火星找水記

于鵬翔

2020年7月23日12時41分，長征五號運載火箭載著我國首個火星探測器——“天問一號”向著遙遠(yuǎn)的火星飛奔而去?；鹦鞘堑厍虻泥従?，也是我們?nèi)庋劭梢姷奈孱w行星之一。作為和地球自然環(huán)境最接近的一顆行星，火星成了人們移居外星的首選。不過，移居的首要條件是水，為了在火星上找到水， 人們開始了漫長的探測之旅。1960年10月10日，蘇聯(lián)發(fā)射了人類首個火星探測器“火星1A號”，并在4天后發(fā)射了第二個火星探測器“火星1B號”，雖然這兩個探測器最終都沒有完成預(yù)定任務(wù)，但是人類探索火星的大幕就此拉開，隨后一個個謎團被解開。那么，火星上到底有沒有水呢？火星到底適不適合人類移居呢？

火星上的“運河”

1877年8月，對火星進行過長期觀測的意大利天文學(xué)家喬凡尼·夏帕雷利再次將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了火星。這一次觀測正值火星大沖期間。所謂“大沖”就是火星離地球最近的時候，這時候是我們觀測火星最好的時機。夏帕雷利連續(xù)幾晚目不轉(zhuǎn)睛地觀測火星，同時把自己觀測到的景象一點點繪制出來，他非常期待能有新的收獲。突然，他發(fā)現(xiàn)火星上隱約有一些縱橫交錯的細(xì)線，他仔細(xì)地把這些細(xì)線標(biāo)注在自己繪制的火星地圖上。隨后的日子里，夏帕雷利經(jīng)常端詳自己繪制的火星地圖，思索著這些深深淺淺的條紋究竟是什么。他猜測這些條紋也許是火星上的河道，是水流過的痕跡。夏帕雷利將自己的發(fā)現(xiàn)寫進書中，廣為流傳。但是一個誤會也由此誕生：當(dāng)他的著作被翻譯成英文的時候，意大利文中的河道（canali）被翻譯成了英文的運河（canals）?！安钪晾澹囈郧Ю铩?，河道可以是天然形成的，只能說明這里從前或者現(xiàn)在有水流過。但是運河是人工開鑿的，火星上有運河就說明火星上有“智慧生物”。這本翻譯有誤的書恰巧被美國的一位年輕人帕西瓦爾·洛厄爾看到。這位家境富裕又熱愛天文學(xué)和數(shù)學(xué)的年輕人對于夏帕雷利描寫的這些火星條紋非常感興趣。為了觀測研究，洛厄爾干脆在1894年建了一座天文臺用于觀測火星。由于錯誤的翻譯，洛厄爾一直誤認(rèn)為這些條紋就是運河。他堅信火星上一定存在智慧生命，火星大部分是干旱地帶，但兩極一定有冰蓋，火星人會在每年冰蓋融化的時候從中取水，而那些縱橫交錯的火星運河就是取水的通道。洛厄爾把這些觀測和猜想寫成書向公眾介紹。一時間，關(guān)于火星運河和火星人的報道鋪天蓋地?；鹦巧系乃疀]有找到，火星人卻成了一個有趣的誤會。直到1909年，希臘裔天文學(xué)家安東尼亞第通過巴黎天文臺的83厘米望遠(yuǎn)鏡長期觀測火星后認(rèn)定，傳說中代表“火星運河”的那些條紋其實只是一種視覺誤差。

探尋水的痕跡

火星上有著眾多的溝壑和峽谷，這些地貌究竟是火星內(nèi)部的地質(zhì)運動造成的，還是地表的流水沖刷造成的呢？為了解開這些謎團，1962年，美國開展了“水手計劃”系列探測，其中1971年發(fā)射的“水手9號”探測器抵近火星后，拍攝到火星表面大約70% 的面積。當(dāng)這些清晰的照片傳回地球后，人們終于確認(rèn)火星上存在河床和峽谷等河流沖擊侵蝕而成的地貌特征，隨后發(fā)射的“海盜號”火星探測器發(fā)現(xiàn)了更多類似的地貌特征，這些地貌證明了在很久很久以前，火星上的確存在過液態(tài)水，甚至存在巨大的河流和大面積覆蓋火星表面的海洋。但是，這些探測器發(fā)回的照片也印證了現(xiàn)在的火星已經(jīng)是一顆荒蕪的干燥行星，不再存在大規(guī)模的液態(tài)水。

