寇曉明　宋麗麗

今天的火星干燥而荒涼，看起來(lái)像是最后一片你不到萬(wàn)不得已不會(huì)去考慮尋找水的地方。然而億萬(wàn)年前，在這顆紅色的星球上也曾有過(guò)藍(lán)色的天空和湖泊，是個(gè)溫暖而濕潤(rùn)的宜居樂(lè)土。這幅藍(lán)圖，是近十幾年來(lái)美國(guó)航空航天局根據(jù)火星探測(cè)器傳回的測(cè)量數(shù)據(jù)和圖片，重建出來(lái)的遠(yuǎn)古火星圖景。2014年1月，恰逢“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車著陸火星10周年紀(jì)念，我們就來(lái)聊一聊火星車和這幾年火星上有關(guān)水的新發(fā)現(xiàn)。

有關(guān)火星曾經(jīng)存在液態(tài)水的證據(jù)已經(jīng)被提出來(lái)好多年了。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始的一系列火星探測(cè)活動(dòng)，通過(guò)火星探測(cè)器和著陸器觀察地表形貌，并借助空間遙感技術(shù)，發(fā)現(xiàn)火星南北兩極有大量水冰，大氣中含有少量水汽，地表下可能也有水冰存在。科學(xué)家還推斷出古代火星表面有大量河流和湖泊?？蛇@些都是間接的觀測(cè)和推論，人類還需要直接的實(shí)地考察。隨著技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)家將無(wú)人火星車送上火星，進(jìn)行實(shí)地采樣分析，以進(jìn)一步證實(shí)這些推論。

“勇氣”號(hào)于2007年發(fā)現(xiàn)了古代火星在一些地區(qū)有水熱交換系統(tǒng)存在的證據(jù)，人們猜想那里古時(shí)可能有溫泉，而液態(tài)水和熱能是構(gòu)成生命的兩大關(guān)鍵因素，這讓人們?nèi)计鹫业缴z跡的希望?！皺C(jī)遇”號(hào)在它所在的奮進(jìn)號(hào)隕石坑附近發(fā)現(xiàn)多種黏土礦物成分，表明此地曾經(jīng)存在水。此前，盡管有很多證據(jù)證明火星上曾經(jīng)存在大量的水，但這些水大多呈酸性，酸性環(huán)境對(duì)生命是不太友好的，而黏土物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)則表明一種更趨近中性的水環(huán)境的存在。2008年，美國(guó)航空航天局的“鳳凰”號(hào)著陸器在所在地區(qū)發(fā)現(xiàn)了水冰。當(dāng)“鳳凰”號(hào)鑿開(kāi)厚厚的土壤，并把樣品加熱到冰點(diǎn)以上時(shí)，它的質(zhì)譜儀探測(cè)到了水蒸氣的蹤跡。

至于最新的“好奇”號(hào)，可以說(shuō)是火星車?yán)锏拿餍橇?。它是美?guó)航空航天局火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃的一部分，個(gè)頭比以前的火星車大，接近3米長(zhǎng)，有2米多高，將近1噸重。2011年11月，這輛火星車由阿特拉斯-5型運(yùn)載火箭從卡納維拉爾角攜帶發(fā)射升空。在經(jīng)過(guò)5.6億千米的長(zhǎng)途旅行后，于2012年8月降落在火星上的蓋爾隕石坑，成為第五輛成功著陸的火星車。

“好奇”號(hào)是首輛載有火星土壤巖石采集和分析設(shè)備的火星車，一個(gè)2.1米長(zhǎng)的機(jī)械臂負(fù)責(zé)挖掘采集土壤和礦物。采集到的礦物會(huì)被加熱，以釋放出氣體，“好奇”號(hào)攜帶的四極質(zhì)譜儀、氣相色譜儀和激光拉曼光譜儀可以從氣體中“嗅”出原子和分子成分。

“好奇”號(hào)的一個(gè)重要任務(wù)就是尋找有機(jī)化合物和生命存在的跡象，研究構(gòu)成生命所必需的元素?？茖W(xué)家希望“好奇”號(hào)能對(duì)“機(jī)遇”號(hào)發(fā)現(xiàn)的黏土物質(zhì)做進(jìn)一步分析。除此之外，“好奇”號(hào)還要研究火星的地質(zhì)和大氣演化，并觀測(cè)火星表面和太空旅行中的輻射，為今后人類登陸火星做準(zhǔn)備。

