火星上发现液态水啦,可惜还不能喝

文 韩茹雪 编辑 何吾   2018-09-13 10:02:55

无论是火星的生命存在、地质结构还是人类移民火星进程,都可能因为此次发现翻开新的一页

北京时间2018年7月25日晚,欧洲空间局团队宣布,在火星的南极冰盖下,发现了一个宽20公里的地下大湖。这是人类首次确定火星上存在液态水。数百年来,人类始终期待,能够在火星上发现生命的痕迹,进而为人类登陆火星创造条件。而是否有水,成为其中最重要的因素。因此,“火星上真的有水”这一发现,其重大性不只是科学上的成果,还有人类生存空间延伸的希望。

太空静悄悄,这个湖无声地躺在火星南极巨大的冰川下、距离火星表面1.5公里处。它大约有20公里宽,而杭州西湖最宽处还不到3公里。

根据发表在最新一期《科学》杂志上的研究内容,这个湖非常冷,里面充满了盐和其他矿物质混合物。中国科学院国家天文台研究员郑永春评价:“零下74度都不会结冰的水,该是多么浓的卤水啊。”

在这潭高盐度的卤水中,还可能存在生命吗?宇宙的神秘缓缓展开,答案仍在路上。寻水之旅

火星位于地球和木星之间,是离太阳第四近的行星。它是太阳系中最近似地球的天体,直径约为地球的一半,有着与地球相似的昼夜交替、四季更迭。

“如果地球外存在生命,火星是最可能的栖息地”,这个猜想有着科学的基础,但一直缺乏可证实的依据。

直到进入航天器时代,人类才具备了实地去观测火星的能力。

1971年5月,苏联先后发射两艘去往火星的飞船,分别携带火星2号、火星3号着陆器,以及两辆只有4.5千克的机器人Prop-M火星车。

半年多的星际旅行后,火星2号进入火星轨道。与此同时,一场行星级的沙尘暴正在火星肆虐,风速高达26米/秒,大气中尘埃飞扬,绵延整整一个月。

火星2号着陆器以每秒6000米的速度冲向火星,成为第一个到达火星的人造物,却立刻栽倒在风暴之中。

火星3号幸运一点。1971年12月2日,它成功在火星实现软着陆并向地球传回火星地表的第一张照片。照片中也许是地面,也许是天空,没有研究者能分辨清楚。还没来得及拍下第二张照片,在抵达火星的十几秒后,沙尘暴摧毁了火星3号的通讯系统,从此和地球失联。

之后,人类对火星的探索大多失败。不过,人类对火星的了解也在增长。

人们看到火星拥有太阳系最大最长的峡谷之一——水手峡谷——长约4000千米、深达7000米,而地球最大的峡谷雅鲁藏布江大峡谷,只长约505千米、平均深度5000米左右。火星还拥有太阳系最高的山峰奥林帕斯火山,高度超过2万米,是珠峰海拔的2.5倍。

人们还真实地看到了疑似被水流冲刷而成的河谷、三角洲、湖床——火星以前也许真的有水。

2003年6月,一个名为“火星快车”的轨道探测器飞往火星,它搭载了来自欧洲各国的7台科学仪器。按计划,它将在大约6个月后抵达火星轨道,并从轨道上对火星进行全火星年(669个火星日,相当于687个地球日)观测,以及对火星表面进行拍摄。2004年1月,NASA的勇气号、机遇号,相继成功登陆火星。3月,研究者宣布,机遇号在岩石中发现液态水存在的证据。不久,勇气号发现了盐层,有分析认为这有可能是一条古湖岸线的遗迹。

2006年,火星勘测轨道飞行器携带的“浅层雷达”设备,探测到火星埋藏着大量地下冰。通过对传回的图像十多年来的跟踪,美国的一个联合科学团队在今年年初宣布,找到了8处蓝色的“深井冰”。这些厚达百米的地下冰埋在远离极地的火星中纬度地区,距离地表仅有1到2米。

2008年5月25日,凤凰号着陆器登陆火星,并接连发现水冰、火星降雪。

年复一年,地球这一端接收信息的人类,冥冥中进行着一场到火星的“寻水之旅”。

不过,人类一直认为,水仅以气态和固态的形式存在于火星上。虽然近几年有证据间接表明火星上或许存在着季节性的液态水,但始终未能收集到决定性的观测证据。

直到意大利科学家带来了这个消息。

真的是液态湖吗?

