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火星之水

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火星上的液態(tài)水

2015年9月28日NASA又一次發(fā)布了一個“大新聞”：火星上找到了液態(tài)水。注意，這不是指冰，也不是曾經(jīng)有液態(tài)水的證據(jù)，是貨真價實的液態(tài)水。

故事要從2010年講起，在火星勘測軌道飛行器（M RO）傳回的數(shù)據(jù)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種叫作“季節(jié)性斜坡紋線”（RSL）的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在火星比較暖和的低緯度的山坡向陽面上。當(dāng)天氣變暖時，這些條狀的陰影就會出現(xiàn)，向下延伸匯聚；而當(dāng)變冷時，這些陰影就消失不見了。這看起來和地球上河流的變化很像，而這里是火星上比較暖和的地區(qū)，二氧化碳、甲烷一類的物質(zhì)都是以氣態(tài)存在，但是高濃度的鹽水在這里應(yīng)該可以以液態(tài)的形式存在。

這是一個非常振奮人心的發(fā)現(xiàn)，然而科學(xué)家們面臨一個問題：水在哪？以目前我們?nèi)祟愃偷交鹦巧系奶綔y器來說，不是很難到達這些神秘地方，就是難以分辨這寬不到5米的結(jié)構(gòu)中到底有沒有水。直接找行不通，那么科學(xué)家想出來了一個迂回的辦法：能不能去找水合物。

提到水合物，大家最熟悉的應(yīng)該就是五水合硫酸銅了。形成水合物的必要條件就是有液態(tài)水，換句話說，找到水合物就說明有液態(tài)水的存在。而水合物中，由于都含有-OH團，所以在光譜中，會產(chǎn)生特征吸收線。利用這些特征吸收線，我們就可以找到水合物，并且可以確定水合物的含量。

利用M RO上攜帶的火星普查光譜儀（CRISM），經(jīng)過幾個火星年（687天）的觀測發(fā)現(xiàn)，在RSL出現(xiàn)的時候，水合物會大量富集在RSL附近，這讓科學(xué)家們可以斷言：RSL中存在著液態(tài)水——當(dāng)然，是非常非常濃的鹽水。

雖然搞清楚了RSL里有水流淌，但是，科學(xué)家還沒有弄明白這些水是從哪里來的，為什么會隨著季節(jié)變化?；鹦巧想m然寒冷，但是在赤道附近的向陽面，冰還是會很快地流失蒸發(fā)，不太可能為RSL提供液態(tài)水。而火星大氣非常干燥稀薄，似乎也不太可能為RSL提供充足的水分。也許，我們需要新的理論來解釋這件事吧。

不同時間RSL的變化。圖片來源：photojournal.jpl.nasa.gov

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火星勘測軌道飛行器（MRO）

火星勘測軌道飛行器是NASA于2005年發(fā)射的火星軌道探測器，它于2006年3月到達火星軌道，目前還在使用中。圖片來源：uanews.org

MRO上攜帶的主要科學(xué)儀器

高分辨率成像科學(xué)設(shè)備（HiRISE）：

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HiRISE實際上是一臺0.5米口徑的反射式望遠(yuǎn)鏡。它對火星表面的分辨率可以達到0.3米，我們這次的主角——RSL結(jié)構(gòu)就是用這臺儀器發(fā)現(xiàn)的。

2火星彩色成像機（MARCI）：

MARCI以五個可見光波段與兩個紫外線波段拍攝火星影像以組成火星全球影像，幫助研究人員描繪火星每天、每季與每年氣候的特征，并且為火星提供每天的天氣預(yù)報?；鹦瞧詹楣庾V儀（CRISM）：

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CRISM為一個紅外/可見光光譜儀，為科學(xué)家提供火星表面化學(xué)成分的信息。CRISM在300千米的高空中分辨率約為18米，也是我們這次驚人發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵儀器?；鹦菤夂蛱綔y器（MCS）：

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MCS用于觀測火星上的大氣，讓科學(xué)家了解火星大氣的基本參數(shù)：氣溫、壓力、濕度與沙塵密度。

火星尋水之路

其實人類對火星上水的興趣可以追溯到1877年，意大利天文學(xué)家喬凡尼?斯基亞帕雷利在火星上觀察到“運河”之后，在帕西瓦爾?羅威爾的“添油加醋”下，火星被描繪成了一個遍布隨季節(jié)變化的“運河”和“綠洲”的地方——這個雖然完全離譜，但是看起來和RSL有一點類似，可以算是一個奇妙的巧合吧。

在1965年，水手4號飛掠火星之后，人們發(fā)現(xiàn)，火星上是一個布滿紅色沙塵的荒涼之地，沒有大規(guī)模的水系。雖然這讓人們非常失望，但是并沒有熄滅科學(xué)家在火星上找到水的熱情。