正常情況下，水有三種狀態(tài)：液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)。沒有液態(tài)水，那火星會不會有其他形態(tài)的水呢？最有可能存在固態(tài)水的就是火星南北兩極的極冠了，它們體積巨大，甚至在地球上用民用天文望遠(yuǎn)鏡都能看到。很早之前人們就猜測火星極冠就像地球的南北極一樣是由冰川構(gòu)成的。在20世紀(jì)40年代末，著名天文學(xué)家柯伊伯就通過分光觀測的方法判斷火星極冠是由巨大的水冰構(gòu)成的。我們之前提到的“水手號”和“海盜號”探測器則更精準(zhǔn)地探測出火星極冠是由固態(tài)二氧化碳和固態(tài)水共同組成的。與此同時，通過對火星大氣成分的進一步分析，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)火星的大氣中含有約0.03%的水汽。

關(guān)于火星上到底有沒有水的疑問似乎已經(jīng)得到答案。但是，人類火星探索的腳步卻并未停歇。除了環(huán)繞火星飛行的探測器，科學(xué)家們還將火星著陸器和火星車送到了火星表面。

2008年5月，“鳳凰號”火星著陸器穩(wěn)穩(wěn)地停在了火星的北極地區(qū)，它的任務(wù)就是對火星的極地環(huán)境進行探測，尋找那些可能適合微生物生存的環(huán)境，并研究火星上水存在的歷史。為此，它搭載了各種照相機、傳感器以及一條長達(dá)2.3米的機械臂。這條人類伸向火星的長臂可以挖掘火星地下的土壤，讓鳳凰號能夠?qū)鹦沁M行更深入的分析。就在鳳凰號登陸火星的第二個月，機械臂挖開了一小塊土壤，在土壤中發(fā)現(xiàn)了幾塊很小但是閃亮的東西。四天之后，這些閃亮的物質(zhì)消失了，它們?nèi)ツ膬毫四?？科學(xué)家認(rèn)為這些閃亮的物質(zhì)就是水凍結(jié)成的冰，而它們消失的原因就是升華了。因為火星太冷了，表面上的冰沒有機會化成水，但是它們可以直接從固態(tài)冰變成氣態(tài)的水汽，這種水的變化就叫作升華。鳳凰號的探測結(jié)果直接證實了火星上存在著水。

到了2013年，已經(jīng)著陸一年的好奇號火星車執(zhí)行了一項新任務(wù)：它用機械臂在火星表面抓取了土壤，在對其進行加熱后，發(fā)現(xiàn)火星的土壤里包含1.5%～3% 的水。與此同時，火星土壤中還含有大量鹽類物質(zhì)，這說明火星土壤中蘊含的并不是人類最需要的淡水，而是比地球海水還要咸的鹵水。但是通過蒸發(fā)等方法，我們依然可以將火星土壤中的水分提取出來。

知道了火星地表存在固態(tài)水，土壤中也存在水分的好消息，人們還是想知道火星到底存不存在液態(tài)水！ 2018年，人們有了一個更加重大的發(fā)現(xiàn)：歐洲天文學(xué)家通過環(huán)繞火星飛行的“火星快車號”探測器對火星南極進行了雷達(dá)掃描，在火星南極冰蓋下1.5千米處發(fā)現(xiàn)了一個直徑約20千米的湖。類似的地下湖在地球南極冰蓋之下也存在，而這個火星地下湖中存在的正是人們期待已久的大量液態(tài)水。這些水很有可能也是含鹽度很高的鹽鹵水，也正是高鹽度讓這里的水在-74℃的低溫下還能保持液態(tài)。

即使發(fā)現(xiàn)了這么多有水的證據(jù)，但關(guān)于火星的疑問還是有很多?；鹦菤v史上有過河流縱橫、波濤洶涌的時代，那么這些水為什么消失了？是因為火星引力小留不住水，還是因為火星磁場消失，太陽風(fēng)吹散了火星水？又或者因為火星氣壓低，水分直接沸騰汽化了？火星上有液態(tài)水，那火星上到底有沒有生命？未來人類能移居火星嗎？火星極冠上的冰凍水我們?nèi)绾卫茫客寥乐械乃治覀兡苁占瘑?？南極冰蓋下面的鹵水湖我們可以抽取嗎？

“天問一號”的遠(yuǎn)征，正是為了讓我們可以獲取關(guān)于火星的第一手資料。希望肩負(fù)重任的“天問一號”和各國的火星探測小伙伴可以給我們帶回更多的發(fā)現(xiàn)，幫我們解開火星之“惑”。