火星宜居時間遠比想像更久 早期和地球超級像？

出品|網易科學人欄目組；譯者|小小；編輯|郭浩

2012年，美國宇航局發射的好奇號探測器降落在火星上，以評估其過去存在生命的可能性，並調查直徑150公里的蓋爾隕石坑內的沉積岩，裡面可能保存著古代氣候記錄。通過利用好奇號探測器提供的數據構建的地質模型，科學家們揭示了一個古老的、適合居住的火星湖泊環境。結果還顯示，火星上宜居的時間遠比我們想像的更加久遠。

在古代，蓋爾隕石坑是個巨大湖泊，裡面充滿了藍色的淡水。如今，它成為紅色火星表面上近150公里寬的巨洞。雖然淡水消失，但其留下的沉積物可能包含著重要線索，比如這顆行星何時何地曾適合生命生存。美國宇航局2012年發射的好奇號火星探測器始終在尋找這樣的線索。圍繞著蓋爾隕石坑漫步，並爬上隕石坑中心4800米高的夏普山，好奇號正在研究湖中留下的岩石層。

對好奇號的發現進行分析顯示，在31億-38億年前，火星上的確曾存在支持生命的物理、化學以及能量成分。這段時間也恰好與地球上生命誕生的時間相吻合，只是這個「時間窗口」比科學家們此前預想的更大。

火星上的蓋爾隕石坑今天看起來截然不同，這裡過去曾是個巨大的淡水湖。對湖中沉積的岩石進行分析顯示，火星溫暖潮濕的環境遠比我們想像的持續時間更長

美國紐約州立大學石溪分校地球化學家喬伊爾·霍洛維茨（Joel Hurowitz）領導研發團隊正研究蓋爾隕石坑中100米岩石層的化學成分，這些岩石內的化學物質可以表明它們形成的條件。為了重新構建火星過去的氣候，霍洛維茨及其研究團隊測量了每層岩石中的鋁含量，以及容易溶解的鈉和鈣等礦物質含量。

在溫暖的條件下，水能更好地溶解礦物質，並對岩石進行化學改造。因此，如果岩石層中含有大量的鋁，但鈉和鈣不多，表明它是在溫暖環境下形成的。而在冷水環境下，化學反應不夠活躍。有鑒於此，鈉和鈣含量較高的岩層表明它們也在涼爽條件下形成的。

這些岩石表明，火星上最初是涼爽的，隨後變得溫暖而潮濕。最終，由於大氣的大量損失，火星表面的水乾涸了。但新的研究結果顯示，火星上保持溫和氣候的時間遠比科學家預期的更長。此外，湖泊中沉積岩的上層充滿了氧化劑，而更深的層次含有還原劑。這兩種類型的分子可共同為假設存在的火星生物提供攝取能量的食物。

夏普山位於蓋爾隕石坑的中心，好奇號探測器目前正在探索這個區域

這個湖泊還提供了各種生態位，即地球上的微生物蓬勃發展的環境。淺水部分含有大量的溶解氧，更深的部分則被剝奪氧氣，萬物生存在兩者之間。霍洛維茨說：「這個湖預示了各種微生物生命存在的可能性，前提是它們真的曾經存在過。」至於這些生命是否在火星上進化，那不是好奇號探測器可以回答的問題。

好奇號火星探測器正在確定火星上何時何地支持生命生存，這將有助於美國宇航局的Mars 2020探測器執行任務，它將在未來幾年內尋找火星上存在生命的真實證據。霍洛維茨表示：「我們已經通過好奇號探測器了解了許多有關火星的知識，並在考慮如何開展新的搜索生命線索任務。」

雖然這項研究的結果很有意義，但霍洛維茨稱他仍然感到驚訝。他說：「我沒想到能夠如此詳細地理解這個35億年前存在的湖泊的化學條件，這實際上是個非常類似地球的環境。」

另有研究顯示，火星上的海洋可能比我們想像的廣闊得多。早在2015年，好奇號探測器在火星表面漫步時，曾挖掘和篩選土壤，看看它能發現什麼。到今年4月份，好奇號已經發回了證據表明，液態鹹水存在於火星表面之下。這顯示，晚上土壤可能收集到水分，然後在白天蒸發。在那之前，有證據顯示寒冷星球上存在冰凍裂縫，那裡的溫度即使在夏天也可降至零下90度。然而水中含鹽量高可能允許水以液體的形式存在，即使在這樣的低溫環境下。

所以，我們知道火星上存在冰凍的水體，在某些時候甚至可能有液態海洋。來自北伊利諾伊大學的地理學家們正估算需要多少水才可以填滿這些海洋。特別是，他們研究了需要多少水才能「雕刻」出火星表面的山峰和波谷。該理論的基礎源自這樣的猜測：火星曾經有海洋，海水蒸發然後降雨在山谷中，這種水文循環類似於地球。

考慮到山谷形成的時間（超過三十億年），羅偉（音譯）教授和他的同事們開發了演算法來幫助評估。使用高解析度成像技術，他們能夠根據顏色識別出山谷的大小。羅偉說：「我們對火星山谷網路的總體體積和雕刻這些峽谷所需水量的最保守估計，至少都是以前估計的10倍。」

事實上，根據他們的計算，需要相當于山谷體積4000倍的水才能雕刻出當前景觀。羅偉說：「這意味著水必須通過火星山谷系統多次循環，並且需要大量的開放水體或海洋來促進這種活躍的循環。我認為早期的火星與我們在地球上的情況相似，那裡也有海洋、湖泊、河流和降雨。」羅偉等人還稱，以前試圖估計火星水量都是基於「本地位置」進行的。研究人員們稱：「我們採用了一種創新的漸進式變換方法，在全球範圍內根據每個山谷的深度來估計它們。」因此，由此產生的火星氣候圖片考慮到山谷周圍每個支流和溪流的情況。他們認為，由此產生的結果「與火星上早期存在溫暖潮濕的氣候和活躍的海洋水文循環相一致」。

然而，這個謎為何困惑了人們如此之久？羅偉在聲明中指出，火星離太陽更遠，幾十億年前太陽照射已經不那麼強烈了。根據今天使用的氣候模型，火星不可能總是如此炎熱，形成以蒸發和降雨為基礎的水文循環。這是這個假設的最大漏洞，所以在本質上，我們還無法確定火星上是否存在液態海洋，更不用說北伊利諾伊大學團隊所提出的海洋規模了。

關於火星如何變暖仍然是個謎，但科學家認為這可能與火山、外層空間的影響或與行星的傾斜有關。但是，火星環境發生極端轉變，從古時候的溫暖潮濕到今天的寒冷、乾燥、荒涼，似乎與大氣逃逸到太空中擺脫不了關係。隨著好奇號探測器繼續攀登夏普山，它將有機會研究更多的古湖岩石層，並提供更多關於這個星球的歷史線索。

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