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火星真的有水?一世纪的探索由科幻变事实 为何现今却是不毛之地
火星真的有水?一世纪的探索由科幻变事实 为何现今却是不毛之地

 

水是生命之源,正是在液态水的环境中,包括蛋白质在内的各种有机大分子才能互相混合,进而通过各种化学反应来形成更複杂的结构,最终演化成真正的生命体。到目前为止,人类还没有发现任何一种生物能在没有水的情况下生存。所以,人类对火星上是否有水特别感兴趣,也就不足为奇了。

早在19世纪末,就已经有人猜测火星上有水。其中的代表人物是美国人帕西瓦尔.罗威尔(下图左)。1894年,他在亚利桑那州弗拉格斯塔夫市的附近建了一个以自己名字命名的天文台,即罗威尔天文台。这也是世界上第一个建在高山上的天文台。

罗威尔一生中有两大夙愿,其中一个是找到火星人。在此后的15年间,他一直用罗威尔天文台的望远镜来观察火星,还写了3本关于火星的书。在这些书中,罗威尔自己脑补了一个特别科幻的画面:火星上遍佈着纵横交错的运河,运河上航行着大量的商船,而商船上又有很多忙碌的火星人。这些书后来毁掉了罗威尔作为一个天文学家的声誉,也让他成了学术界的笑柄。 此后半个多世纪的时间里,由于无法近距离接触,火星上有没有水一直是一个科幻问题。

火星真的有水?一世纪的探索由科幻变事实 为何现今却是不毛之地

 

直到1964年,NASA的水手4号才成功飞越了火星,并且传回了第一张火星表面的照片。这张照片还被NASA作为礼物,送给了当时的美国总统林登.詹森(上图右)。通过研究水手4号发回来的照片,科学家们宣佈火星的表面很像月球,看不到任何存在液态水的迹象。因此,火星就被人们视为了一个毫无生机的不毛之地。

但到了1971年,情况发生了戏剧性的反转。NASA的水手9号成功进入了环绕火星飞行的轨道,并拍了很多关于火星地表的清晰照片。其中一张照片展示了一个相当独特的地貌,看起来像一个被水冲刷而成、但现在已经干涸的河谷。这个后来被称为斯卡曼德洛斯河谷(下图),就是火星上曾经存在液态水的第一个间接证据。

火星真的有水?一世纪的探索由科幻变事实 为何现今却是不毛之地

 

至于直接证据,则要一直等到21世纪。 2001年,NASA发射了火星奥德赛号探测器,对火星的地表进行了地毯式的搜索。正是这次搜索,在火星的北极地区发现了大量的冰。这样一来,火星上有固态水就成了板上钉钉的事实。

而在2003年,美国启动了火星漫步者计划。这个计划把两辆著名的火星车,勇气号和机遇号,送上了火星。通过对着陆地点的地下土壤进行分析,这两辆火星车发现了一个惊人的事实:火星上曾经存在过一个湖泊和一个海洋。这个发现被《科学》杂志评为了2004年的十大科学突破。

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现在人们已经达成共识,火星上曾经有大量的水,甚至像地球一样拥有过海洋。上图就是NASA基于火星地质资料所重构的火星在40亿年前的样子。

现在问题来了。既然火星上曾经拥有过海洋,那麽现在为甚麽会变成了一个宛如月球的不毛之地?

我们首先想知道的是,火星上的液态水是怎么消失的?答案是,有一部分凝固成了冰,另一部分则蒸发成了水蒸气。地球大气层是阻止水蒸气逃逸的关键所在。由于火星大气层极其稀薄(大气压只有地球的1%),这些水蒸气能畅通无阻地逃逸到太空中。久而久之,火星表面的水就蒸发殆尽了。

我们要继续追问了,为甚麽火星大气层会如此稀薄?答案是,全被太阳风吹跑了。太阳日冕物质抛射会产生太阳风,这些高能带电粒子进入火星大气层后,会把自身的能量传递给火星的大气分子,从而使它们得以挣脱火星引力的束缚而逃逸到太空中。NASA于2014年发射的马文号探测器发现,太阳风目前仍在以100克.秒-1的速度剥离火星大气。经过几十亿年的日积月累,火星大气层自然就消失殆尽了。

还有一个问题,为甚麽地球能安然无恙,火星却被折腾成了今天的惨状?地球拥有一个强大的磁场,从而构成了一个天然的屏障,让构成太阳风的高能带电粒子在进入地球大气层之前就发生了偏转。换句话说,地球的磁场阻止了太阳风的入侵。火星就没有这么幸运了。火星的质量只有地球质量的10.7%,这让它的散热速度变得非常快。因此,火星内部很快就冷却了下来,这让火星失去了它的磁场。没有了磁场的保护,自然就无法再阻止太阳风的入侵了。

火星真的有水?一世纪的探索由科幻变事实 为何现今却是不毛之地

 

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我们来做个总结。从19世纪末开始,人类就一直想知道火星上到底有没有水。在经过100多年的探索以后,科学家终于利用勇气号和机遇号这两辆火星车,确认了火星上曾经存在过海洋。事实上,火星液态水的消失,很像是一连串倒下的多米诺骨牌。火星内部冷却,让火星磁场消失,从而使火星大气层被太阳风剥离,进而导致火星上的水蒸气逃逸到天空中,最后把火星变成了一个没有液态水的不毛之地。

2018年6月7日,NASA召开了新闻发佈会,宣佈了好奇号火星探测器的一个重大发现:它在火星上一个名为盖尔的撞击坑里打洞,然后发现了火星地表存在有机分子的确凿证据。因为有机化合物是构筑生命的基石,所以好奇号的发现让火星存在生命的可能性大幅增加。毫无疑问,在未来的数十年间,火星必然成为人类太空探索的焦点。

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