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(相關(guān)資料圖)

NO.2462-火星也是有水的

文字：行星不發(fā)光

校稿：朝乾 / 編輯：苦果

2023年04月28日，中科院地質(zhì)與地球物理研究所的秦小光團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表一項(xiàng)重要研究成果，表明現(xiàn)代火星上曾經(jīng)存在過(guò)液態(tài)水?，F(xiàn)代火星并非現(xiàn)在的火星，是指距今140萬(wàn)年至距今40萬(wàn)年之間的時(shí)段，即火星的晚亞馬遜紀(jì)。

這項(xiàng)研究基于我國(guó)“祝融號(hào)”火星車(chē)的導(dǎo)航地形相機(jī)、多光譜相機(jī)和火星表面成分探測(cè)儀采集的數(shù)據(jù)，增加了在火星低緯度地區(qū)液態(tài)水的地面觀測(cè)證據(jù)，并提出了一個(gè)火星的水循環(huán)模型。這對(duì)于探索火星氣候演化歷史，具有重要意義。

上：祝融號(hào)拍攝到火星沙丘表面的水痕跡

下:水痕跡在沙丘的位置

(圖：中科院地質(zhì)與地球物理研究所/秦小光團(tuán)隊(duì))▼

5月11日，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心的劉洋團(tuán)隊(duì)又在《科學(xué)·進(jìn)展》上發(fā)表了另一項(xiàng)關(guān)于火星水活動(dòng)的重要研究成果。

這項(xiàng)研究基于“祝融號(hào)”火星車(chē)的導(dǎo)航地形相機(jī)和短波紅外光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)，表明火星表面一種形貌類(lèi)似沉積巖的板狀亮色巖石富含含水硫酸鹽等礦物。這標(biāo)志著我國(guó)首次在火星上探測(cè)到含水礦物。

上：祝融號(hào)觀測(cè)的巖石及巖石的光譜比較

下：分析推測(cè)出的巖石形成過(guò)程示意模型

（圖：中科院國(guó)家空間科學(xué)中心/劉洋團(tuán)隊(duì)）▼

上述研究發(fā)表后，引出的相關(guān)話題受到公眾廣泛討論。

目前還有哪些火星探測(cè)任務(wù)的發(fā)現(xiàn)與探測(cè)火星生命有關(guān)？祝融號(hào)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代火星存在液態(tài)水意味著什么？火星可能有生命存在嗎？未來(lái)，人類(lèi)移居火星可能嗎？火星上能不能種菜呢？

在太陽(yáng)系的八大行星中，除了地球外，科學(xué)家們對(duì)八大行星中的火星了解的最多，也最感興趣。

自1964年以來(lái)，各國(guó)上先后共進(jìn)行了47次火星探測(cè)任務(wù)，其中有25次成功或部分成功，為人類(lèi)帶回了大量的火星資料。

47次火星探測(cè)任務(wù)的情況匯總

（圖：The planetary society）▼

這些資料不斷刷新人們對(duì)火星的認(rèn)識(shí)，甚至推翻了舊認(rèn)知，但毋庸置疑的是——火星上曾經(jīng)存在過(guò)液態(tài)水。于是，火星也成了科學(xué)家在太陽(yáng)系中尋找地外生命的主要目標(biāo)之一。

為了尋找可能存在的火星生命，人類(lèi)不斷發(fā)射探測(cè)器，這些探測(cè)器某種意義上是“跟著水流走”的。其中一個(gè)重要?jiǎng)訖C(jī)就是探尋火星生命的蛛絲馬跡。

畢竟水乃生命之源

說(shuō)不定百萬(wàn)年前的火星也是一顆藍(lán)色星球呢

（圖：wiki）▼

下面讓我們來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下迄今為止那些探測(cè)器傳回了火星上液態(tài)水以及生命相關(guān)的科學(xué)證據(jù)：

1996年，“火星全球勘測(cè)者探測(cè)器”在對(duì)火星半人馬山地區(qū)某個(gè)疑似沖刷溝壑進(jìn)行高分辨率拍攝后，發(fā)現(xiàn)了由水沖刷而形成的新沖積堆積物。

有趣的是，2005年“火星全球勘測(cè)者探測(cè)器”

