火星上真的有水！「火星快車」探測到直徑20千米的液態水湖泊

原標題：火星上真的有水！「火星快車」探測到直徑20千米的液態水湖泊

現在的火星上是否存在液態水？火星探測器、著陸器陸續找出一些證據，但這些關於火星液態水的證據一直都模稜兩可。今天，《科學》雜誌刊登了一項重要發現：歐洲航天局的「火星快車」號探測器在火星南極冰蓋下首次發現大面積液態水！儘管高鹽度讓這個直徑達20千米的湖泊很難成為常見生命的搖籃，但這無疑是火星探索旅程中的重大突破，也為進一步的火星生命搜尋提供重要線索。

2015年2月25日，歐洲航天局2015年2月25日觀測到的火星南極冰蓋。「火星快車」的觀測首次表明，在南極冰蓋下隱藏著一片由液態水組成的湖泊。（來源：歐洲航天局）

在覆蓋了火星南極的30億年的冰蓋邊緣，一塊名為「南極高原」（Planum Australe）的區域此前並沒有引起科學家的關注。冰封、平坦、毫無特色，這裡似乎只有沙塵和二氧化碳冰的痕迹。直到今天，在它1.5千米厚的冰蓋之下，科學家收穫了迄今為止最令人激動的火星發現之一——一片由液態水組成的湖泊。義大利科學家通過歐洲航天局的「火星快車」探測器搭載的MARSIS雷達系統，發現了這片至少有數米深、直徑約20千米的湖泊。一旦最終得到確認，它將成為人類在火星發現的首個液態湖。

該發現不僅為過去甚至是當前火星生命的搜尋提供關鍵證據，還為數十億年間火星環境的轉變提供新線索。儘管目前探測到的只是一片湖泊，但研究人員表示，「沒有理由認為，今天火星上的地下液態水只存在於這一區域。」這項研究發表在今天的《科學》（Science）期刊。羅馬第三大學的Sebastian Lauro是論文主要作者之一，他表示：「火星南極冰蓋下液態水的發現具有重要意義，它讓火星環境中微生物的存在成為可能。」

過去12年間，「火星快車」的MARSIS雷達系統通過低頻雷達脈衝，對火星地下進行了詳盡的測繪。每當探測到不同物質的邊界，例如冰-岩床界線，數據都會被反射回探測器中。在液態水存在時，反射尤為強烈，在圖像上會呈現出與眾不同的亮斑。為了在南極冰蓋下找到這樣的亮斑，2012-2015年間，「火星快車」對南極高原進行了29次探測，最終確認了這處直徑20千米的亮斑的存在。研究人員表示，之所以到今天才發表論文，是因為他們花了幾乎一整年分析數據，隨後用兩年時間寫論文、排除所有液態水之外的可能性。

數十億年前，與地球類似，火星也布滿了液態水。在這樣的環境中，生命完全有可能出現。但隨後，這些液態水神秘地消失了，火星變得乾燥，只留下海洋、湖泊曾經存在的地質痕迹。在此前的火星探測中，一些間接提示火星存在液態水的證據時有出現。例如，在「鳳凰號」著陸器的著陸腿上，就發現過凝結的露珠；軌道探測器也曾找到過火星表面有液態水正在流動的證據。不過，之後也有研究提出，這些所謂的「水流」實則是風吹的沙塵。這些曾經遍布火星的液態水，如今都去哪了？其中一些可能進入太空，但更多的水並未真正離開火星，而是以冰的形式凍結在地下。如今，這一發現意味著，並非所有水都處在凍結狀態。

火星高級高原的雷達成像（左圖）證實，在1.5千米的冰蓋（右圖）之下，有液態水湖泊（中圖的藍點）存在。（來源：Context map: NASA and Viking; THEMIS background: NASA, JPL-Caltech and Arizona State University; MARSIS data: ESA, NASA, JPL, ASI and Univ. Rome; R. Orosei et al 2018）

「真正令人興奮的是，這是通過三年的雷達數據觀測到的，穩定存在的液態水，而不僅是短期出現的水滴。」挪威極地研究所的冰川學家Anja Diez說。Diez還表示，這片地下湖泊或許與雷達在地球南極、格陵蘭島冰川下發現的湖泊相似。無論是在地球冰川還是火星冰蓋下，冰的融化機制都基本相同：來自下方的熱量，再加上壓在上面的物質構成的巨大絕熱層，讓融水形成了地下湖泊。

在地球上，這些湖泊通常被河道連接在一起，形成了類似河流的分支水網，延伸到冰下廣闊的空間中。20世紀80年代後期，Steve Clifford（現任職於行星科學協會）開始探討在火星的南北極冰蓋下是否也會出現類似的水文活動，還有這類活動能否把融水輸送到遍及火星全球的地下含水層中。據他推測，在火星的永久凍土層下，應該存在這樣的含水層。Clifford的模型表明，大量液態水仍可能隱藏在火星深處，為那些很久之前從變得不再適宜居住的火星表面撤退的生命提供了一個遍及全球的避難所。

「這一發現可能意義重大，」Clifford說，他沒有參與此次的研究，「基於與地球的類比，如果火星地下仍存在水，那我們沒有理由認為在火星地下條件下產生並進化的生命無法持續到今天……如果火星地下深度僅有1.5千米的地方真有液態水（在火星南極高原），那麼液態水也可能存在於更深的地方。而且，如果火星的某個區域具備適合生命生存的條件，而且這個區域與其他區域的水系是連通的，那麼火星就可能擁有一個從行星早期一直存活下來的、非常大的地下生物圈。」

地下液態湖泊能夠存在的一個關鍵因素，是從岩石中溶出的礦物鹽。它們起到了抗凍結劑的作用，使得水的凝固點遠低於正常狀態。礦物鹽在火星岩石中普遍存在，它很可能也是前文提到的火星露珠、地表水流的關鍵原因。不過，這些礦物鹽對生命來說並不是好消息。但Clifford也指出，火星地下的熱點（hotspots）可能起到加熱作用，因此不需要大量能破壞生命的礦物鹽，液態水就可能出現。

需要指出的是，這一猜想目前還無法得到驗證。MARSIS雷達的敏感度和分辨度還是不足以探明沉積物的厚度，以及它是否與其他類似結構相連。將來升空的探測器上，將搭載更先進的雷達系統，屆時這些細節問題或許能得以解決。而NASA的火星勘探軌道飛行器搭載的SHARAD雷達由於探測深度有限，沒能在同一區域重複MARSIS雷達的發現。

最終，火星的地下世界究竟藏了多少液態水？這一問題或許只能交由機器人或人類宇航員的實地探測來解決。不過顯然，目前還沒有此類計劃。「目前火星極地冰層之下仍可能有生命存在，這個事實強調了一個問題，就是我們在研究火星時絕對不能污染它，」Clifford說， 「這不僅會使生命探測實驗的結果變得模稜兩可，而且還會污染可能在火星全球範圍內相互關聯的生命棲息地，從而對火星本土生物圈產生非常嚴重的影響。我擔心，除非我們非常小心，否則我們最終可能親手毀滅自己在另一個星球上發現的第一種生命。」

博科園-科學科普｜文：Lee Billings/ 環球科學ScientificAmerican/huanqiukexue

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