传回液态水证据的,正是“火星快车”号上携带的探测地下和电离层的高级雷达MARSIS。这个仪器是由意大利科学家团队安置的。2012年,科学家对其进行了软件升级,使之能够获得更详细的数据。而新的发现,正由此开始。

简单来说,MARSIS会从轨道探测器“火星快车”号上,向火星发射低频电磁脉冲,其中一些脉冲会与火星表面及其下方的物质相互作用,再反射到 MARSIS,为科学家提供有关火星地质结构的信息。

MARSIS的工作原理非常简单。但由于MARSIS是装置在“火星快车”号上,而“火星快车”是围绕火星快速移动的,因此科学家团队重点调查的极地地区(Planum Australe)停留的时间极短。这意味着,研究人员只能定期对该地区探测,若想获得完整数据,需要收集多次,这需要花上数年时间。

在2012年到2015年期间,MARSIS团队对火星的南极区域进行了总共29次探测,数据分析的结果表明,雷达信号中存在着明显的异常。

这个异常区的深度大约在地表以下1.5公里处。多轨雷达数据可以圈定,这个亮反射异常区域的范围,宽度大约有20公里。

通过对地球的雷达探测分析,科学家们知道,相对比于岩石或沉淀物,水对雷达的反射能力更强。而火星上新发现的这个雷达反射信号,就与地球上极地冰川下的信号极为类似。

研究人员试图为这种强烈的反射寻找其他的可能性。比如,冰盖上方或下方,有一层冰冻二氧化碳,也能造成类似的现象。但研究人员认为,任何解释都不如液态水的存在,更符合当前的观测。

“我不能100%证明它是水,但我也想不出除了液态水之外它还能是什么。可能是我缺乏想象,也可能是现在的数据还不足。”NASA火星计划办公室的首席科学家理查德·祖里克在接受媒体采访时解释。但他也表示,如果有更多的雷达观测结果,科学家们可能得出其他的解释。他本人并未参与到该研究中。

还有另一个数据作为辅助印证:电场中的物质,具备不同强度的储存能量能力,称为“介电常数”。水的介电常数高于岩石和冰。而科学家发现,异常反应区域的介电常数,高于火星上任何其他地方,而且与地球上的冰下湖泊相当。

多种证据交叉论证,研究者们最终得出结论——这里存在液态水湖。

MARSIS首席研究员、意大利国家天体物理研究所罗伯托·奥罗塞伊则表示,虽然团队无法测量水层的厚度,但它不仅仅是一层薄膜。

不过,这并不是一个普通的湖。火星南极的温度低达零下70摄氏度,而冰盖厚度只有1.5公里,如何能保持液体状态?此前,人类已经在火星北部平原的土壤中,发现了大量的镁、钙等盐类物质,大量的盐,可以降低水的冰点。因此,这一液态湖中,很可能也含有大量的盐类物质。

2018年7月25日讯,法新社7月25日消息称,研究发现,火星上发现了第一个液态水湖。报道称,科学家们在火星上发现了巨大的地下蓄水层,这增加了火星上存在生命的期望

我不能100%证明它是水,但我也想不出除了液态水之外它还能是什么。可能是我缺乏想象,也可能是现在的数据还不足

有了水,会有生命吗?

液态水的发现,似乎使火星拥有生命,变得更具可能性。不过,一个高浓度的盐湖,是否能有生命存活呢?