在同一片地區(qū)又發(fā)現(xiàn)了新沖擊堆積物

（圖：NASA）▼

2001年，“奧德賽火星探測(cè)器”對(duì)火星北極進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)火星大氣中有微量水蒸氣。

“奧德賽火星探測(cè)器”上的伽馬射線光譜儀 (GRS)

在火星的許多地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的水

研究者認(rèn)為火星地表下的冰足以填滿兩個(gè)密歇根湖

（圖：themis.mars.asu.edu）▼

2003年，“火星快車(chē)”在火星探測(cè)到風(fēng)化鹽類(lèi)礦物，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)類(lèi)似于羅布泊的干枯鹽湖。鹽類(lèi)礦物是水揮發(fā)后的殘留物，這為火星表面曾經(jīng)存在水提供了證據(jù)。

2004年，“機(jī)遇號(hào)”證實(shí)了火星曾存在液態(tài)水，并找到了橄欖巖等化學(xué)證據(jù)，表明火星曾有過(guò)適宜生命存在的環(huán)境。

“機(jī)遇號(hào)”拍攝到的“Robert E”目標(biāo)巖石

（圖：NASA）▼

2011年，“火星勘測(cè)軌道器”拍攝到火星表面或亞表層存在季節(jié)性斜坡紋線。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)季節(jié)性斜坡紋區(qū)域的礦物，是溶于水后再沉淀富集而成，證明火星上曾存在液態(tài)水。

斜坡上細(xì)長(zhǎng)的深色斑點(diǎn)，推測(cè)是由于咸水造成的

這些斑點(diǎn)季節(jié)性地沿著靠近火星赤道的斜坡前進(jìn)

（圖：NASA）▼

2012年，“好奇號(hào)”通過(guò)對(duì)巖石樣品的分析證實(shí)了火星曾存在水和適宜生命的環(huán)境。

“好奇號(hào)”發(fā)現(xiàn)了由沙子和礫石組成的礫巖

科學(xué)家們認(rèn)為構(gòu)成礫巖的鵝卵石的形狀和大小

表明它們可能在數(shù)十億年前被水侵蝕過(guò)

（圖：NASA）▼

2014年，“火星大氣與揮發(fā)物演化軌道器”在火星電離層大約150km的高空捕獲了水分子。

2018年，“火星快車(chē)”的雷達(dá)數(shù)據(jù)表明火星南極冰蓋下存在液態(tài)水。

最上面的、光滑的、明亮的線是表面

下面是冰層和灰塵

再下方的模糊亮線被解釋為液態(tài)水

（圖：ESA）▼

2020年，“好奇號(hào)”在火星上發(fā)現(xiàn)了一種稱為“噻吩”的有機(jī)化合物。但該有機(jī)化合物可以通過(guò)生物和非生物兩種方式產(chǎn)生。

2020年，“火星快車(chē)”的雷達(dá)數(shù)據(jù)表明火星南極的“古湖泊”被冰下1.5km處的“水池”環(huán)繞。

利用雷達(dá)數(shù)據(jù)得到的分析圖

值大于15表明存在液態(tài)水▼

2021年，“毅力號(hào)”的圖像表明沖積平原可能是河流不斷沖刷形成，Rochette巖石也可能是有水流從上游搬運(yùn)而來(lái)。在Rochette巖石中發(fā)現(xiàn)了橄欖石，輝石，硫酸鹽和碳酸鹽等。這表明火星上曾經(jīng)存在水，該任務(wù)取得火星土壤和巖石樣本返回地球。

“毅力號(hào)”在對(duì)巖石采樣后

不忘留下打卡自拍

（圖：NASA）▼

2022年，“火星全球勘測(cè)者”探測(cè)器的雷達(dá)數(shù)據(jù)表明火星南極冰蓋下有積聚的液態(tài)水。

火星南極冰蓋看起來(lái)像是軟乎乎的奶蓋

其實(shí)是由冰凍的水和冰凍的二氧化碳組成

（圖：ESA）▼

2023年，“祝融號(hào)”的圖像表明現(xiàn)代火星存在液態(tài)水，發(fā)現(xiàn)了富含含水硫酸鹽等礦物。

未來(lái)，例如“ExoMars”計(jì)劃任務(wù)仍致力于尋找更多關(guān)于火星水文和生命的證據(jù)。

迄今為止，所有火星著陸器在火星上的位置

（圖：NASA,ESA）▼

綜上，大量獨(dú)立的觀測(cè)都表明火星曾存在過(guò)液態(tài)水。盡管目前無(wú)法確切估計(jì)火星上液態(tài)水存在了多久，但從火星表面的古湖泊、沖積扇和三角洲等地貌特征估計(jì)，火星上液態(tài)水至少存在了上千年。

