重大發現！火星發現液態水，還是大型地下湖泊！

原標題：重大發現！火星發現液態水，還是大型地下湖泊！

重大發現！

人類首次發現火星大型地下湖泊！

是火星探測史上的里程碑

發現地下湖的火星南極極冠

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2015年2月25日，歐洲航天局觀測到的火星南極冰蓋。「火星特快」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。 圖片來源：歐洲航天局

昨天（25日）夜間，新一期的《科學》雜誌公布了一個大新聞：歐空局的火星特快號探測器在火星南極冰蓋下方1.5公里處，發現了一個直徑約20公里的液態水湖泊（地下湖），而杭州西湖最寬處僅3.2千米。

儘管科學家藉助雷達數據發現，湖水可能寒冷且充滿了鹽，這意味著其不太可能成為生命的棲息地。但這無疑增加了科學家對火星發現生命的期許，促使科學家繼續探索其他可能更適合居住的埋藏水層。

英國《自然》雜誌網站則在25日的報道中指出，如果最新發現獲得證實，那麼這將是科學家在這顆紅色星球上發現的首個液態湖。最新發現也將成為人類探索火星上是否存在生命過程中的里程碑。

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。 圖片來源：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

大量水源發現意味著

火星極有可能孕育生命

水是生命之源，大量的水極有可能孕育生命。

地球上生物多樣性已經足夠說服所有人相信生命的無窮潛力，畢竟地球上大洋底部的火山口環境中都能孕育各種生命，火星這個地下湖的也有可能孕育著生命。

大洋底部的火山口溫度極高、幾乎沒有氧氣，但依然有生物廣泛存在於周邊。 圖片來源：NASA Science

火星南極極冠附近長期處於酷寒狀態，絕大部分是二氧化碳乾冰，地下湖所在的位置溫度也低至-60度左右，沒有結冰、很高的導電率說明水中富含各種鹽類，是高濃度滷水。

按照此前好奇號火星車的研究，火星上高氯酸鹽並不罕見，那麼這個水湖中很有可能溶解了大量的高氯酸鹽，而中學知識告訴我們，加熱氯酸鉀就能產生氧氣。同時，水本身是一種優秀的能量轉換介質，電解（例如使用太陽能和核能）產生氫和氧都是人類所亟需的，氧氣可用於呼吸，液氧液氫也是重要的火箭燃料。

液態水、僅僅極冠之下1.5千米深，這意味著利用起來難度並不大，同時還有一個重點：這只是發現的第一個。

乘坐「火星特快號」半年抵達

「火星高級雷達」立大功

科學家們的分析數據來自2003年歐洲航天局發射的第一個火星探測器「火星特快號」（Mars Express），只需要半年左右即可抵達火星（6月2日出發12月25日聖誕節抵達），猶如快車一般。時間一晃過去了15年，它的軌道器至今依然在火星工作。

火星特快號火星探測器

人們認為，數十億年前，曾有水流過火星表面，那時火星的大氣層更厚且更溫暖，河道交錯，溝壑縱橫。但如今，低氣壓意味著任何地表水都會沸騰，「存活」下來的水存在於極地冰蓋和地下冰沉積物內。為了更好地發現液態水的證據，科學家徵用了「用於探測地下和電離層的火星高級雷達」（MARSIS）。

沙丘是火星上最普遍的特徵之一，並且為周圍地形的沉積歷史提供了線索。

MARSIS是火星特快號軌道器上的一款設備，MARSIS會向火星發射無線電波脈衝並偵聽反射，有些無線電波會從火星表面彈回，但其他則會滲透表面之下3公里深處並能夠被埋藏層內的明顯過渡（比如從冰塊到岩石）反射回來。

「火星特快」號任務開始幾年後，MARSIS的科學家開始在南極冰蓋下看到小而明亮的回波。這些回波如此明亮，以至於反射信號表明，冰層下面不僅存在岩石，而且還存在液態水。然而，研究人員懷疑信號是否真實，因為信號出現在一些回波中，而其他則沒有，僅憑雷達亮度不足以證明這種情況由液態水造成。

