火星之水

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火星上的液态水

2015年9月28日NASA又一次发布了一个“大新闻”：火星上找到了液态水。注意，这不是指冰，也不是曾经有液态水的证据，是货真价实的液态水。

故事要从2010年讲起，在火星勘测轨道飞行器（M RO）传回的数据中，科学家发现了一种叫作“季节性斜坡纹线”（RSL）的结构。这种结构出现在火星比较暖和的低纬度的山坡向阳面上。当天气变暖时，这些条状的阴影就会出现，向下延伸汇聚；而当变冷时，这些阴影就消失不见了。这看起来和地球上河流的变化很像，而这里是火星上比较暖和的地区，二氧化碳、甲烷一类的物质都是以气态存在，但是高浓度的盐水在这里应该可以以液态的形式存在。

这是一个非常振奋人心的发现，然而科学家们面临一个问题：水在哪？以目前我们人类送到火星上的探测器来说，不是很难到达这些神秘地方，就是难以分辨这宽不到5米的结构中到底有没有水。直接找行不通，那么科学家想出来了一个迂回的办法：能不能去找水合物。

提到水合物，大家最熟悉的应该就是五水合硫酸铜了。形成水合物的必要条件就是有液态水，换句话说，找到水合物就说明有液态水的存在。而水合物中，由于都含有-OH团，所以在光谱中，会产生特征吸收线。利用这些特征吸收线，我们就可以找到水合物，并且可以确定水合物的含量。

利用M RO上携带的火星普查光谱仪（CRISM），经过几个火星年（687天）的观测发现，在RSL出现的时候，水合物会大量富集在RSL附近，这让科学家们可以断言：RSL中存在着液态水——当然，是非常非常浓的盐水。

虽然搞清楚了RSL里有水流淌，但是，科学家还没有弄明白这些水是从哪里来的，为什么会随着季节变化。火星上虽然寒冷，但是在赤道附近的向阳面，冰还是会很快地流失蒸发，不太可能为RSL提供液态水。而火星大气非常干燥稀薄，似乎也不太可能为RSL提供充足的水分。也许，我们需要新的理论来解释这件事吧。

不同时间RSL的变化。图片来源：photojournal.jpl.nasa.gov

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火星勘测轨道飞行器（MRO）

火星勘测轨道飞行器是NASA于2005年发射的火星轨道探测器，它于2006年3月到达火星轨道，目前还在使用中。图片来源：uanews.org

MRO上携带的主要科学仪器

高分辨率成像科学设备（HiRISE）：

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HiRISE实际上是一台0.5米口径的反射式望远镜。它对火星表面的分辨率可以达到0.3米，我们这次的主角——RSL结构就是用这台仪器发现的。

2火星彩色成像机（MARCI）：

MARCI以五个可见光波段与两个紫外线波段拍摄火星影像以组成火星全球影像，帮助研究人员描绘火星每天、每季与每年气候的特征，并且为火星提供每天的天气预报。火星普查光谱仪（CRISM）：

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CRISM为一个红外/可见光光谱仪，为科学家提供火星表面化学成分的信息。CRISM在300千米的高空中分辨率约为18米，也是我们这次惊人发现的关键仪器。火星气候探测器（MCS）：

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MCS用于观测火星上的大气，让科学家了解火星大气的基本参数：气温、压力、湿度与沙尘密度。

火星寻水之路

其实人类对火星上水的兴趣可以追溯到1877年，意大利天文学家乔凡尼•斯基亚帕雷利在火星上观察到“运河”之后，在帕西瓦尔•罗威尔的“添油加醋”下，火星被描绘成了一个遍布随季节变化的“运河”和“绿洲”的地方——这个虽然完全离谱，但是看起来和RSL有一点类似，可以算是一个奇妙的巧合吧。

在1965年，水手4号飞掠火星之后，人们发现，火星上是一个布满红色沙尘的荒凉之地，没有大规模的水系。虽然这让人们非常失望，但是并没有熄灭科学家在火星上找到水的热情。

