百科：循水而行 探索火星

美國宇航局不久前宣布，科學(xué)家找到了火星表面存在流動(dòng)的液態(tài)水的“強(qiáng)有力”證據(jù)。水是生命之源，液態(tài)水對(duì)于維持生命至關(guān)重要，尋找火星上可能存在的生命同樣要循水而行。多年以來，科學(xué)家們一直在為尋找火星水而不懈努力，并逐步取得了一些發(fā)現(xiàn)。
　　“火星快車”的發(fā)現(xiàn)
　　早在17世紀(jì)，荷蘭天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)火星兩極地區(qū)有白色覆蓋物，并隨火星季節(jié)而變化。早期的航天探測(cè)表明，火星南北極冠既有干冰又有水冰。如果這些水冰全部融化并均勻地分布在火星表面，就會(huì)形成一個(gè)10米厚的水層。
　　自從20世紀(jì)60年代人類發(fā)射航天器對(duì)火星進(jìn)行探測(cè)以來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和手段的改進(jìn)，成果接連涌現(xiàn)。
　　2003年12月24日開始環(huán)繞火星運(yùn)行的歐洲空間局的“火星快車”航天器，最初探測(cè)工作的顯著成果就是發(fā)現(xiàn)火星南極擁有大量的冰凍水。2004年1月23日，歐空局發(fā)布公告稱，“火星快車”的科學(xué)儀器對(duì)火星南極地區(qū)上空水蒸氣分子進(jìn)行了分析，確認(rèn)該地區(qū)存在著水冰。這些水冰部分地裸露在火星表面上，并沒有被干冰全部覆蓋。同年3月17日，法國空間天體研究所稱，“火星快車”發(fā)回的影像顯示，火星南極有3個(gè)區(qū)域中明顯含有水冰?？茖W(xué)家們通過分析“火星快車”探測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，火星表面有許多被水侵蝕的痕跡，說明火星過去曾經(jīng)存在液態(tài)水。這和美國的“勇氣”號(hào)與“機(jī)遇”號(hào)兩輛火星車后來的實(shí)地考察結(jié)果不謀而合。
　　2005年，一個(gè)由英國開放大學(xué)地質(zhì)學(xué)家默里牽頭的國際研究小組通過對(duì)“火星快車”傳回的照片進(jìn)行分析，在火星表面發(fā)現(xiàn)了一處與歐洲北海面積差不多大的冰凍水域，其表面可見平整的大塊浮冰。專家指出，這個(gè)冰海位于火星北緯5度、東經(jīng)150度的一個(gè)名為“極樂世界”的平原。冰海平均厚度達(dá)45米，長(zhǎng)度900千米，寬度800千米，覆蓋了72萬平方千米的面積，形成年代距今已有500萬年。這是首次在火星赤道近處發(fā)現(xiàn)冰凍水，且是如此大面積的區(qū)域。
　　“勇氣”號(hào)與“機(jī)遇”號(hào)的發(fā)現(xiàn)
　　美國宇航局的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車于2004年初先后登陸火星，開始了它們的找水之旅?！坝職狻碧?hào)在火星“哥倫比亞”山脈區(qū)域發(fā)現(xiàn)了被稱為“水信號(hào)礦石”的針鐵礦，而“機(jī)遇”號(hào)則在火星另外一側(cè)發(fā)現(xiàn)了黃鉀鐵礬礦，它同樣指示了“水信號(hào)”。
　　作為一種水合鐵氧化物，地球上的針鐵礦石僅在有水的環(huán)境下生成，無論水是處在氣體、液體還是固體的狀態(tài)。既然地球上的這兩種鐵礦的形成都離不開有水的環(huán)境，那么“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)兩輛火星車分別在火星經(jīng)度相差180度的兩處地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了針鐵礦和黃鉀鐵礬礦，無疑提供了火星曾經(jīng)有水活動(dòng)的強(qiáng)有力的證據(jù)。
　　“鳳凰”號(hào)的發(fā)現(xiàn)
　　2008年5月25日，美國宇航局的“鳳凰”號(hào)火星車著陸于火星北極附近區(qū)域，不到1個(gè)月后它就有了發(fā)現(xiàn)。6月15日，“鳳凰”號(hào)機(jī)械臂上的挖掘鏟在著陸點(diǎn)西北角挖出一個(gè)大約5厘米深的溝，發(fā)現(xiàn)了約8個(gè)明亮的小碎塊。這些碎塊16日時(shí)還存在，但到18日卻不見了。研究人員認(rèn)為，碎塊是原本掩埋于一層薄土之下的水冰，當(dāng)其暴露于空氣中便被蒸發(fā)掉了?！傍P凰”號(hào)所在的位置白天溫度約為-32℃，晚間是-80℃。在火星稀薄的大氣中，水的沸點(diǎn)僅為4℃，很容易蒸發(fā)，而二氧化碳需要在-125℃以下才能變成固態(tài)的干冰，鹽則不會(huì)蒸發(fā)，這就排除了明亮碎塊是干冰或鹽的可能性。
