迄今為止，我們對火星的了解有多少？

11-29

迄今為止，我們對火星的了解有多少？

2001年奧德賽號：水流痕迹

奧德賽號的全稱是2001火星奧德賽探測器（2001 Mars Odyssey），於2001年4月7日發射升空，同年10月24日到達火星軌道。這是一顆環繞火星進行探測的軌道器，利用火星大氣阻力進行減速以進入環繞火星軌道。2002年1月，奧德賽號氣阻減速完成，同年2月19日開始科學任務。

奧德賽號耗資約2.97億美元，由洛克希德·馬丁公司研製，主要承擔火星探測漫遊者（機遇號和勇氣號火星車）、鳳凰號著陸器與地球之間的通信中繼任務，同時探測數種元素的全球分布及其含量，尋找火星表面水與火山活動的痕迹。

2003年機遇號和勇氣號：粘土礦物

機遇號和勇氣號是一對「孿生兄弟」，於2003年年中發射升空，2004年1月降落在火星，最初「工作任務」是完成3個月火星探險，到2013年8月已離開地球10周年。勇氣號於2010年停止工作，而機遇號依舊孜孜不倦，不斷發回探測成果。

2013年5月，機遇號火星車在一塊岩石中分析發現了豐富的粘土礦物。粘土礦物是水與岩石發生長期反應，導致岩石的化學成分發生重大改變而形成的，這說明曾經有大量的水流經並浸泡這塊岩石。

這塊名為「埃斯佩朗斯6號」的岩石表面覆蓋著塵埃和雜質，機遇號一共嘗試了7次，才磨掉表層物質，進而分析石塊內部的物質組成。這塊岩石中的粘土礦物富含鋁，非常類似於地球上的微晶高嶺石，說明當時流經岩石縫隙的水是中性的。埃斯佩朗斯6號形成於火星歷史最初的10億年，是機遇號檢測過的最古老岩石。

機遇號此前分析過多塊岩石，雖然也都發現火星曾經有過濕潤環境，證明火星上曾經有過水體活動。但是，這些水體大多是酸性的，而生命的進化和繁衍需要一個中性的環境，在酸性環境中很難通過化學反應轉化為生命。此次，機遇號發現可飲用的中性水，成為可以支持生命誕生的重要證據。

2004年火星快車：海岸線和沉積物

如今的火星表面類似於地球上的戈壁灘，是一片不毛之地。但已有證據顯示，火星上曾經兩度存在海洋。大約40億年前，隨著氣候逐漸變暖，埋藏在地下的大量冰融化後湧出地面，形成了最早的火星海洋。之後環境惡化，液態水逐漸退回並凍結於地下。另一次火星海洋則出現在30億年前。

2004年歐洲空間局發射的火星快車，獲得了火星的可見光圖像數據、礦物分析數據，以及大氣觀測結果，證明火星曾經有水。但是，曾經龐大的火星地表水體後來到哪裡去了呢？

2012年2月，火星快車上的雷達探測結果展示了火星地表以下60～80米的情況，發現北部平原的地下存在一層低密度物質，可能是某種富含冰的沉積物。這層低密度物質讓人不由地聯想到地球海床中也有類似的沉積物。更重要的是，這層物質正好位於此前任務發現的火星海岸線以內。這說明火星乾涸的北部平原在數十億年前可能是一片汪洋，如今的紅色行星可能曾經是一個藍色星球。

2005年火星勘測軌道器：大氣潮汐

火星勘測軌道器測量到火星大氣一天中的最高溫度不僅出現在中午時刻，還會出現在午夜之後。這種每天出現的大氣溫度和壓力的振蕩被稱為大氣潮汐現象（2013年7月《地球物理研究快報》）。

火星大氣在一年中的大部分時間都有水冰雲——類似地球上薄捲雲一樣的相對透明的雲。水冰雲每天通過中層大氣吸收足夠熱量。當進入黑夜，這些水冰雲的輻射效應開始顯現，導致火星大氣出現潮汐現象。

2008年鳳凰號：發現水冰

2008年5月25日，鳳凰號在火星北半球的北方大平原著陸。它在北極附近的永久凍土帶採集和分析火星土壤樣本，進行了5個月的成功探測，首次證實火星上確實有水存在。鳳凰號還發現了火星土壤中含有高氯酸鹽，這是許多微生物賴以生存的化學物質。