火星古湖泊、沖積扇和三角洲的分布圖

其中，紅色代表海拔（高程）較高

藍(lán)色代表海拔（高程）較低

（圖：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)/趙健楠團(tuán)隊(duì)）▼

這可能意味火星曾有過(guò)一個(gè)溫暖且潮濕的時(shí)期，那時(shí)火星的大氣層也遠(yuǎn)比現(xiàn)在濃厚，極有可能存在過(guò)生命。

然而，科學(xué)家至今都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)火星曾經(jīng)的確存在過(guò)溫濕時(shí)期的獨(dú)立證據(jù)，也沒(méi)有一個(gè)恰當(dāng)?shù)臍夂蚰Ｐ蛠?lái)解釋這個(gè)問(wèn)題。也或許火星本來(lái)就沒(méi)有存在過(guò)這樣一個(gè)溫濕的時(shí)期，火星上曾存在過(guò)液態(tài)水可能另有解釋。

對(duì)火星也曾有過(guò)溫濕時(shí)期的想象

某種程度上也是人類(lèi)對(duì)證明自身“不孤獨(dú)”的渴望

（假想的古代火星 圖：壹圖網(wǎng)）▼

秦小光團(tuán)隊(duì)通過(guò)祝融號(hào)的數(shù)據(jù)給出了另一種可能解釋?zhuān)船F(xiàn)代火星存在液態(tài)水可能與火星大傾角活動(dòng)有關(guān)。

眾所周知，包括地球、火星在內(nèi)的許多太陽(yáng)系行星都是“側(cè)著轉(zhuǎn)的”，行星的自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軸呈一定傾角，也就是“黃赤交角”，目前地球的傾角大約為23.44°。地球受到衛(wèi)星、大質(zhì)量行星和太陽(yáng)的引力攝動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致地軸傾角發(fā)生周期性變化，地球地軸傾角在21.5~24.5°之間緩慢變化，周期約4萬(wàn)年。這種現(xiàn)象，在火星上也會(huì)出現(xiàn)。

“黃赤交角”的存在

是地球上四季變化和五帶區(qū)分的根本原因

（底圖：shutterstock）▼

早在現(xiàn)代火星時(shí)期，火星可能經(jīng)歷多次火星地軸大傾角時(shí)期，古代火星的軌道傾角比現(xiàn)在更大，導(dǎo)致火星極地的冰蓋向低緯度方向擴(kuò)散，這就允許火星在低緯度地區(qū)出現(xiàn)大量含鹽液態(tài)水，或液態(tài)湖；而在小傾角時(shí)期，例如現(xiàn)在的火星，水汽從低緯度地區(qū)回到了極地冰蓋。該假設(shè)可以很好的解釋祝融號(hào)傳回的圖像。

在太陽(yáng)系歷史的大部分時(shí)間里

火星的傾角都大于25度

與今天的火星相比

這將產(chǎn)生更溫暖的夏季和更寒冷的冬季▼

較高的傾角可能會(huì)引發(fā)火星部分水冰的部分融化

下圖中朝東斜坡上挑出了微妙的東西走向的山脊

深色和淺色條紋似乎在山脊上向東（下坡）偏轉(zhuǎn)

這也許是火星上古代傾斜驅(qū)動(dòng)的氣候變化的印證

（圖：NASA）▼

如果確實(shí)如此，那么火星上可能從未經(jīng)歷過(guò)溫暖且潮濕的時(shí)期，一直處于死寂狀態(tài)，甚至可能沒(méi)有孕育生命的條件和時(shí)間。

實(shí)際上，迄今為止，在火星上連細(xì)菌都沒(méi)有找到。科學(xué)家們已經(jīng)不再期望可以在現(xiàn)在的火星上找到生命。幾乎所有的相關(guān)科研結(jié)果也都只是某些可能，即便確定了科研結(jié)果的有效性，跟發(fā)現(xiàn)火星生命也完全不是一回事。