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2012年9月，“好奇”號(hào)在火星上發(fā)現(xiàn)了溪水河床的痕跡，進(jìn)一步證實(shí)了之前對(duì)火星水文的觀測(cè)和推論。2013年9月，美國(guó)航空航天局的科學(xué)家在著名刊物《科學(xué)》上撰文，報(bào)道“好奇”號(hào)的科學(xué)儀器在它的第一鏟火星土壤樣品中“嗅出”大約2%的水，另外還包括二氧化碳、氧氣和二氧化硫。這可不是說(shuō)“好奇”號(hào)發(fā)現(xiàn)了個(gè)湖泊或河流什么的，它發(fā)現(xiàn)的是附著在土壤中的水分子，未來(lái)的火星移民可以靠加熱土壤來(lái)獲得水。在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)樣品中有含氯和氧的化合物，可能是氯酸鹽或高氯酸鹽。在之前對(duì)火星的研究中，科學(xué)家在火星的北極也發(fā)現(xiàn)過(guò)同樣的物質(zhì)，這說(shuō)明這些礦物質(zhì)可能遍布火星，說(shuō)不定是沙塵暴吹的。

在土壤中發(fā)現(xiàn)水之后，“好奇”號(hào)用質(zhì)譜儀對(duì)水分子里的氫元素進(jìn)行了同位素分析，發(fā)現(xiàn)土壤里水的各種同位素比例，與在火星大氣中觀測(cè)到的水汽中的同位素比例相同。這說(shuō)明火星表面的含水土壤可能被風(fēng)吹得“灰來(lái)灰去”，并且與火星大氣發(fā)生著交換反應(yīng)。

從早期通過(guò)在地球上的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的所謂火星“運(yùn)河”，到火星車的實(shí)地考察，找尋水一直是人類火星探索中的焦點(diǎn)。這是因?yàn)樗钱a(chǎn)生生命的必要因素之一。如果火星上曾經(jīng)有過(guò)液態(tài)水，那么火星上也很有可能存在過(guò)生命，即使不是威爾斯小說(shuō)中的水母狀火星人，也可能是極容易生存的微生物。就現(xiàn)實(shí)而言，水對(duì)未來(lái)人類登陸甚至移民火星也至關(guān)重要。

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然而，想要獲得這些水，還需要一些技術(shù)的支持。目前人類的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為將來(lái)火星移民獲取水提供了幾種選擇：居住到火星的南極或北極，加熱那里的冰獲取水；要是嫌南北極太冷，那就降落到有地下水冰的地區(qū)，挖掘開(kāi)采地下的冰；或者更簡(jiǎn)單些，借鑒“好奇”號(hào)的經(jīng)驗(yàn)，加熱土壤來(lái)獲取水。

洛克希德·馬丁公司民用航天主要工程師、“鳳凰”號(hào)飛行系統(tǒng)項(xiàng)目主管賽迪維說(shuō)：“在地球上，我們已經(jīng)做過(guò)用多種不同科技從大氣或者土壤中提取水的實(shí)驗(yàn)。我們現(xiàn)在遇到的問(wèn)題是，如何驗(yàn)證這些技術(shù)也適用于火星，能夠檢測(cè)火星土壤里的水含量以及火星的氣候。”

當(dāng)然，提取火星水最直接的方式莫過(guò)于挖掘火星凍土，并放進(jìn)烤箱烘烤，讓水以水蒸氣的形式蒸發(fā)出來(lái)。國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)高級(jí)科學(xué)家、已退休的美國(guó)航空航天局顧問(wèn)埃德溫·埃思里奇和他的同事，已經(jīng)展開(kāi)了在模擬的月球和火星環(huán)境下用微波技術(shù)提取水的研究。

在月球?qū)嶒?yàn)中，埃思里奇和阿拉巴馬漢茨維爾大學(xué)的威廉·考克勒用傳統(tǒng)的家用微波爐“烹飪”一些模擬的月球表層土（這是在月球表面發(fā)現(xiàn)的由松軟的土和石子構(gòu)成的一層土壤），冰凍水就會(huì)被蒸發(fā)出來(lái)并凝結(jié)到一個(gè)冷卻板上?？伎死战忉屨f(shuō)，水能很好地吸收微波，但冰不行，所以微波要先加熱巖石，然后由巖石將熱傳導(dǎo)給冰。

埃思里奇說(shuō)，相似原理的微波技術(shù)將在火星上得到運(yùn)用。這種方法最大的優(yōu)勢(shì)是不需要太多的挖掘，只有當(dāng)水深埋于地下時(shí)，才需要鉆洞，以便把微波照射進(jìn)去。

2013年12月，火星偵察軌道探測(cè)器又傳回兩張“好奇”號(hào)蹣跚行走在火星上的高分辨率照片?！昂闷妗碧?hào)現(xiàn)在正朝蓋爾隕石坑中心的夏普山進(jìn)發(fā)，科學(xué)家希望它記錄下一路上火星環(huán)境的變化，從而發(fā)現(xiàn)火星環(huán)境是如何演化的?！昂闷妗碧?hào)將行使8.6千米，預(yù)計(jì)于2014年年中抵達(dá)夏普山。希望“好奇”號(hào)能帶來(lái)更多的發(fā)現(xiàn)，也許是微生物遺跡，也許是某個(gè)洞穴里的冰塊。我們拭目以待。