接著，水手9號于1971年到達火星軌道，為火星表面70%以上的地方繪制了地圖。在這些照片中，科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，火星表面有大量曾經(jīng)有水流過的痕跡。這說明火星表面曾經(jīng)和地

水手9號拍攝的斯卡曼德洛斯谷的曲流，這表示在火星表面曾有大量水流。圖片來源：www.reddit.com

奧德賽探測器得到的火星表面水分布圖。圖片來源：www. space.com

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2001火星奧德賽探測器

2001火星奧德賽號于2001年4月發(fā)射，10月到達火星軌道，2002年2月開始科學(xué)任務(wù)，目前還在工作中。它的名稱是根據(jù)電影《2001太空漫游》來命名的。

奧德賽號一直是NASA用來與火星表面探險者通訊的主要中繼站，并且將繼續(xù)用來與好奇號漫游車通訊。勇氣號與機遇號有85%的信息是通過奧德賽號的中繼傳回地球。

2001火星奧德賽號主要科學(xué)儀器

1熱輻射成像系統(tǒng)（THEMIS）:

THEMIS是奧德賽號上的攝影機。該攝影機在可見光和紅外波段拍攝以了解火星表面的熱輻射。此外，該儀器也協(xié)助科學(xué)家了解火星上礦物和地形的關(guān)系，并且可用來研究火星表面以下的熱點。

2伽瑪射線光譜儀（GRS）:

GRS包括了一臺伽瑪射線光譜儀和兩臺中子探測器，它可以測量火星表面多種元素（氫、硅、鐵、鉀、釷、氯等）的豐度。火星表面水的分布就是通過氫的豐度計算出來的。

3火星環(huán)境輻射探測儀（MARIE）:

MARIE用來探測火星周圍的輻射環(huán)境，為將來的火星探測器甚至載人項目做準(zhǔn)備。球一樣存在著大量液態(tài)水。這讓科學(xué)家非常振奮，雖然目前火星表面找不到大規(guī)模水系，但是能否在火星兩極和地下找到殘存的冰？

很快，在1976年，海盜號兩兄弟相繼到達火星。它們除了在火星表面發(fā)現(xiàn)了更多的水沖刷過的痕跡外，還利用著陸器，分析了火星土壤的化學(xué)成分，證明了雖然含量很低（1%），但是火星土壤中有水分存在。

20世紀(jì)90年代后，火星迎來了一大批從地球來的“訪客”。通過這些探測器，科學(xué)家們從地貌、地質(zhì)等各個角度，發(fā)現(xiàn)了大量的液態(tài)水曾經(jīng)存在的證據(jù)。更進一步的是2001火星奧德賽探測器，它利用攜帶的伽瑪射線光譜儀（GRS），對火星表面數(shù)米深的土壤進行探測，得到了火星表面水含量的分布圖。這表明，水在火星上普遍存在，很可能在兩極地區(qū)存在著大片的冰。

接著，鳳凰號火星探測器于2008年登陸火星北極區(qū)，它雖然不如勇氣號和機遇號名氣大，但是它通過分析火星北極地區(qū)的土壤成分，證實了奧德賽探測器的結(jié)果，并且拍到了火星表面冰升華的畫面。這成為火星兩極地區(qū)存在冰的最有力證據(jù)。

鳳凰號拍攝到的，火星表面冰升華的過程。圖片來源：www.bt.dk

為什么要在火星上尋找水？

幾乎每個火星探測器都在火星上尋找水的蹤跡，為什么人們對在火星上尋找地球上隨處可見的水這么執(zhí)著呢？

如果火星上曾經(jīng)像我們地球一樣有廣闊的海洋，那么這些水是從哪里來的，去哪了？我們的地球會不會步火星的后塵，在未來也變成一顆荒涼的行星？

眾所周知，水是生命之源，液態(tài)水為生命的孕育提供了很好的環(huán)境。如果過去甚至現(xiàn)在火星上有液態(tài)水，那么就有在火星上出現(xiàn)生命的可能?；鹦巧鲜欠裾娴挠羞^生命，如果有過，它們是什么樣子的？現(xiàn)在在哪？在火星地下是不是還藏著一個亞特蘭蒂斯？

從現(xiàn)實一點的角度說，如果火星上有足夠的水，我們?nèi)祟愊蚧鹦沁M發(fā)的時候，就可以輕裝上陣，只要帶去時路上用的水就可以了，剩下的，等我們到火星再補給。這可以讓我們的火星旅行簡單不少。更進一步，還可以為人類的火星基地提供支持。