跟火星人一起在火星上吃燒烤的幻想

可以暫時(shí)放一放了

（圖：壹圖網(wǎng)）▼

不論哪種情況，火星是否存在生命仍需進(jìn)一步去驗(yàn)證，而最有效和最直接的方法就是直接探測(cè)和采樣返回，這也是“毅力號(hào)”和未來(lái)探測(cè)器的主要使命。目前，只能寄希望于2030年前后“毅力號(hào)”采集返回的火星巖石樣本（火星巖石的晶體中可能存在微生物）。

上：“毅力號(hào)”取樣的Rochette巖石

圓孔為取樣器留下的轉(zhuǎn)孔

下：裝有巖石樣本的密封樣本管

（圖：NASA/JPL-Caltech/ASU）▼

火星是距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的類(lèi)地行星，表面呈紅褐色?；鹦潜砻娴钠骄鶞囟鹊陀诘厍?，火星平均大氣密度只有地球的約1%，十分稀薄。

火星大氣稀薄的主要原因是磁場(chǎng)較弱（只有地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的約0.1%-0.2%）和質(zhì)量較?。s地球質(zhì)量的10%），使得它無(wú)法保持足夠的大氣層壓力來(lái)阻止太陽(yáng)風(fēng)將其吹散到太空中。

真實(shí)色彩下的火星

（圖：Flickr）▼

紫外光譜儀下捕捉到的逃逸的火星大氣

（圖：NASA）▼

這也導(dǎo)致其晝夜溫差和季節(jié)溫差遠(yuǎn)大于地球?；鹦堑亩疽雇頊囟瓤梢越档?140攝氏度，而夏季白天，最高可達(dá)35攝氏度。即使同一季節(jié)，火星的晝夜溫差也可以超過(guò)100攝氏度。

這種溫度環(huán)境無(wú)疑仍是十分惡劣的，但相較于金星、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三等其他天體來(lái)說(shuō)好的太多了。它們被認(rèn)為是太陽(yáng)系內(nèi)可能存在生命跡象的天體。2020年，科學(xué)家在金星的高云層中監(jiān)測(cè)到了磷化氫分子，可能是厭氧生物代謝的結(jié)果。木衛(wèi)二和木衛(wèi)三則被認(rèn)為存在冰下海洋，溫度適宜可能存在生命。

木衛(wèi)二和木衛(wèi)三常在科幻作品中成為人類(lèi)的“太空殖民地”

然而想要移民至此要面對(duì)低溫、高輻射等諸多問(wèn)題

在這么看來(lái)確實(shí)還是火星更“香”一些

（圖：NASA）▼

此外，火星的自轉(zhuǎn)周期約為24小時(shí)37分鐘，這與地球上的一天接近，而不像在金星上的“度日如年”（金星的自轉(zhuǎn)周期大于公轉(zhuǎn)周期，即“一天”大于“一年”）；火星自轉(zhuǎn)平面與公轉(zhuǎn)平面的夾角約為25.19°，與地球的23.44°相接近，這意味著火星上也有春夏秋冬。

火星上的四季變化

其中白色物質(zhì)大部分是干冰，少部分是水冰

（圖：NASA）▼

火星位于太陽(yáng)系的宜居帶外圍（宜居帶是指恒星周?chē)奶囟◣顓^(qū)，在其內(nèi)繞行恒星的行星之表面溫度冷熱適中，讓水能以液態(tài)存在于表面），盡管火星表面溫度可能在某些地方達(dá)到液態(tài)水存在的溫度，但由于其大氣層極為稀薄，且缺乏強(qiáng)大的磁場(chǎng)保護(hù)，使得水很難長(zhǎng)期存在于火星表面，而且也無(wú)法像地球一樣調(diào)節(jié)溫度。

因此，火星目前被認(rèn)為不是一個(gè)宜居行星。

太陽(yáng)系的宜居帶

根據(jù)測(cè)量失控的溫室效應(yīng)和失水演算法

得出太陽(yáng)系的宜居帶范圍為0.99-1.688au

（圖：Cornell University）▼

但在整個(gè)太陽(yáng)系中，火星也是唯一經(jīng)過(guò)改造可能適合大規(guī)模移居的行星。移居火星的優(yōu)勢(shì)之一在于豐富的水資源，目前已探明火星上的水資源儲(chǔ)量巨大，若全部融化解凍足可以覆蓋整個(gè)火星十幾米。

