火星表面曾存在巨星湖泊，宜居時間遠比科學家料想的更久

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。

蓋爾環形山由層狀岩石構成，層狀岩石中含有黏土和硫酸。這些物質和地貌的形成都與水有關。 主峰夏普山由一層一層的沉積岩構成，這種結構的山峰就像一本書，從山腳到山頂，可以從中理出火星的早期歷史年表，年表的起點就是這座巨大的環形山形成之後的某個時間點。

沉積岩中不同的礦物層至少記錄下了火星上三種不同環境的來去演變。它的最上層保留下了在過去的幾十億年里火星最近一次轉入乾燥氣候的信息。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。

2011年7月下旬，美國宇航局（NASA）選擇了蓋爾環形山作為好奇號火星車的著陸地點。在蘊藏著火星早期歷史的沉積岩層中尋找有機物的痕迹。

蓋爾環形山符合好奇號火星車登陸的幾個要求：首先，表面由較小的石塊覆蓋，石塊太大會摔壞火星車，而太小則會激起很大的灰塵。其次，著陸點不在險峻的斜坡上，否則會讓火星車失去平衡。另外，地面足以堅固好支撐起火星車。

蓋爾環形山有古河流沉積物，這是地表曾有水流的證據；這裡還有富含礦物的斷層地貌――在地球上，與此相似的地形下面通常藏著地下蓄水層。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。

好奇號有兩部直接分析岩石和土壤樣本的儀器，分別是「化學和礦物學分析儀」和「火星樣本分析設備」， 它們依靠好奇號的機械臂取樣賴分析樣本。

在尋找水的努力上，好奇號還有一件利器，叫做「動態中子返照率設備」。這種設備實際上早先在地球上是用於石油勘探的，它發射出中子，然後通過觀察中子與氫原子核相互作用後發生的能量變化來確定氫的存在。後來科研人員將它重新設計後用於月球和火星探測。在2002年，火星奧德賽號探測器曾經用這種設備發現了火星高緯度地下的水冰。

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。

事實上，確定火星上是否存在水是十分棘手的一個問題，因為對於整個探測過程科學家們需要足夠小心。NASA發送一些探測器研究土星體表環境是一件十分容易的事，但是有可能將地球上的細菌帶到火星污染火星上的水源。未來有很多計劃，例如發射更加先進的衛星、使用火星滑翔機或飛機，但目前科學家們擁有的只有軌道照片，所以想要得到更加確定的答案我們必須再等待一段時間。

儘管NASA和SpaceX均提出了「火星殖民」計劃，但要實現這一願景其實困難重重。火星環境極其惡劣，要實現殖民必須克服稀薄的大氣、超強輻射和寒冷乾燥的環境。在近日於華盛頓舉行的「行星科學展望2050研討會」上，NASA提出一個瘋狂的想法。在火星周圍安置一個巨大的人工磁場，以恢復這顆紅色星球的大氣層，使其變得宜居。

NASA科學家提出，火星曾有一層厚厚的大氣層，使這一星球存在充滿了液態水的海洋，形成溫暖潮濕、適宜居住的環境。但數十億年前，磁場消失了，太陽風的剝離使得火星的大氣層不斷變稀薄，最終淪為一個寒冷、乾旱的荒原。在前述研討會上，NASA行星科學部主任吉姆·格林（Jim Green）提出，將一個「人工磁場」置於火星與太陽之間的軌道，使得火星能夠置於其「磁尾」之內，保護它免受強烈太陽風的侵襲。

事實上，探索遠古火星的宜居條件，對未來人類可能向火星的移民意義重大，不可小覷。

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