火星探索，发现水之旅

寇晓明　宋丽丽

今天的火星干燥而荒凉，看起来像是最后一片你不到万不得已不会去考虑寻找水的地方。然而亿万年前，在这颗红色的星球上也曾有过蓝色的天空和湖泊，是个温暖而湿润的宜居乐土。这幅蓝图，是近十几年来美国航空航天局根据火星探测器传回的测量数据和图片，重建出来的远古火星图景。2014年1月，恰逢“勇气”号和“机遇”号火星车着陆火星10周年纪念，我们就来聊一聊火星车和这几年火星上有关水的新发现。

有关火星曾经存在液态水的证据已经被提出来好多年了。从20世纪70年代开始的一系列火星探测活动，通过火星探测器和着陆器观察地表形貌，并借助空间遥感技术，发现火星南北两极有大量水冰，大气中含有少量水汽，地表下可能也有水冰存在。科学家还推断出古代火星表面有大量河流和湖泊。可这些都是间接的观测和推论，人类还需要直接的实地考察。随着技术进步，科学家将无人火星车送上火星，进行实地采样分析，以进一步证实这些推论。

“勇气”号于2007年发现了古代火星在一些地区有水热交换系统存在的证据，人们猜想那里古时可能有温泉，而液态水和热能是构成生命的两大关键因素，这让人们燃起找到生命遗迹的希望。“机遇”号在它所在的奋进号陨石坑附近发现多种黏土矿物成分，表明此地曾经存在水。此前，尽管有很多证据证明火星上曾经存在大量的水，但这些水大多呈酸性，酸性环境对生命是不太友好的，而黏土物质的发现则表明一种更趋近中性的水环境的存在。2008年，美国航空航天局的“凤凰”号着陆器在所在地区发现了水冰。当“凤凰”号凿开厚厚的土壤，并把样品加热到冰点以上时，它的质谱仪探测到了水蒸气的踪迹。

至于最新的“好奇”号，可以说是火星车里的明星了。它是美国航空航天局火星科学实验室计划的一部分，个头比以前的火星车大，接近3米长，有2米多高，将近1吨重。2011年11月，这辆火星车由阿特拉斯-5型运载火箭从卡纳维拉尔角携带发射升空。在经过5.6亿千米的长途旅行后，于2012年8月降落在火星上的盖尔陨石坑，成为第五辆成功着陆的火星车。

“好奇”号是首辆载有火星土壤岩石采集和分析设备的火星车，一个2.1米长的机械臂负责挖掘采集土壤和矿物。采集到的矿物会被加热，以释放出气体，“好奇”号携带的四极质谱仪、气相色谱仪和激光拉曼光谱仪可以从气体中“嗅”出原子和分子成分。

“好奇”号的一个重要任务就是寻找有机化合物和生命存在的迹象，研究构成生命所必需的元素。科学家希望“好奇”号能对“机遇”号发现的黏土物质做进一步分析。除此之外，“好奇”号还要研究火星的地质和大气演化，并观测火星表面和太空旅行中的辐射，为今后人类登陆火星做准备。

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2012年9月，“好奇”号在火星上发现了溪水河床的痕迹，进一步证实了之前对火星水文的观测和推论。2013年9月，美国航空航天局的科学家在著名刊物《科学》上撰文，报道“好奇”号的科学仪器在它的第一铲火星土壤样品中“嗅出”大约2%的水，另外还包括二氧化碳、氧气和二氧化硫。这可不是说“好奇”号发现了个湖泊或河流什么的，它发现的是附着在土壤中的水分子，未来的火星移民可以靠加热土壤来获得水。在接下来的实验中，科学家还发现样品中有含氯和氧的化合物，可能是氯酸盐或高氯酸盐。在之前对火星的研究中，科学家在火星的北极也发现过同样的物质，这说明这些矿物质可能遍布火星，说不定是沙尘暴吹的。

在土壤中发现水之后，“好奇”号用质谱仪对水分子里的氢元素进行了同位素分析，发现土壤里水的各种同位素比例，与在火星大气中观测到的水汽中的同位素比例相同。这说明火星表面的含水土壤可能被风吹得“灰来灰去”，并且与火星大气发生着交换反应。

从早期通过在地球上的望远镜发现的所谓火星“运河”，到火星车的实地考察，找寻水一直是人类火星探索中的焦点。这是因为水是产生生命的必要因素之一。如果火星上曾经有过液态水，那么火星上也很有可能存在过生命，即使不是威尔斯小说中的水母状火星人，也可能是极容易生存的微生物。就现实而言，水对未来人类登陆甚至移民火星也至关重要。

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然而，想要获得这些水，还需要一些技术的支持。目前人类的发现已经为将来火星移民获取水提供了几种选择：居住到火星的南极或北极，加热那里的冰获取水；要是嫌南北极太冷，那就降落到有地下水冰的地区，挖掘开采地下的冰；或者更简单些，借鉴“好奇”号的经验，加热土壤来获取水。

洛克希德·马丁公司民用航天主要工程师、“凤凰”号飞行系统项目主管赛迪维说：“在地球上，我们已经做过用多种不同科技从大气或者土壤中提取水的实验。我们现在遇到的问题是，如何验证这些技术也适用于火星，能够检测火星土壤里的水含量以及火星的气候。”

当然，提取火星水最直接的方式莫过于挖掘火星冻土，并放进烤箱烘烤，让水以水蒸气的形式蒸发出来。国际无线电科学联合会高级科学家、已退休的美国航空航天局顾问埃德温·埃思里奇和他的同事，已经展开了在模拟的月球和火星环境下用微波技术提取水的研究。

在月球实验中，埃思里奇和阿拉巴马汉茨维尔大学的威廉·考克勒用传统的家用微波炉“烹饪”一些模拟的月球表层土（这是在月球表面发现的由松软的土和石子构成的一层土壤），冰冻水就会被蒸发出来并凝结到一个冷却板上。考克勒解释说，水能很好地吸收微波，但冰不行，所以微波要先加热岩石，然后由岩石将热传导给冰。

埃思里奇说，相似原理的微波技术将在火星上得到运用。这种方法最大的优势是不需要太多的挖掘，只有当水深埋于地下时，才需要钻洞，以便把微波照射进去。

2013年12月，火星侦察轨道探测器又传回两张“好奇”号蹒跚行走在火星上的高分辨率照片。“好奇”号现在正朝盖尔陨石坑中心的夏普山进发，科学家希望它记录下一路上火星环境的变化，从而发现火星环境是如何演化的。“好奇”号将行使8.6千米，预计于2014年年中抵达夏普山。希望“好奇”号能带来更多的发现，也许是微生物遗迹，也许是某个洞穴里的冰块。我们拭目以待。