前面提到過(guò)的南極冰蓋如果融化

將足以覆蓋地球的整個(gè)表面，深度為11米

（北極附近充滿冰的Koroliov隕石坑）

（圖：ESA/DLR/FU Berlin）▼

此外，火星還擁有可以阻隔部分輻射的大氣。隨著未來(lái)太陽(yáng)系宜居帶的外移，火星將會(huì)變得更加溫暖。

移民火星相比于移居月球的主要缺點(diǎn)，在于昂貴的物資運(yùn)輸代價(jià)，但這也是可以展望的。

未來(lái)如果能充分利用火星上的原位資源，通過(guò)3D打印建筑材料、水的循環(huán)利用和生物以及人工制氧等技術(shù)，可以大大降低運(yùn)輸量，降低火星的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)和成本。像電影《火星救援》中在火星上開(kāi)荒將不再是科幻，而成為現(xiàn)實(shí)。

只要技術(shù)在，不怕開(kāi)荒難

（圖：《火星救援》）▼

《火星救援》有這樣一句臺(tái)詞：“一旦你在某個(gè)地方種了莊稼，那個(gè)地方就是你的殖民地了”。那么，能在火星上種菜嗎？科學(xué)家們的態(tài)度是樂(lè)觀的。盡管“生物圈二號(hào)”計(jì)劃失敗了，但是通過(guò)人為的物理化學(xué)調(diào)控以維持莊稼的生長(zhǎng)是可靠的且可行的。

解決了糧食問(wèn)題

相當(dāng)于解決了一半的生存問(wèn)題

（圖：《火星救援》）▼

因?yàn)榛鹦堑耐寥览镆灿泻芏嗲f稼生長(zhǎng)需要的礦物質(zhì)，而且莊稼對(duì)氣壓的要求遠(yuǎn)低于人類(lèi)（只需要地球表面氣壓的5%即可），建造農(nóng)場(chǎng)對(duì)“大棚”的建筑材料的要求就大大降低了。

一旦能成功的在火星上種菜，那么就意味著在火星上自給自足會(huì)成為可能，甚至可以對(duì)火星進(jìn)行一定程度的“地球化”改造。

建立磁層、建立大氣層還有提高溫度

地球上有的火星上也能有

（火星改造過(guò)程的構(gòu)想 圖：wiki）▼

這其中一定會(huì)面臨技術(shù)、資金、政治和倫理上的重重困難，這需要人類(lèi)致心一處。目前，NASA正在與SpaceX公司合作，計(jì)劃在2030年前后送人類(lèi)登陸火星，這或?qū)⒗_(kāi)移居火星的序幕。

距離計(jì)劃中人類(lèi)登陸火星還有十年左右時(shí)間

來(lái)凝聚人心、克服眼前的困難

結(jié)果如何，將由時(shí)間來(lái)揭曉

（圖：YouTube@spacex）▼

從尋找火星生命到移居火星，以祝融號(hào)為代表的火星探測(cè)器傳回的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)亮了我們心中的希望。這是人類(lèi)邁向宇宙之路上錚錚誓言的初音，也將成為人類(lèi)贊歌的重要篇章。

參考資料：

1.Xiaoguang Qin et al., Modern water at low latitudes on Mars: Potential evidence from dune surfaces.Sci.Adv.9,eadd8868(2023). DOI:10.1126/sciadv.add8868.

2.Yang Liu et al., Zhurong reveals recent aqueous activities in Utopia Planitia, Mars.Sci. Adv.8,eabn8555(2022).DOI:10.1126/sciadv.abn8555.

3.趙健楠,史語(yǔ)桐,張明杰等.火星水成地貌研究進(jìn)展[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2021,95(09):2755-2768.DOI:10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2021267.

4.盧昌海.探尋生命的蹤跡——火星[J].現(xiàn)代物理知識(shí),2016,28(03):23-30.DOI:10.13405/j.cnki.xdwz.2016.03.012.

5.https://solarsystem.nasa.gov/planets/mars/in-depth/

6.https://www.planetary.org/space-images

7.https://www.sciencenews.org/article/mars-perseverance-rover-nasa-water-life

8.https://www.sciencenews.org/article/mars-lake-south-pole-ice-surrounded-pools-water

*本文內(nèi)容為作者提供，不代表地球知識(shí)局立場(chǎng)

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