「火星特快號」(Mars Express)探測器在極地冰冠附近探測到了地下湖的存在。

另一條線索來自反射材料的介電常數（材料在電場中儲存能量的能力）。水的介電常數高於岩石和冰。計算介電常數需要知道某塊地方反射的信號功率，而這隻能由研究人員估算出來。他們發現亮斑處的介電常數高於火星上任何其他地方且與地球上的冰下湖泊相當。MARSIS首席研究員、義大利國家天體物理研究所羅伯托·奧羅塞伊說，雖然團隊無法測量水層的厚度，但它不僅僅是一層薄膜。

可以明顯看出雷達探測到的介電常數在這片區域出現巨大變化。 摘自：R. Orosei et al. Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science.

結論仍未蓋棺定論

如獲證實將翻開火星探索新篇章

但並非MARSIS團隊中的每個人都相信這一點。美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室、另一位MARSIS學術帶頭人傑弗里·普拉特說：「我會說這種解釋似乎是合情合理的，但這並非完美無缺。」。

畢竟，要解釋火星南極存在水並不容易。在地球的極地地區，上覆冰層的壓力降低了它的熔點，地熱從下面使其變暖，從而形成冰下湖泊。但從火星的地質上已經死亡的內部流出的熱量很少，而在火星的弱引力下，1.5公里冰的重量並沒有使熔點降低太多。奧羅塞伊懷疑鹽、尤其是在火星土壤中發現的高氯酸鹽，可能正在降低冰的熔點，「它們是首要嫌疑人。」

美國西南研究所的地球物理學家大衛·斯蒂爾曼並沒有參與最新研究，他說，高濃度的鹽和零下幾十度以下的溫度對任何試圖生活在那裡的微生物來說都不是好兆頭。「如果火星生命與地球生命一樣，那裡太冷也太咸。」但他說，研究人員會想要尋找冰下的其他湖泊並找出它們是否相連，以及它們是否指向更深的地下水位。

澎湃新聞報道稱，這個地下大湖沒有結冰，一定含有大量的鹽分。用中國科學院國家天文台研究員鄭永春的話說：「零下74度都不會結冰的水，該是多麼濃的滷水啊。」要知道，海水在零下2度時就會結冰。

巴黎—薩克萊大學的瓦萊麗·西亞雷蒂則認為，湖泊可能會出現在更低、更溫暖的緯度，這是更適合火星微生物生存的地方。該大學正在為將於2020年發射的歐洲「火星太空生物」（ExoMars）火星漫遊車開發雷達儀器。她說：「如果能在極地冰蓋以外的深處發現水，將是大大的發現。」

火星南極高原，圖中黑框部分為研究區域。 圖片來源：《科學》雜誌官網

據《自然》雜誌官網報道，研究人員稱，如果進一步的研究證實湖泊的存在，那麼，將開闢調查火星的新途徑。研究人員已經鑽探了地球上的冰下湖泊並對水進行了取樣以尋找微生物的「蛛絲馬跡」。

也有科學家正在研發技術以到達木星的衛星木衛二上深藏的海洋。目前還沒有針對火星的鑽冰任務，但最新發現可能會改變科學家對探索這顆紅色星球的思路。

英國倫敦帝國理工學院的地球物理學家馬丁·西格特是試圖鑽入南極洲西部埃爾斯沃思湖的一個財團的負責人，他表示，火星上新發現的這個湖類似於位於格陵蘭島和南極洲幾公里冰層之下相互連接的水池，但在火星上形成深湖的過程可能會有所不同，「這將開闢出一個非常有趣的火星科學研究領域。」

