火星“找水”记

张唯诚

火星探测一直倍受世人瞩目，而对火星上水的探究则是关注的焦点。这是因为水是生命存在的前提，是否存在水可作为判断火星上是否存在生命的先决条件。此外，找水也是为人类登陆火星创造条件。

现在，人们得到的结论是，火星上的确存在水，而且水量丰富，只是就目前而言，它存在的状态如何，例如流动的液态水是否真实存在，地下的湖水会呈现怎样的状态等，还有很多争论。

冰冻水储量丰富

2020年的一项研究支持了一个2018年的论点，即在靠近火星南极的冰下存在一个湖。最初，这个可能存在的湖泊是依靠火星轨道探测器“火星快车”于2012年5月至2015年12月间收集到的雷达数据发现的。现在，通过研究2010年到2019年收集的数据，科学家们再次发现冰层下反射性很强，波形非常平坦。科学家认为，这些新发现不仅证实了早期的结论，而且还据此找到了几个较小的池塘，它们环绕着主水体，并被一块块干燥的陆地分隔开来。更为重要的是，其中的湖水很可能呈现液态。这大大增强了人类在火星上寻找水源的信心。

其实，早在2000年，“火星全球勘测者”探测器就发现火星上存在疑是流水冲刷而成的痕迹。这艘火星探测器用其携带的火星轨道照相机拍摄到一些像是流水冲刷而成的峡谷，它们显示出非常新鲜的痕迹。当年，一些行星科学家将这一发现作为火星依然存在液态水的有力证据。这些科学家推测，火星上的水可能在几百年间出没无常，行踪不定。

这之后，一系列奔赴火星的探测器都把找水作为主要任务，包括“奥德赛”和“火星快车”探测器、“凤凰号”着陆器、“勇气号”和“机遇号”火星漫游车等。它们都各自在火星找水领域里取得了突破性的发现，其中“火星快车”的发现尤其令人关注。

“火星快车”装备有高强度的地下探测雷达“MARSIS”，它的主要本领是测绘地表以下的物质构成，这相当于拥有了一眼看穿地表的本领。其原理是向火星表面发出低频无线电波。这些电波的一部分可穿过地表被地下的水或冰等物质反射，从而呈现地表之下的情况。2005年2月，“MARSIS”在火星赤道的地表之下找到了大约有800千米长、900千米宽，平均深度达到45米的冰冻水层，它以大块浮冰的形式存在。同年，“MARSIS”又在火星北极地区地表之下约1000米的地方发现了水冰层。

2005年7月，“火星快车”的高分辨率立体摄像机“HRSC”在位于北极附近著名的北方大平原上，又发现了一块直径达12.8千米的巨大积冰。于是，北方大平原很快便成了人们找水的重要目标。2008年5月26日，“凤凰号”着陆器成功着陆到了这个浅谷平原上。同年7月，“凤凰号”依靠它的“热量和释出气体分析仪”检测了一份采自火星地表的土壤样本，然后加热这份样本，分析仪就此鉴别出其中有水蒸气产生。这项实验证实了科学家们的猜想：火星北极附近地表之下很浅的土壤层里含有丰富的冰冻水。

火星探测器“火星勘测轨道器”

液态水“若隐若现”

然而，火星上有流动的液态水吗？如果有，它们又是怎样的形态？与地球上的液态水有何不同？

研究的突破来自2011年，这年8月，“火星勘测轨道器”拍摄的图像显示，在火星的春夏两季，陨石坑的一些斜坡上会出现“手指形状的阴影物体”，它们的形态随着季节的变化而变化，且沿着斜坡向下延伸。科学家们将这种现象解释为“盐水形成的水流”。

火星表面大部分地区的温度常年都在0℃以下，所以纯水不会呈液态。但如果这些水中含有盐分，那么它们就能在很低的温度与压力下维持液态。因而，大致上说，将那些随季节变化的“手指形状的阴影物体”解释为流动盐水的活动是经得起推敲的。

目前，最新的发现也是依靠“火星快车”上的雷达“MARSIS”获得的。“MARSIS”探测过火星上的冰层。无线电波的短暂发射会在冰面上发生反射，但有些会穿透冰面进入更深的地方，然后从冰面底部反弹回来，从而产生第二次反射。第二次反射的亮度和锐度可揭示冰下地形的细节。分析这些数据，科学家们认为，在靠近南极的冰下大约1500米处存在一个湖泊，在湖泊的旁边还有另外几个池塘。

如果以上探测结果属实的话，中央湖的面积大约就有600平方千米。参与这项研究的科学家相信这个中央湖是真实存在的。对此，意大利博洛尼亚国家天体物理研究所的行星科学家罗伯托·奥罗塞认为：“这是迄今人类在火星上发现的最接近‘宜居的区域。在地球上，明亮平坦的雷达反射区域‘毫无疑问就是液态水。同样的分析技术也被用于研究地球南极和格陵兰岛冰下的湖泊。因而，这个研究结果是真实可信的。”

火星找水任重道远

然而，可以肯定的是这项研究成果必然会引发一些争议。最大的争议焦点就在于那些水是如何保持液态的。火星上气候寒冷，湖水要保持液态，其中的盐分必须非常高。美国普渡大学的行星科学家迈克尔·索里和阿里·布拉姆森为此计算了湖水的温度大约在-70℃，这实在太冷了。研究者认为，要使湖水呈现液态需要一些地热资源，比如地表下的岩浆库等，但这又引发了另一个问题：目前火星是否能够提供这样的热量呢？

答案尚不确定。一些科学家认为要提供这样的热量不成为问题。他们解释道，5万年前，火星的南极还比较温暖。由于火星的倾斜在不断发生着变化，较高的温度有可能通过冰进行传播，从而制造出一些拥有含鹽液体的区域。另一种可能是，这些液态的“池塘”在冰盖形成之前就已经存在了。不管怎样，在盐分非常高的情况下，水一旦融化，就很难再度结冰。因为其融化温度和冻结温度是完全不同的。

即便如此，这种液体也可能是一种不同于大多数地球人所熟悉的液体。一种可能的情况是，一些在低温下过冷的盐水已经变成了一种奇怪的玻璃似的物质，但它们仍然被视为液体。

“凤凰号”在火星上的北方大平原上成功着陆。

雷达数据显示，火星南极冰层下1.5千米处可能有一个地下湖，周围环绕着液态的水池。

科学家们认为，解决这些难题可能需要比雷达更先进的观测设备。此外，有关生物是否能在这样的水里生存，也是一个悬而未决的问题。阿里·布拉姆森说，“我们不知道这样的水里到底有什么，我们更不清楚盐的浓度。假若水中盐的浓度过高，它对生命的存在是不利的。”但这位科学家推测，如果火星上真的有生命进化的话，那么“这些湖泊有可能提供一个诺亚方舟，让生命即使在这样的条件下也能够生存”。