火星找水記

于鵬翔

2020年7月23日12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭載著我國(guó)首個(gè)火星探測(cè)器——“天問一號(hào)”向著遙遠(yuǎn)的火星飛奔而去。火星是地球的鄰居，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(zhǎng)的探測(cè)之旅。1960年10月10日，蘇聯(lián)發(fā)射了人類首個(gè)火星探測(cè)器“火星1A號(hào)”，并在4天后發(fā)射了第二個(gè)火星探測(cè)器“火星1B號(hào)”，雖然這兩個(gè)探測(cè)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(gè)個(gè)謎團(tuán)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(yùn)河”

1877年8月，對(duì)火星進(jìn)行過長(zhǎng)期觀測(cè)的意大利天文學(xué)家喬凡尼·夏帕雷利再次將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了火星。這一次觀測(cè)正值火星大沖期間。所謂“大沖”就是火星離地球最近的時(shí)候，這時(shí)候是我們觀測(cè)火星最好的時(shí)機(jī)。夏帕雷利連續(xù)幾晚目不轉(zhuǎn)睛地觀測(cè)火星，同時(shí)把自己觀測(cè)到的景象一點(diǎn)點(diǎn)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(cuò)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(cè)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(jìn)書中，廣為流傳。但是一個(gè)誤會(huì)也由此誕生：當(dāng)他的著作被翻譯成英文的時(shí)候，意大利文中的河道（canali）被翻譯成了英文的運(yùn)河（canals）。“差之毫厘，謬以千里”，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(yùn)河是人工開鑿的，火星上有運(yùn)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(guó)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(duì)于夏帕雷利描寫的這些火星條紋非常感興趣。為了觀測(cè)研究，洛厄爾干脆在1894年建了一座天文臺(tái)用于觀測(cè)火星。由于錯(cuò)誤的翻譯，洛厄爾一直誤認(rèn)為這些條紋就是運(yùn)河。他堅(jiān)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(huì)在每年冰蓋融化的時(shí)候從中取水，而那些縱橫交錯(cuò)的火星運(yùn)河就是取水的通道。洛厄爾把這些觀測(cè)和猜想寫成書向公眾介紹。一時(shí)間，關(guān)于火星運(yùn)河和火星人的報(bào)道鋪天蓋地。火星上的水沒有找到，火星人卻成了一個(gè)有趣的誤會(huì)。直到1909年，希臘裔天文學(xué)家安東尼亞第通過巴黎天文臺(tái)的83厘米望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)期觀測(cè)火星后認(rèn)定，傳說中代表“火星運(yùn)河”的那些條紋其實(shí)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(yùn)動(dòng)造成的，還是地表的流水沖刷造成的呢？為了解開這些謎團(tuán)，1962年，美國(guó)開展了“水手計(jì)劃”系列探測(cè)，其中1971年發(fā)射的“水手9號(hào)”探測(cè)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(hào)”火星探測(cè)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(cè)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(huì)不會(huì)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(cè)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(cè)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(hào)”和“海盜號(hào)”探測(cè)器則更精準(zhǔn)地探測(cè)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(shí)，通過對(duì)火星大氣成分的進(jìn)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(cè)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(hào)”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(duì)火星的極地環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，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(jī)、傳感器以及一條長(zhǎng)達(dá)2.3米的機(jī)械臂。這條人類伸向火星的長(zhǎng)臂可以挖掘火星地下的土壤，讓鳳凰號(hào)能夠?qū)鹦沁M(jìn)行更深入的分析。就在鳳凰號(hào)登陸火星的第二個(gè)月，機(jī)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)ツ膬毫四兀靠茖W(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?yàn)榛鹦翘淞耍砻嫔系谋鶝]有機(jī)會(huì)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(hào)的探測(cè)結(jié)果直接證實(shí)了火星上存在著水。

到了2013年，已經(jīng)著陸一年的好奇號(hào)火星車執(zhí)行了一項(xiàng)新任務(wù)：它用機(jī)械臂在火星表面抓取了土壤，在對(duì)其進(jìn)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(shí)，火星土壤中還含有大量鹽類物質(zhì)，這說明火星土壤中蘊(yùn)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(gè)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(hào)”探測(cè)器對(duì)火星南極進(jìn)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(gè)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(gè)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。火星歷史上有過河流縱橫、波濤洶涌的時(shí)代，那么這些水為什么消失了？是因?yàn)榛鹦且π×舨蛔∷€是因?yàn)榛鹦谴艌?chǎng)消失，太陽風(fēng)吹散了火星水？又或者因?yàn)榛鹦菤鈮旱停种苯臃序v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治覀兡苁占瘑幔磕蠘O冰蓋下面的鹵水湖我們可以抽取嗎？

“天問一號(hào)”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(hào)”和各國(guó)的火星探測(cè)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”。