科學家們都有哪些手段在火星發現水？

歷史上人類共有55個火星探測任務，但是成功率只有可憐的53%，毫無疑問，幾乎每一個任務都將發現水作為一個重要研究方向。

通常來講，探測火星任務主要有三種：軌道器，飛在空中；著陸器，降落定點勘察；火星車，可以移動。不同的任務也能在不同的維度進行分析，對水的探測技術大概有如下幾類：

遙感拍照。NASA的軌道偵察器（2005工作至今）攜帶了一個口徑高達0.5米的高精度觀測相機，它可以對火星實現解析度0.3米的高清繪製，它曾經在2011年拍到過滷水在斜坡上匯聚成溪流的壯觀景象。

軌道偵察器拍到的大量水流痕迹。 圖片來源：NASA

氫原子全球監控。NASA的奧德賽號軌道器（2001工作至今）藉由探測儀器發現了氫原子在火星地下大量存在，尤其是在火星兩極底部、奧林帕斯山山坡等地，空氣中的氫原子含量甚至在周期性變化，這是最早坐實火星上廣泛存在水的軌道器。後來的NASA大氣專家任務、歐洲的ExoMars任務都豐富了這個分析。

雷達。本次的重大發現就由歐洲的火星特快號（2003工作至今）上雷達完成，通過分析雷達回波研究土壤介電常數，當乾燥的土壤中出現大量的水分時介電常數自然會大幅上升。火星特快號已經收集了十幾年數據，目前只是分析了星下軌跡最多的極地地區，這必將激勵科學家們進一步分析其他區域。

光學和紅外光譜儀。NASA的奧德賽號通過採用這種方式重點分析了兩極的冰冠，畢竟冰的形成夾雜著沙塵，它的研究結論證明極地地區覆蓋有85%的乾冰和15%的水冰，總量和格陵蘭島相媲美，後來的各個任務也確認此發現。

物理分析。這種研究需要接觸到土壤，就只有著陸器和火星車能夠完成，目前成功實現著陸的全部是NASA任務，70年代的兩個海盜號著陸器、90年代末的探路者著陸器和旅居者號火星車、21世紀的鳳凰號著陸器、勇氣號火星車、機遇號火星車、好奇號火星車，它們可以直接分析土壤中水分含量，鳳凰號更是挖出了冰塊。它們基本證明火星地表土壤水含量在2%左右，而更深處這個比例更高。

鳳凰號挖到的冰塊出現明顯的融化趨勢。 圖片來源：NASA

子反照設備。這是好奇號火星車的獨門絕活，它會不斷向土壤發射中子束，分析中子與氫原子核為主的能量反應，從而得到土壤不同深度氫原子（水和潛在有機物）含量。它降落的蓋爾撞擊坑已經存在了35億年且接近火星赤道地區，本應非常乾燥，但這裡的深層土壤依然廣泛發現了水分的存在。

輔助分析。火星上先後發現了黏土、非常圓滑的礫石、成片出現在地勢較低處的鹽分、含鐵化合物的水合物、小型溝渠等，這些都印證了火星必然曾經廣泛存在水流。

然而，這些研究都指向歷史上存在的水和痕迹，僅存的水實在少得可憐。後續的研究結論更讓科學家們失望：火星已經基本內部冷卻不再活躍、進而逐漸停止地質運動，這意味著地表的空氣和水已經沒有補充；內部冷卻磁場消失，沒有了庇護大氣和水的的保護傘，太陽風依然在不停剝離這些寶貴資源。

但是，今天的發現告訴我們：人類還不算晚，因為火星深層依然存在大量的水，甚至這種湖泊可能在別處存在！這意味著新的希望！

人類派到火星的使者們合影。 圖片來源：planetary.org

直到今天，火星依然有共計8個探測器（美國5個，歐洲2個，印度1個）在工作，今年五月新發射的NASA洞察號探測器也正在飛往火星途中。而到了2020年，美國、中國、歐盟、印度等國又將掀起新一波探測高潮，我國也將挑戰一次實現軌道器、著陸器和火星車的複雜任務。希望這些探測器為我們帶來更多研究結論，載人登陸火星的意義也會顯著增強。

也許我們距離發現火星生命，真的只差下一次探索。

本文綜合自：科普中國 科技日報

作者：劉霞 等

微信編輯：大白

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