張舟斌　左維　李春來(lái)

火星上的“河”

火星，這顆被認(rèn)為具有與地球上相似的條件、可作為未來(lái)移民之地的星球，自古以來(lái)就吸引著人類(lèi)關(guān)注的目光。古羅馬人用戰(zhàn)神瑪爾斯的名字來(lái)稱(chēng)呼這顆神秘的“紅色星球”，而中國(guó)的古人則因它熒熒如火，位置、亮度時(shí)常變動(dòng)讓人無(wú)法捉摸而稱(chēng)之為“熒惑”。17世紀(jì)初，伴隨著望遠(yuǎn)鏡的誕生，火星神秘面紗的一角才得以被揭開(kāi)。

斯基亞帕雷利繪制的火星表面特征圖（圖片來(lái)源/《邁耶百科詞典》第四版）

1877年，意大利天文學(xué)家喬凡尼·維爾吉尼奧·斯基亞帕雷利在用望遠(yuǎn)鏡對(duì)火星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)火星表面存在著一系列縱橫交錯(cuò)的直線(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，他結(jié)合前人的研究成果，根據(jù)其觀測(cè)到的景象繪制出了一張具有重要意義的火星地圖，并用他自己建立的一套方法給地圖上的主要特征取了地名，而這張地圖也為國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)（IAU）為火星地名建立起正式的命名體系奠定了基礎(chǔ)。

然而，富有戲劇性的是，斯基亞帕雷利用來(lái)描述這些直線(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)的意大利文“canali”（渠道）被錯(cuò)誤地翻譯成了英文“canals”（運(yùn)河）——這個(gè)詞意為由人工或智慧生命建造的運(yùn)河。

在當(dāng)時(shí)蘇伊士運(yùn)河（1859年開(kāi)始建設(shè)，1869年建成通航）建成的大背景下，火星上的智慧生命建造了運(yùn)河的說(shuō)法廣為流傳。美國(guó)波士頓的富豪珀西瓦爾·勞倫斯·洛厄爾便是這一說(shuō)法的狂熱支持者，他甚至為此建造了一座天文臺(tái)來(lái)尋找這些“運(yùn)河”。在接下來(lái)的15年時(shí)間里，他根據(jù)觀測(cè)到的現(xiàn)象在其917幅草圖中繪制出了437條運(yùn)河，并認(rèn)為這些直線(xiàn)狀特征是火星人為了將水從火星極地輸送至干涸的赤道區(qū)域所建造的人工運(yùn)河。

但運(yùn)河的概念遭到了一些天文學(xué)家的駁斥。1903年，英國(guó)天文學(xué)家約瑟夫·愛(ài)德華·埃文斯和愛(ài)德華·沃爾特·蒙德通過(guò)一個(gè)視覺(jué)實(shí)驗(yàn)證明了所謂的運(yùn)河是如何在光學(xué)錯(cuò)覺(jué)下產(chǎn)生的：當(dāng)用較低觀測(cè)質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡觀察許多點(diǎn)狀特征（例如火星表面的環(huán)形坑等）時(shí)，它們似乎會(huì)合在一起形成直線(xiàn)。盡管不斷有天文學(xué)家提出更多的證據(jù)，但到19世紀(jì)60年代仍有人相信這些運(yùn)河的存在，直到1965年美國(guó)發(fā)射的水手4號(hào)火星探測(cè)器傳回了21張照片才終止了這一傳言：從這些距離火星約1萬(wàn)千米處拍攝的照片中根本看不到所謂的運(yùn)河！

火星上的谷

隨著人類(lèi)深空探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)家們獲得了大量極高分辨率的火星表面圖像以及其他各種探測(cè)數(shù)據(jù)，火星的真實(shí)面貌在人們眼中逐漸清晰了起來(lái)。人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，火星表面不但確實(shí)存在著許多谷和溝渠，其中不少還保留著大量流水沖刷的痕跡。盡管早期的天文學(xué)家所聲稱(chēng)的“運(yùn)河”與這些現(xiàn)象并無(wú)關(guān)系，但人們不得不贊嘆這些人類(lèi)科學(xué)事業(yè)開(kāi)拓者的神奇想象力。

洛厄爾正在觀察火星（圖片來(lái)源/Wiki）

壯觀的火星水手谷（圖片來(lái)源/NASA）

蔚為奇觀的水手谷（Valles Marineris）便是其中最為著名的一個(gè)代表。這條火星的名勝“谷”跡是火星表面乃至太陽(yáng)系最大、最長(zhǎng)的峽谷，它位于火星西半球的赤道南側(cè)附近，宛如火星表面一條巨大的傷疤，延綿3760多千米。為了紀(jì)念美國(guó)水手9號(hào)探測(cè)任務(wù)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)所做出的杰出貢獻(xiàn)，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)于1973年將其命名為水手谷。關(guān)于水手谷是怎么形成的，科學(xué)家們?cè)?jīng)有過(guò)各種爭(zhēng)論：有認(rèn)為是受到水的侵蝕形成的;有認(rèn)為是冰川地區(qū)的永久凍土融化造成的;也有認(rèn)為是表面下的巖漿流失造成地表下陷而形成的;而現(xiàn)今最被認(rèn)同的觀點(diǎn)是，它的形成類(lèi)似于地球上東非大裂谷的形成機(jī)制，即由地殼拉張陷落而形成，之后又因?yàn)榍捅诘纳奖篮颓治g使其不斷擴(kuò)大，最終成為了我們現(xiàn)在所看到的水手谷。

