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漫漫火星寻水路

2017-06-30

奇闻怪事 2017年6期
关键词:液态水季节性火星

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。

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。

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?

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。

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測到水存在的证据。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。

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。

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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