鳳凰號著陸器有一個高溫爐和質譜儀的結合體——熱量和揮發氣體分析儀，用來分析火星土壤樣品。機械臂於2008年5月31日首次接觸火星土壤，挖掘的土壤樣品被送到該儀器的高溫爐中密封並加熱。當溫度加熱到0攝氏度時，質譜儀檢測到了水蒸汽，證實火星土壤中含有水冰。

當高溫爐持續加熱到1000攝氏度時，土壤中的其他揮發性物質會蒸發成氣體，通過惰性載體送到質譜儀，即可檢測到土壤中存在的微量有機分子

2011年好奇號：黃刀灣淡水湖

2011年11月26日，美國發射了好奇號火星車，於2012年8月6日登陸火星。好奇號耗資26億美元，重899公斤，外殼寬4.5米。重量是機遇號和勇氣號的3倍，體積是他們的2倍，大致相當於一輛SUV汽車。

好奇號搭載了11種不同的科學儀器，是人類有史以來製造的體積最大、性能最高，也是最昂貴的火星車。好奇號著陸在火星蓋爾坑內中心山脈的山腳下，科學使命是探索火星在歷史上或如今的環境下是否適宜生命生存，為最終發現火星生命做準備

2012年9月，好奇號發回了距離著陸點400米的「格萊內爾格」區域中古老河床礫岩層的圖像。這些圖像展示了礫岩中的石子大小和形狀。石子大小介於沙粒到乒乓球之間，其中不少是圓形的，很像是地球上河床底部的鵝卵石。石子的形狀和大小組合透露出它們是被水流長期沖刷、磨蝕而成的。若要衝刷形成這種尺寸的光滑鵝卵石，河流的水速應該為每秒0.2米至0.75米之間，水深在0.03米至0.9米之間。

2012年在蓋爾坑著陸後，好奇號發現著陸點附近有一個深達5米的溝槽，其中存在熱異常現象。好奇號對溝底的沉積岩進行了鑽探分析，結果證實36億年前那裡曾經是一個至少存在了數萬年的湖泊，湖泊長約50千米，寬約5千米。湖泊遺迹所在區域被命名為「黃刀灣」。

科學家分析了從黃刀灣兩塊岩石樣本中提取的粘土，發現湖底區域的pH值呈中性，鹽度很低，說明黃刀灣曾經是一個淡水湖。而當時火星上的其它地區要麼已經乾涸，要麼分布著含鹽量高、不適合生命存活的酸性湖泊。

好奇號在湖底沉積物中還發現了碳、氫、氧、硫、氮和磷等關鍵生命元素，表明黃刀灣理論上可以支持一些簡單微生物的生存，這些自養型的原核微生物能通過分解岩石和礦物獲取能量。在地球上某些洞穴和熱泉噴口，也經常可以見到這類微生物。

好奇號火星車上的桅杆相機拍攝的照片顯示，蓋爾坑裡的Glenlg區域分布著一系列沉積岩，圖中是在黃刀灣西北方向觀察到的情形。

黃刀灣的水體平靜，水質中性，擁有豐富的、生命所需的化學成分等，這些都是生命存活的重要條件，說明黃刀灣曾經是一個非常適合火星生命存活的湖泊（見2013年12月9日Science雜誌）。雖然科學家還沒有掌握火星存在遠古生命的直接證據，但這無疑是火星生命搜尋過程中非常積極的突破性進展。

好奇號的主要任務是尋找火星上可能適宜生命生存的地質環境，火星車上並沒有配備可以直接探測生命跡象的工具，所以尋找有機碳就成為搜尋火星生命的重要途徑。在火星上高強度的宇宙射線照射下，有機碳在火星表面的保存時間有限。好奇號的鑽探設備可以鑽至5厘米深處的岩石樣本，有機碳在這一深度的岩石中可以保存7000萬年左右。下一步，好奇號將尋找化學條件更利於保存有機物、有機物含量較高、輻射暴露時間較短的岩石樣本。一旦好奇號檢測到有機碳，那將是火星曾經有過生命的直接證據。

2013年馬文號：揭開火星大氣之謎？

馬文號火星探測器的重量與尺寸大小（左），馬文號發射升空（右）。

2013年11月18日發射的馬文號火星探測器耗資約6.7億美元，配備了8種研究火星大氣成分、上層大氣、太陽風相互作用和電離層的高精度科學儀器，主要目標是精細探測火星大氣，尋找火星氣候變遷的動態原因，揭開火星大氣層變稀薄之謎。

很少的，百分之一都不到