火星類比區

王世杰 趙宇鴳

對火星的研究，從大氣外的空間環境到火星的核幔深部，已經貫穿了火星幾乎所有圈層。研究的內容涵蓋了方方面面，像火星空間環境、火星大氣、火星表面的礦物巖石組成、地形地貌、結構構造、撞擊坑和撞擊歷史、冰川和冰凍層、尋找火星生命、以及火星的深部結構等等。在研究的過程中，除了環繞器的遙感探測、著陸器和火星車的就位探測，以及對火星隕石的直接研究外，還有一類非常重要的研究方法，就是在地球上尋找類似火星的區域，并通過對這些區域的研究來類比火星。這樣的區域被稱為“火星類比區”。

具體來說，火星類比區是地球上與火星有著類似地質、環境或生物條件的地區。這些地區可以幫助科學家理解發生在火星上的地質過程和生物過程，驗證各種關于火星的預測和假說，解譯火星探測器傳回的數據，還有將遙感的數據與地面真實情況做對照。對于未來的探測計劃，類比區幫助科學家和工程人員們優化探測計劃的載荷設計和探測策略，或開展科學儀器的試驗以及宇航服的測試；宇航員也可以在這些環境中進行模擬訓練，例如失重、強輻射、極端溫度等環境中穿著宇航服進行野外工作。對于尋找地外生命，類比區幫助我們理解生命可能存在的形式或被保存的形式，地球生命對極端環境的適應，和優化生命探測載荷。

為了開展探測器測試和宇航員訓練，世界上許多國家都建立了火星模擬研究站。例如美國位于猶他州的火星沙漠研究站和位于夏威夷的火星任務模擬試驗站，法國和意大利合作的肯考迪婭南極研究工作站，俄羅斯的火星500模擬實驗艙，英國的斯蒂夫尼奇火星任務模擬場，等等。這些模擬研究站，大都基于沙漠或極地干燥寒冷的環境，因為這是現在火星的樣子。

現在的火星表面干燥、寒冷、高紫外輻照。早先可能存在的河流和湖泊，隨著水的不斷蒸發演變成鹽灘。在地球上與之相似的環境，主要是沙漠、鹽盆地和極區。地球上人氣很高的現代火星類比區有：位于南美的阿塔卡馬沙漠，南極的干谷，中國的柴達木盆地，美國西南部的沙漠地區，以及非洲的納米布沙漠，等等。

南美的阿塔卡馬沙漠，極為干旱，局部地區的空氣相對濕度與好奇號在蓋爾撞擊坑中測得的最低值相近。這里寒冷，紫外線輻射高，植被稀少。區域內分布著相當面積的鹽盆地，保存著天然形成的高氯酸鹽（ClO4）。高氯酸鹽作為一種重要的火星鹽類，已經在火星的北極區（鳳凰號著陸點）和赤道區域（好奇號著陸點）的土壤、沙塵和沉積巖中被廣泛發現，但在地球上絕少自然產出。這也使阿塔卡馬沙漠成為研究高氯酸鹽成因的重要區域之一。在阿塔卡馬沙漠內的熱泉區域，還發現了與火星勇氣號著陸點（古瑟夫撞擊坑）形態非常類似的泉華。阿塔卡馬沙漠的一些如手指狀的泉華內部，藏著多種生命物質，那古瑟夫撞擊坑中的泉華是不是也保存有類似的生命信息？重返古瑟夫撞擊坑采集這些泉華樣品，這也使古瑟夫撞擊坑成為美國2020火星車前三甲的備選著陸點之一。

南極南緣的干谷，受強重力風的影響，山谷中幾乎無冰雪覆蓋，是地球上最冷最干燥的地區之一。這里的土壤呈弱堿性。水分存在的形式為巖石或冰界面上的鹽水膜，與現在的火星表面可能非常相似。在山谷間的低洼處，有一個著名的水洼；它寬100m，長300m，深10cm。水洼里的水主要來自周邊斜坡上的鹽潮解產生的溶液與雪融水，這與科學家在火星斜坡上觀測到的周期性出現的斜坡條紋成因可能非常類似。科學家對這個水洼里的水進行了原位監測和采樣分析，發現水洼中的水鹽度非常高，微生物在這樣的水中無法繁殖，水中存在的微生物極有可能是從山谷里其它地方被帶到水洼里。這也是地球上唯一沒有原生生命的水體。在地球上，水是生命之源，但是不是所有的水都適合生命存在？唐胡安湖給我們提供了一個重要的下限，如果火星的水體都類似這種鹽堿湖，對生命的存在可能不是一個好消息。

中國的柴達木盆地是亞洲干旱區的中心，也是中國目前僅有的正在開展火星類比區研究的地方。柴達木盆地海拔高，紫外輻照強，空氣稀薄，晝夜溫差較大（當然遠不及火星的晝夜溫差）。區域里有沙丘地貌，雅丹地貌，干河谷和干河床，地面的多邊形形貌，鹽湖和干鹽灘，沙龍卷和塵暴等等，與現代的火星類似。區域內產出的種類豐富的鹽類，許多含有結晶水和晶間鹵水，這些水存在的形式，可能是現代火星表面水存在的主要形式之一。在柴達木盆地干旱極端的環境中，科學家依然在鹽殼中找到耐鹽微生物，還有躲在半透明礦物下的微生物群落，這為在火星表面尋找生命提供了重要線索。這里也是火星著陸探測器和科學儀器進行野外測試的理想環境。（編輯/高緯時）