火星上的水

更讓人們感到興奮的是，科學(xué)家在火星表面發(fā)現(xiàn)了一系列跟水這一生命之源存在密切關(guān)系的溝谷，長(zhǎng)達(dá)1580千米的卡塞谷（Kasei Valles）就是其中的典型。這類(lèi)溝谷具有寬度變化大、彎曲度小、分支復(fù)合現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)，并且在河道中央常見(jiàn)淚滴狀孤島，這些都與地球表面的洪水經(jīng)過(guò)時(shí)所形成的溢流河道極為相似。因此，火星表面這些類(lèi)似的溢流河道通常被認(rèn)為是大量湖水泄洪或地下水猛烈噴出后沖刷火星表面形成的。

水手4號(hào)拍攝的火星表面圖。為了紀(jì)念這次歷史性的任務(wù)，圖幅中央占據(jù)約一半高度的、隱約可見(jiàn)圓形邊界的環(huán)形坑被國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)命名為水手坑（Crater Mariner） （圖片來(lái)源/NASA）

火星地形彩色暈渲圖，不同顏色代表火星表面不同的海拔高度。圖幅中央有明顯水流沖刷痕跡的區(qū)域即為卡塞谷（圖片來(lái)源/ESA）

此外，在火星表面古老的諾亞紀(jì)（火星地質(zhì)年代）地體上還存在著一種網(wǎng)狀河谷，其形態(tài)類(lèi)似于地球上干旱區(qū)域的樹(shù)枝狀河流，河道高度集中，流域范圍廣泛，因此科學(xué)家推斷火星早期很可能存在著大范圍的降水，降水形成的水流沖刷火星表面并匯聚于低洼的盆地，最終形成了這些古老的網(wǎng)狀河谷。

火星上還有一種最具爭(zhēng)議的水流地貌——沖溝，它們大多表現(xiàn)為細(xì)小的線(xiàn)條形，其寬度通常在幾米到幾十米，而長(zhǎng)度也只有百來(lái)米，通常分布于陡立的斜坡之上，上部有分又，向下匯合成一條或多條溝谷，其形成時(shí)期相對(duì)較晚。然而，關(guān)于這種沖溝的成因目前還尚不清楚，有些科學(xué)家認(rèn)為是火星早期氣候環(huán)境下存在了成千上萬(wàn)年的積雪發(fā)生融化或近代的表面水噴發(fā)造成的，還有些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些沖溝經(jīng)常在有季節(jié)性二氧化碳冰（干冰）形成的地方出現(xiàn)，預(yù)示著這種沖溝的形成可能與水無(wú)關(guān)。

火星表面樹(shù)枝狀的河谷——沃里戈谷（Warrego Valles）（圖片來(lái)源/NASA）

位于陡坡的一處典型的沖溝（圖片來(lái)源/NASA）

火星上的生命密碼

盡管火星較低的溫度、稀薄的大氣、惡劣的輻射環(huán)境不太適合地球生命形式的存在，但火星表面發(fā)現(xiàn)了水的跡象還是極大的激發(fā)了人們對(duì)火星上存在生命的各種幻想，因此生命也成為人類(lèi)探測(cè)火星的一個(gè)極為重要的科學(xué)主題。

1976年，維京1號(hào)在火星表面拍攝到一張酷似人臉的照片，盡管后來(lái)的火星全球勘探者號(hào)拍攝的高分辨率圖像顯示，這只不過(guò)是火星表面的一座小山在特定的角度和光照條件下所呈現(xiàn)出的錯(cuò)覺(jué)，但這張“火星臉”照片卻掀起了人們對(duì)火星人的各種猜想狂潮。然而，自1976年海盜號(hào)生物試驗(yàn)室首次在火星上開(kāi)展生命探測(cè)實(shí)驗(yàn)以來(lái)，人類(lèi)到目前為止仍然沒(méi)能在火星上找到現(xiàn)在和過(guò)去存在生命活動(dòng)的直接證據(jù)。

但在與生命有關(guān)要素的探測(cè)方面，人類(lèi)已經(jīng)取得了一系列重要的成果：越來(lái)越多的證據(jù)表明，在火星古老的諾亞紀(jì)曾經(jīng)存在著表面液態(tài)水，并且可能存在適合微生物生存的環(huán)境;在火星大氣中檢測(cè)到了低濃度的甲烷氣體，并且現(xiàn)在仍存在甲烷的生成活動(dòng)，而地球上90%～95%的甲烷都是由生物活動(dòng)形成的;同時(shí)還在火星巖石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)碳分子這一組成生物體最基本的要素。所有這些與生命有關(guān)要素的探測(cè)成果，不但激發(fā)了新一輪火星探測(cè)的高潮，同時(shí)也是下一步火星生命探測(cè)的突破點(diǎn)。

（責(zé)任編輯/陳瑩 美術(shù)編輯/胡美巖）