美国西南研究所的地球物理学家大卫·斯蒂尔曼对此保持疑问,高浓度的盐和零下数十度的温度,对任何微生物来说都不是好兆头。“如果火星生命与地球生命一样,那里就太冷也太咸了。”

对于普通的生物而言,高浓度的盐,会造成环境的高渗透压,导致细胞渗透失水,进而使生物死亡。

但科学家们解释,这也并非绝对。即便在地球上,也有一种可以在极高盐度的环境中生活的生物,并进化出了对付这些高浓度盐的“十八般武艺”。

它们生活在地球海洋深处的深海盐湖里。这些盐湖的盐浓度,几乎可达普通海水的5倍,这一浓度对普通海洋动物来说是致命的。但在这些深海盐湖中,科学家也发现了一种微生物,可通过加工洋底渗漏的甲烷生存。它们既不依赖阳光,也不畏惧对普通生命来讲的超高浓度盐分。

还有一种可以耐受15%以上氯化钠浓度的微生物,它们具有独特的细胞膜结构。这些在高盐度环境中存活的生命,主要采取两种不同的策略,来防止其细胞质的渗透作用而导致的脱水。第一种方式是将有机化合物积聚在细胞质中,形成一种渗透保护剂,防止细胞质渗透失水。第二种方式则有些激进,微生物可以让钾离子选择性地进入细胞,以此来提高细胞内渗透压。大多数古菌、酵母菌、藻类和真菌,都是通过第一类方式在高盐环境中生存的,少数微生物采取第二类方式。

这些嗜盐微生物还能够使用各种能源。它们可以是需氧的也可以是厌氧的,可以通过光合、发酵、硫酸盐还原等多种方式获取能量。

另一个问题是,未来能否在火星探测到更多液态水?科学家同样无法回答。他们认为,如果这个湖泊是唯一一处液态水库,意味着这一发现是一次奇怪的偶然,很可能是地壳中一些不规则的热特性导致的。但是,如果火星上有不止一个冰下湖泊,人类对火星的探索将发生重大改变。

比如说,如果人类能发现更多冰下湖,那就意味着,火星上有很多地方,都具备产生湖泊的条件,而通过这些地下液态水,则能帮助人类更多地了解火星早期的环境。

欧洲ExoMars火星车雷达探测器的开发者、巴黎萨克雷大学的瓦莱丽·西亚雷蒂对媒体表示,“真正的大发现将是极地之外的更深处的水。”他认为,只有当在较低纬度的温暖区发现湖泊,才能提高火星拥有生命的可能性,“那里更适合活性微生物”。

移民火星,谁会成功?

火星存在液态水的消息,对未来的火星移民来说,是个好消息。这当然不是一蹴而就的事情,但人类对火星的好奇心,变得更强烈了。

目前人类共有8个正在服役的火星探测器,5个来自美国,2个来自欧空局,1个来自印度。

2017月12月,特朗普的白宫一号太空令将登陆火星提上了日程。随后,NASA为该计划拟定了阶段目标:在2030年把人类宇航员送上火星。

SpaceX的埃隆·马斯克同样雄心勃勃,在他的火星移民计划里,2024年预计将货物和宇航员一起送上火星。这些执行最初任务的飞船将成为SpaceX公司第一个火星基地的起点,最终在火星上建立一个自我维持的文明。

欧空局不甘落后:2017年,欧空局在“火星快车”号上载入了新的航天器软件,将其服役年限将延长至2020年。欧空局目前给出的火星车最新发射时间是2020年7月25日。

在探测火星的问题上,印度目前当得起“亚洲唯一”的称号。2014年9月入轨的“曼加里安”号是目前亚洲唯一一颗火星轨道探测器。印度也成了世界上首个发射火星轨道探测器一次就成功的国家。

中国计划在2020年7月至8月用“长征五号”火箭发射首次火星探测任务,包括火星轨道器环绕探测和火星车软着陆巡视探测,实现 “环绕、着陆、巡视”一步到位。

所谓一步到位,即探测器接近火星后,首先要让它被火星引力捕获,成为环绕火星飞行的探测器。之后,在合适时机,与环绕器分离的着陆巡视器将着陆到火星表面并释放火星车,开展巡视探测。同时,环绕器继续在轨道上进行科学探测。

项目首席科学家万卫星院士曾说道,中国首个火星探测器“肩负重任”,它将通过光学遥感探测火星形貌,看看火星表面长什么样;通过光谱等探测火星土壤元素、矿物 成分及岩石类型;探测火星土壤结构及水冰,火星表面甚至地下浅层是否有水;还要探测火星空间环境,包括火星大气。

火星液态水的发现,也许只是个例,也许还有更多,宇宙神秘没有确定,人类的好奇心永不停止。

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