極冷的天氣，仍可能存在液態(tài)水體

　　地球上的南極，盡管年平均氣溫在零下60°C左右，但在冰層之下仍然有湖。

　　冰蓋可以起到隔熱保溫作用，使湖水與寒冷的地表隔絕。地球南極的冰蓋厚度達(dá)4.8公里，冰層的壓力可以降低水的冰點(diǎn)，冰蓋底部的溫度可以允許液態(tài)水體存在。

　　南極冰蓋下面的液態(tài)水體，就是用雷達(dá)波探測(cè)到的。雷達(dá)主動(dòng)發(fā)射電磁波，并接收反射的回波。不同頻率的電磁波具有不同的穿透能力，頻率越低，穿透的深度越大。當(dāng)電磁波通過(guò)冰層向下傳輸時(shí)，它們會(huì)在不同物質(zhì)之間的界面反射回波，如冰層與基巖、含水的泥沙、液態(tài)水體之間的界面，都會(huì)反射回波。雷達(dá)沿著飛行軌道前進(jìn)，不斷地進(jìn)行測(cè)量，獲得地下的圖像。因此，雷達(dá)是探測(cè)地下物體的重要手段

　　現(xiàn)在，這種在地球南極證明有效的探測(cè)手段，被Orosei等應(yīng)用到了火星上。由歐洲空間局主導(dǎo)的火星快車號(hào)探測(cè)器，在火星上空已經(jīng)環(huán)繞飛行了12年，上面正好搭載了一臺(tái)低頻探測(cè)雷達(dá)。科學(xué)家們收集了2012年5月至2015年12月期間3年多的雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)，識(shí)別出一個(gè)20公里寬的異常明亮的反射體，而且在多個(gè)飛行剖面都存在。他們排除了許多可能的解釋，最后認(rèn)為，這個(gè)反射體唯一的可能，是液態(tài)水體或含水的飽和泥沙沉積。

　　新發(fā)現(xiàn)的液態(tài)水體位于火星南極，中心位于東經(jīng)193°，南緯81°附近。通過(guò)定量分析雷達(dá)信號(hào)發(fā)現(xiàn)，該特征的相對(duì)介電常數(shù)大于15，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖石和冰層的介電常數(shù)，而與含液態(tài)水物質(zhì)的介電常數(shù)相當(dāng)。

　　火星南極比地球上的南極洲更寒冷。火星南極冰蓋底部的溫度約為零下68°C左右，因此，1.5公里厚的冰蓋下，是不可能存在純凈的液體水體的。但是，含鹽的液態(tài)水體仍然可以存在。

　　也就是說(shuō)，這次發(fā)現(xiàn)的液態(tài)水體是一個(gè)鹽湖，像前幾次發(fā)現(xiàn)的液態(tài)水一樣，仍然是鹵水。這是因?yàn)椋绻谒腥芙饬舜罅康柠}，水的冰點(diǎn)就會(huì)低得多。在地球上就發(fā)現(xiàn)了這樣的鹽水湖，在南極麥克默多干燥的山谷中，水的鹽度為200。在那里，零下13°C，水仍然沒有結(jié)冰，仍然保持液態(tài)。相比之下，海水的鹽度介于32和37之間，零下2°C時(shí)就會(huì)結(jié)冰。

　　在火星表面，科學(xué)家此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鈉鹽、鎂鹽、鈣鹽，水中如果含有這些鹽類物質(zhì)，可以將水的冰點(diǎn)降低到零下74°C。當(dāng)位于冰蓋底部時(shí)，由于鹽類的存在，液態(tài)水體可以穩(wěn)定存在。

　　天啊，74°C都不會(huì)結(jié)冰的水，該是多么濃的鹵水啊。此前，鳳凰號(hào)著陸腿上的露珠，以及斜坡上季節(jié)性凍融的液態(tài)水，都證明水中含有鹽類。

　　雷達(dá)回波探測(cè)到的液態(tài)水體(圖中黑色三角形圈出的地區(qū))

　　液態(tài)水體導(dǎo)致了南極冰蓋移動(dòng)嗎

　　火星距離地球最遠(yuǎn)達(dá)4億公里，是太陽(yáng)系中與地球最為相似的行星，也是唯一經(jīng)改造后適合大規(guī)模移民的星球。中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)將于2020年實(shí)施，將在一次任務(wù)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)火星“環(huán)繞、著陸、巡視”探測(cè)的目標(biāo)。

　　在這次的新發(fā)現(xiàn)中，科學(xué)家推測(cè)，火星南極冰蓋下穩(wěn)定的液態(tài)水體中，含有高濃度的高氯酸鹽。鹽水可以與基底的泥沙混合形成污泥，或在基巖上形成局部的鹽水池。這樣高濃度的鹽水中，可能會(huì)有生命嗎?我們?nèi)匀徊坏枚８鶕?jù)我在青海看到的大量鹽湖推斷，這些鹽湖中，顯然不可能有魚這樣的大型生物，但一些耐鹽堿的微生物仍然是可能的。

　　這次發(fā)現(xiàn)的液態(tài)水體很大，寬20千米，相當(dāng)于中蒙邊境的貝爾湖的大小。長(zhǎng)白山天池寬才3.37千米，顯然要比天池大好幾倍。隨著中國(guó)、美國(guó)等國(guó)家開展新一輪的火星探測(cè)任務(wù)，有望獲得高分辨率的雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)，有可能探測(cè)到更小面積的液態(tài)水體。

