为重要资源。可以说，“水”是这些科研目标中的焦点，“追踪水的痕迹”也就成为当时NASA火星探测的重要战略目标之一。

而在2015年9月底，NASA抛出“火星之谜已解开”的重磅新闻。虽然并非是“火星人”大发现，但却着实有着足够分量——有光谱证据显示，火星上现在就有液态水。若果真如此，也许《火星救援》里的马克就不需要用火箭燃料制水，也不必再纠结“今天喝的咖啡源自昨天喝的咖啡”了。

 火星勘测轨道飞行器MRO

吉他手变身有“奇遇”

那么，究竟是什么样的证据，使火星探索领域的科学家们如此为之鼓舞呢？就让我们先来聊聊它的发现者——美国佐治亚理工大学一位名不见经传的博士生卢金德拉·欧嘉（Lujendra Ojha）。这个堪称人类探索火星历史上里程碑式的发现，来源于这位尼泊尔裔仁兄——作为曾经的摇滚乐队吉他手，他画风一变，成了影响人类太空征程的大学霸，也是令人称奇。

那么欧嘉是怎样做出这次重大发现的呢？2011年，欧嘉还在读本科的时候，就开始从事火星研究。生逢其时，他使用的数据来自火星勘测轨道飞行器MRO搭载的高分辨率相机HiRISE：这台相机能够看到火星上1米大小的物体，能对火星地表进行精细的成像。而当MRO飞行器绕火星运行时，还可以多次经过同一地点，这让欧嘉能够比较同一地点时隔一年、一个月乃至一天的变化。在HiRISE相机的帮助下，呈现在欧嘉眼中的便是一个“活的”火星。

当欧嘉查看大量火星遥感照片时，意外地发现，在火星南半球中纬度地区的某些陨石坑的陡坡上，有一些“奇怪的东西”—一些深色的线条，宽度约为几米，长度可达几百米;更奇怪的是，每当火星到了夏季，这些线条就出现并蔓延，而到了冬季，又逐渐消失不见。这简直就像是什么东西融化之后流淌下来的一样！这是个令人极其兴奋的想法！因为，最有可能出现在那些深色线条里的，正是生命之源—水。

当然，作为训练有素的学霸，欧嘉不会这么草率地断言这就是水。他给这些线条起了个名字，“暂现斜坡条带”（TSL，后被学界改称“季节性坡纹”，缩写RSL）。接下来，欧嘉要做的，就是找到证据，让人信服地证明，这就是人们梦寐以求一直追寻的火星表面液态水。

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火星上发现类似流水侵蚀地貌

  萨瑞南高地上新形成的沟渠

科学家们在火星上发现了三角洲、冲积扇、沟渠等大量流水侵蚀地貌，其中一些盆地的地貌与我国柴达木盆地中的干涸盐湖地貌十分相似，这也从一个侧面说明火星上曾经发育过大型湖泊。

季节性坡纹大起底

如果那真的是水——欧嘉面临的首要难题是：怎么解释火星上居然会有流动的水？原来，火星与太阳的距离比日地距离远约50%，受太阳光照相对更少，又因为火星本身的质量小、大气稀薄，因此，表面温度比地球要低不少。大部分时间，火星上绝大多数地区的气温相当于地球的南极，只有在火星夏季的较短时间内，其赤道附近能达到0℃以上。但欧嘉所见到的季节性坡纹，在火星地表温度已经降到0℃以下时，还会继续存在一段时间。如果真的是水的话，是怎么做到在冰点以下仍然保持液态呢？

  霍洛维兹陨石坑的RSL

有一种可能：那水是卤水，也就是高盐度的水。我们知道，加入盐的水，冰点会降低。实验室研究表明，加入铵盐的水溶液，冰点可以降低到零下40℃。果真如此，就能解释火星液态水的存在了。

于是，欧嘉使用MRO搭载的光谱设备CRISM对火星表面发现季节性坡纹的区域进行了研究。结果显示，依据CRISM探测这些区域的光谱数据，绘制成谱线，其中向下凹的“吸收峰”，与水合盐类物质（高氯酸盐溶液）的光谱基本吻合。可以据此推测，火星上这些季节性坡纹区域中存在高盐度的液态水。在这个基础上，根据季节性坡纹中光谱监测到的水合盐类含量的变化，可以确定，这些季节性坡纹是由水流作用形成的。

