发现火星湖

苗千

水是生命之源——这句话，至今为止，不仅在地球上适用，也被认为是贯之宇宙而皆准的真理。“跟随水的痕迹去寻找生命”，正是天文学家们在所有的天体上搜寻生命现象时所遵循的最基本原则之一。只有理解了这一点，才能明白为什么近期在火星的冰层之下发现了一个由液态水构成的湖泊之后，人类的反应是如此强烈。

意大利天文学家罗伯托·奥罗塞

2018年7月25日，在意大利博洛尼亚大学和意大利天体物理学研究所工作的天文学家罗伯托·奥罗塞（Roberto Orosei）与合作者们共同在《科学》（Science）杂志上发表论文《火星冰川下液态水的雷达证据》（Radar Evidence of Subglacial Liquid Water on Mars）。论文一经发表，立刻在全世界范围内引起了轰动，登上各大媒体的头条。在地球的近邻火星上到底有没有液态水存在，这首先是一个让科学家们陷入一场持续了几十年时间争论的重要问题，这个发现可能成为这场争论最终的裁决证据;其次，火星湖的发现也有助于人们理解火星气候变迁的历史，这可能为人类在未来探测火星，甚至是移民到火星提供全新的思路;而最为重要的一点是，在火星上发现液态水，可以说是人类寻找火星生命，乃至地外生命過程中的一个重大进展。

怎样在火星上寻找水

能够做出这个发现绝非妙手偶得，其中凝结了科学家们十多年的辛勤工作。从2003年12月开始，欧洲空间局（ESA）发射的“火星快车”（Mars Express）探测卫星开始在火星轨道上进行探测，在这颗卫星上搭载了一个简称为“Marsis”的“火星次表面和电离层探测先进雷达”（Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding）。这是人类第一个在其他行星轨道上工作，进行地质勘测的卫星。它向火星的表面和次表面区域周期性地发射低频电磁脉冲信号，通过收集和分析反射信号的被反射时间和强度以判断火星的地质结构。

天文学家通过卫星探测信号，首次在火星南极区域发现了一个地下液态水湖

外形独特的Marsis雷达主要由两个20米长的发射和接收天线，外加一个7米长的杂波消除装置构成。在15年的时间里，它在距离火星表面800公里的火星轨道上孜孜不倦地对火星进行探测。一开始，探测过程并不顺利，因为火星快车卫星所携带的计算机功能的限制，Marsis只能将自己多次探测的数据取平均值之后发回地球，这导致科学家们虽然能够发觉在数据中存在着引人注意之处，却无法做出确切判断，没能发现火星湖。

直到2012年5月份，科学家们对火星快车卫星的电脑系统进行了软件升级，Marsis得以把未经处理的原始探测数据以一种缓慢的方式通过自身的偶极天线发回地球，这样科学家们终于可以对火星的某个区域进行细致的勘察。最令人感兴趣的是火星的极地区域。Marsis在3年多的时间里，对火星的南极高原（Planum Australe）一个大约有200公里宽的区域进行详细探测，为地球收集到了总共29组数据。科学家们仔细分析了这些数据，通过计算雷达信号发出和返回的时间，返回信号的强度，发现这个区域的浅层地表主要是由多层的冰和灰尘构成。同时科学家们在通过探测信号所绘制的地图中又发现了一个特别明亮的区域，经过反复检查，人们认定在这个区域的冰层下可能存在着大量液态水。

当电磁波信号射入火星的表面，因为物理特性的不同，在不同物质的交界处就有可能对电磁信号进行不同程度的反射。根据人们此前对地球的南极和格陵兰区域进行地质探测的经验，液态水对于电磁信号的反射要比岩石和沉积物等其他物质的反射更强，而且液态水底部对于电磁信号的反射又要强于顶部，这就让液态水在通过雷达探测信号所绘制的图像中显得格外明亮。借助在地球上进行探测的经验，科学家们正是基于这样的原理得以绘制出火星南极区域浅层地表的地图，并且发现在这个区域的冰川表面1.5公里以下，可能存在有20公里宽、大约几十厘米深的大量液态水。

这个发现非同小可。早在30年前，最开始是由行星科学研究所（Planetary Science Institute）的资深科学家史蒂夫·克利福德（Steve Clifford），因为人类在南极和格陵兰区域的冰山下发现液态水而得到启发，推测在火星的南极区域有可能也存在着类似的现象。这个想法虽然新奇，却因为在当时的技术条件下根本无从被证实，只能沦为口舌之争。几十年来，关于在火星的南极区域，乃至在火星的表面，是否存在液态水，根据各种不同的证据，科学家们一直存在着激烈的争辩。这次火星地下湖的发现可能终于让这场争论结束，从而开启一个火星探索的新时代。

一眼望去，火星的表面干涸枯竭，只是一颗了无生气的红色行星，但是在它46亿年的历史中却并非一直如此，在火星表面显而易见的河道痕迹就说明了在它的表面也曾存在过液态水。实际上，火星的早年也和地球的环境类似，是一颗被大气层所包裹的温暖湿润的行星。在当时它拥有足够多的液态水，足以覆盖其表面面积的五分之一。但是因为火星小于地球，其自身的引力大约只有地球的三分之一左右，无法在表面维持一个厚实致密的大气层，导致自身的水资源不断流逝，气候也随之改变。

随着其大气层的逐渐消失，火星表面大部分的水分都逐渐蒸发到宇宙中，最终只剩下少部分的水，大多以冰川的形式留在火星，还有极少部分以水蒸气的形式存在于火星微薄的大气之中。在38亿年的时间里，火星的外表看起来与地球迥异，成为一颗干涸贫瘠的红色星球。