　　與地球上的冰蓋一樣，火星極地冰蓋也是經(jīng)歷了數(shù)千萬(wàn)年才累積起來(lái)的。冰蓋的生長(zhǎng)和收縮，記錄了火星的氣候變化歷史。這次在冰蓋下面找到液態(tài)水體，對(duì)將來(lái)利用冰蓋解讀火星氣候變化歷史十分關(guān)鍵。由于冰蓋底部水的摩擦力降低，將使水的流速增加，從而導(dǎo)致冰蓋移動(dòng)。火星冰蓋的移動(dòng)到底是什么原因?qū)е碌模潜鶎拥淖冃危€是冰蓋根本就沒有移動(dòng)?這一問(wèn)題有待于未來(lái)的探測(cè)任務(wù)來(lái)回答。

　　對(duì)于那些質(zhì)疑將來(lái)火星移民可能性的人，我想強(qiáng)調(diào)一下，目前至少可以明確的是，火星上并不缺水。

　　很可能，人類移民火星不是夢(mèng)。你，有這個(gè)打算嗎?

　　延伸閱讀：火星找水全記錄

　　進(jìn)入航天時(shí)代以來(lái)，美國(guó)人毫無(wú)疑問(wèn)是火星探測(cè)的寵兒。他們不僅保持著極高的成功率，而且接二連三的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)使美國(guó)至今保持著全球深空探測(cè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　1976年著陸火星表面的“海盜1號(hào)”和“海盜2號(hào)”是火星生命探索的先驅(qū)，其主要目標(biāo)是探索火星上有無(wú)生物，希望通過(guò)生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)直接確定火星紅色土壤中是否存在生命，但結(jié)果并沒有獲得火星生命的證據(jù)。

　　進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，人類先后發(fā)射環(huán)繞火星的軌道器、著陸在火星表面的著陸器、巡視探測(cè)的火星車，開展了高分辨率的地形地貌成像，并運(yùn)用了雷達(dá)探測(cè)、光譜、質(zhì)譜和中子分析等多方面探測(cè)手段，獲得了流水侵蝕、河流沖擊扇和三角洲等地貌特征，發(fā)現(xiàn)了水成礦物和鹽湖沉積、沉積巖石地層，以及極地冰蓋、大氣中的甲烷和水蒸氣等系列證據(jù)，證明火星表面曾經(jīng)有過(guò)大規(guī)模的水體活動(dòng)，暗示火星曾經(jīng)有過(guò)適宜生命繁衍的環(huán)境特征，并可能發(fā)育過(guò)生命。

　　2001年，奧德賽號(hào)發(fā)現(xiàn)水流痕跡：奧德賽號(hào)的全稱是2001火星奧德賽探測(cè)器(2001 Mars Odyssey)，于2001年4月7日發(fā)射升空，同年10月24日到達(dá)火星軌道。這是一顆環(huán)繞火星進(jìn)行探測(cè)的軌道器，利用火星大氣阻力進(jìn)行減速以進(jìn)入環(huán)繞火星軌道。2002年1月，奧德賽號(hào)氣阻減速完成，同年2月19日開始科學(xué)任務(wù)。

　　奧德賽號(hào)耗資約2.97億美元，由洛克希德·馬丁公司研制，主要承擔(dān)火星探測(cè)漫游者(機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)火星車)、鳳凰號(hào)著陸器與地球之間的通信中繼任務(wù)，同時(shí)探測(cè)數(shù)種元素的全球分布及其含量，尋找火星表面水與火山活動(dòng)的痕跡。

　　2003年，機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)發(fā)現(xiàn)粘土礦物：機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)是一對(duì)“孿生兄弟”，于2003年年中發(fā)射升空，2004年1月降落在火星，最初“工作任務(wù)”是完成3個(gè)月火星探險(xiǎn)，到2013年8月已離開地球10周年。勇氣號(hào)于2010年停止工作，而機(jī)遇號(hào)依舊孜孜不倦，不斷發(fā)回探測(cè)成果。

　　2013年5月，機(jī)遇號(hào)火星車在一塊巖石中分析發(fā)現(xiàn)了豐富的粘土礦物。粘土礦物是水與巖石發(fā)生長(zhǎng)期反應(yīng)，導(dǎo)致巖石的化學(xué)成分發(fā)生重大改變而形成的，這說(shuō)明曾經(jīng)有大量的水流經(jīng)并浸泡這塊巖石。

　　這塊名為“埃斯佩朗斯6號(hào)”的巖石表面覆蓋著塵埃和雜質(zhì)，機(jī)遇號(hào)一共嘗試了7次，才磨掉表層物質(zhì)，進(jìn)而分析石塊內(nèi)部的物質(zhì)組成。這塊巖石中的粘土礦物富含鋁，非常類似于地球上的微晶高嶺石，說(shuō)明當(dāng)時(shí)流經(jīng)巖石縫隙的水是中性的。埃斯佩朗斯6號(hào)形成于火星歷史最初的10億年，是機(jī)遇號(hào)檢測(cè)過(guò)的最古老巖石。

　　機(jī)遇號(hào)此前分析過(guò)多塊巖石，雖然也都發(fā)現(xiàn)火星曾經(jīng)有過(guò)濕潤(rùn)環(huán)境，證明火星上曾經(jīng)有過(guò)水體活動(dòng)。但是，這些水體大多是酸性的，而生命的進(jìn)化和繁衍需要一個(gè)中性的環(huán)境，在酸性環(huán)境中很難通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生命。此次，機(jī)遇號(hào)發(fā)現(xiàn)可飲用的中性水，成為可以支持生命誕生的重要證據(jù)。