这也一定程度上解释了水的来源—高氯酸盐固体常被用作地球上的干燥剂，它可以吸收火星大气中的微量水蒸气，将其固定、富集起来;而在温度上升时，这些水就可以融化释出。当然，由于火星大气层中包含的水蒸气极少，也有人认为，水的来源是火星过去处在冰期时，埋藏在地壳中的地下水。

 高氯酸盐吸收水蒸气原理示意图

  火星上发现高氯酸盐溶液的地点

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火星液态水像“胶水”？！

既然人类从20世纪下半叶就开始关注火星探测，为什么直到最近才终于得以证明“火星上现在就有液态水”呢？原来，火星上的这些水溶液中高氯酸盐的含量高、密度大，加之火星的低温，使水溶液非常黏稠，确实犹如我们平常使用的胶水，这也是火星上的液态水能“遁形”许久的重要原因之一。

 火星上，一个面向西部的贾尼撞击坑坑壁上的季节性坡纹

找水为了继续

“搜寻生命信号”

其实，这不是人类第一次在火星上探测到水存在的证据。在火星水手谷等地，人们早已发现远古流水的痕迹。降落在火星北极的凤凰号探测器，也曾一铲子下去挖出一片水冰。不过，作为第一次发现“现在”的火星上仍然有液态水存在的证据，欧嘉还是立了大功。因为，液态水是孕育生命的摇篮。火星上仍然存在季节性的液态水，这个事实极大地鼓舞了我们人类探索可能存在的“火星生命”的梦想。

液态水是生命的温床，也一直是地球人引以为傲的资产。不过多年来，发往太阳系的探测器传回的信息，让我们越来越相信，液态水并非地球所独享，在类地星球上发现液态水，也大大激发了人们到太空“搜寻生命信号”的热情。

 凤凰号着陆器在火星北极地表下发现的水冰

在木卫二欧罗巴，科学家相信，它厚达10～30千米的冰面下，由于地质活动的加热，存在100千米之深的冰下海洋;而其冰封的表面呈现出的仿佛后现代艺术般、肆意纵横的红褐色线条，也被认为是这些地质活动加热造成的。如果属实，木卫二含有的液态水总量将达到3×1018吨，是地球海洋的两倍。而在这漆黑广袤的大洋里，是有可能产生利用地热而非太阳能维持生命的生物的。2013年，吴彦祖主演的电影《欧罗巴报告》，就讲述了一个宇航员前往欧罗巴，遭遇大型海洋生物以致全军覆没的科幻故事。

  木卫二冰封的表面及纵横交错的红褐色线条

而在土卫二，土星巨大的潮汐力加热了冰层，产生可能不逊于木卫二的全球性冰下海洋;太阳系最大的卫星木卫三，也因其极光活动被怀疑具有温暖咸腥的冰下海洋。

如果拿掉“液态”这个定语，水在太阳系中的存在就更加普遍：在月球极地、在谷神星的陨击坑中、在冥王星的广袤冰川山陵，甚至在靠近太阳的炙热的水星上，我们都已经发现固态水的踪迹。太阳系犹如此，水在宇宙中的丰富程度可能远超我们的想象。在那以万亿计的系外行星系统中，又会有多少温暖湿润、生机勃勃的世界呢？

从地球到火星，从火星到无尽的深空，不知还有多少宇宙与生命的奇迹等待着我们去探寻！

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警惕“星际物种入侵”事件

火星上现在仍有液态水存在，所以，我们应该赶快派个火星车，甚至派人去火星上这些发现液态水的地方吗？科学家们发话了：先别急。火星上是否存在或曾经存在过生命物质的问题，长期以来都是火星探测的热点与重点。火星科学家们当然比谁都更想到火星上可能“生机勃勃”的地方看看，但正是因为这些地方可能发育火星原生生命，反而应格外小心。虽然目前每一架发往火星的探测器都会经过严格的灭菌，但百密难免一疏，一旦火星探测器不小心沾染了一点地球微生物，又贸然去探索火星上最有可能存在生命的地方，就可能引发地球微生物入侵火星的“星际物种入侵”事件，破坏火星的原生生态系统，让人类永远错过这颗红色星球包含的珍贵的生命起源信息。