　　根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家認(rèn)定火星北極確實(shí)存在冰凍水，而且當(dāng)?shù)赝寥赖膲A性環(huán)境與地球上某些區(qū)域相似，符合種植蘆筍等作物的要求。
　　火星水有點(diǎn)兒咸
　　美國宇航局近日公布的火星表面存在流動(dòng)水的證據(jù)，乃是尋找火星水的一項(xiàng)最新成果。這一“重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)”是科學(xué)家們利用火星勘測(cè)軌道飛行器上搭載的成像光譜儀發(fā)現(xiàn)的。
　　火星勘測(cè)軌道飛行器從2006年3月就開始收集數(shù)據(jù)，但分辨率高到足以清晰看到地貌的圖像只覆蓋了火星表面的3%。從高清圖像中，科學(xué)家分辨出火星表面有狹窄的條狀陰影，這種條狀帶約5米寬，200～300米長(zhǎng)，它們會(huì)在火星最溫暖的月份出現(xiàn)并增加，然后在一年里的其他時(shí)候消失。條狀帶出現(xiàn)在溫度低至-10℃的地方。科學(xué)家認(rèn)為，這是液態(tài)水流過所產(chǎn)生的痕跡，而且還發(fā)現(xiàn)，流過的水是一種高濃度的鹽水。
　　鹽水中所含有的鹽分并非普通的食鹽，而是高氯酸鹽、氯酸錳和高氯酸鈉，與地球上用于融化路面冰雪的鹽相仿。這些化合物能夠防止水在溫度極低的條件下結(jié)冰，從而也就可以解釋水如何能在平均溫度為-65℃的火星上以液態(tài)形式存在?？茖W(xué)家說，這些鹽水的來源可能是融化的冰、地下的蓄水層、來自火星稀薄的大氣層中的水蒸氣，或是上述幾種來源的混合。這是一個(gè)非常重要的進(jìn)展，因?yàn)樗C實(shí)了水——盡管是咸水——流淌在現(xiàn)今火星的表面上。
　　“好奇”號(hào)能夠進(jìn)入火星“水源地”嗎？
　　科學(xué)家接下來的目標(biāo)是尋找更多可能有鹽水流過的地方?；鹦巧夏切l形的溝壑都分布在陡峭的斜坡上，現(xiàn)有的探測(cè)器無法攀登上去。“好奇”號(hào)火星車現(xiàn)在有機(jī)會(huì)靠近斜坡附近區(qū)域，用它攜帶的儀器對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行探測(cè)分析。不過，這樣的操作必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)地、謹(jǐn)慎地進(jìn)行。為什么不盡可能靠近火星上的“水源地”進(jìn)行實(shí)地考察呢？因?yàn)榭茖W(xué)家擔(dān)心，“好奇”號(hào)有可能沾染地球上的微生物，從而污染火星這片區(qū)域。人們不知道地球生命對(duì)潛在的其他星球生命會(huì)帶來什么樣的影響。
　　為了防止來自地球的探索任務(wù)污染了其他行星的原始環(huán)境，國際空間研究委員會(huì)起草了關(guān)于行星保護(hù)的條款。按照這些條款，“好奇”號(hào)這種級(jí)別的探測(cè)器不應(yīng)進(jìn)入可能有液態(tài)水流動(dòng)的區(qū)域。不過有科學(xué)家認(rèn)為，火星上強(qiáng)烈的輻射環(huán)境，尤其是紫外線可能已經(jīng)殺死了附著在“好奇”號(hào)上的地球生物，因此它應(yīng)該可以進(jìn)入條形溝壑區(qū)域了。
　　未來一段時(shí)間，科學(xué)家將會(huì)斟酌“好奇”號(hào)到底是造訪這片新發(fā)現(xiàn)的火星“水源地”，還是只是遠(yuǎn)遠(yuǎn)地觀望一番?！昂闷妗碧?hào)火星車是2012年8月6日登陸火星的，其使命是尋找火星上的生命元素。2014年12月，美國宇航局宣布，“好奇”號(hào)火星車探測(cè)到在100萬千克的火星大氣中含有7千克左右的微量甲烷，并于火星巖石的鉆孔樣本中發(fā)現(xiàn)有機(jī)化合物。大氣中有甲烷活動(dòng)表明，火星并非一顆死星。從生物學(xué)意義上看，火星上可能有生命;從地質(zhì)學(xué)意義上說，火星可能存在火山爆發(fā)。
　　美國宇航局火星探測(cè)項(xiàng)目首席科學(xué)家邁克爾·邁耶說，目前唯一能夠確定火星上是否存在生命的決定性方式，是收集巖石和土壤樣本帶回地球分析，這一任務(wù)將由計(jì)劃于2020年發(fā)射的探測(cè)器來完成。
　　【責(zé)任編輯】龐 云