接着，水手9号于1971年到达火星轨道，为火星表面70%以上的地方绘制了地图。在这些照片中，科学家惊奇地发现，火星表面有大量曾经有水流过的痕迹。这说明火星表面曾经和地

水手9号拍摄的斯卡曼德洛斯谷的曲流，这表示在火星表面曾有大量水流。图片来源：www.reddit.com

奥德赛探测器得到的火星表面水分布图。图片来源：www. space.com

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2001火星奥德赛探测器

2001火星奥德赛号于2001年4月发射，10月到达火星轨道，2002年2月开始科学任务，目前还在工作中。它的名称是根据电影《2001太空漫游》来命名的。

奥德赛号一直是NASA用来与火星表面探险者通讯的主要中继站，并且将继续用来与好奇号漫游车通讯。勇气号与机遇号有85%的信息是通过奥德赛号的中继传回地球。

2001火星奥德赛号主要科学仪器

1热辐射成像系统（THEMIS）:

THEMIS是奥德赛号上的摄影机。该摄影机在可见光和红外波段拍摄以了解火星表面的热辐射。此外，该仪器也协助科学家了解火星上矿物和地形的关系，并且可用来研究火星表面以下的热点。

2伽玛射线光谱仪（GRS）:

GRS包括了一台伽玛射线光谱仪和两台中子探测器，它可以测量火星表面多种元素（氢、硅、铁、钾、钍、氯等）的丰度。火星表面水的分布就是通过氢的丰度计算出来的。

3火星环境辐射探测仪（MARIE）:

MARIE用来探测火星周围的辐射环境，为将来的火星探测器甚至载人项目做准备。球一样存在着大量液态水。这让科学家非常振奋，虽然目前火星表面找不到大规模水系，但是能否在火星两极和地下找到残存的冰？

很快，在1976年，海盗号两兄弟相继到达火星。它们除了在火星表面发现了更多的水冲刷过的痕迹外，还利用着陆器，分析了火星土壤的化学成分，证明了虽然含量很低（1%），但是火星土壤中有水分存在。

20世纪90年代后，火星迎来了一大批从地球来的“访客”。通过这些探测器，科学家们从地貌、地质等各个角度，发现了大量的液态水曾经存在的证据。更进一步的是2001火星奥德赛探测器，它利用携带的伽玛射线光谱仪（GRS），对火星表面数米深的土壤进行探测，得到了火星表面水含量的分布图。这表明，水在火星上普遍存在，很可能在两极地区存在着大片的冰。

接着，凤凰号火星探测器于2008年登陆火星北极区，它虽然不如勇气号和机遇号名气大，但是它通过分析火星北极地区的土壤成分，证实了奥德赛探测器的结果，并且拍到了火星表面冰升华的画面。这成为火星两极地区存在冰的最有力证据。

凤凰号拍摄到的，火星表面冰升华的过程。图片来源：www.bt.dk

为什么要在火星上寻找水？

几乎每个火星探测器都在火星上寻找水的踪迹，为什么人们对在火星上寻找地球上随处可见的水这么执着呢？

如果火星上曾经像我们地球一样有广阔的海洋，那么这些水是从哪里来的，去哪了？我们的地球会不会步火星的后尘，在未来也变成一颗荒凉的行星？

众所周知，水是生命之源，液态水为生命的孕育提供了很好的环境。如果过去甚至现在火星上有液态水，那么就有在火星上出现生命的可能。火星上是否真的有过生命，如果有过，它们是什么样子的？现在在哪？在火星地下是不是还藏着一个亚特兰蒂斯？

从现实一点的角度说，如果火星上有足够的水，我们人类向火星进发的时候，就可以轻装上阵，只要带去时路上用的水就可以了，剩下的，等我们到火星再补给。这可以让我们的火星旅行简单不少。更进一步，还可以为人类的火星基地提供支持。