火星表面發現液態水，到底意味著什麼？

根據義大利航天局義大利研究人員周三在《科學》雜誌上發表的一項新研究，火星南極冰蓋下方的雷達探測到了液態湖。火星高級雷達用於地下和電離層探測儀器（也稱為MARSIS）在歐洲航天局的火星快車航天器上收集了證據。

2012年5月至2015年12月期間，MARSIS用於調查位於火星南部冰蓋的Planum Australe地區。它通過地面和極地冰帽發送雷達脈衝，並測量無線電波反射回火星快車。

這些脈衝反射了29組雷達樣本，這些樣本在距離地面近一英里的地方創建了一個信號急劇變化的地圖。它橫跨大約12.5英里，看起來非常類似於地球上格陵蘭島和南極冰蓋下面的湖泊。雷達反射了該特徵的亮度，表明它是水。

「我們將此特徵解釋為火星上穩定的液態水體，」作者在研究中寫道。

該研究的作者排除了這種亮度的任何其他原因。

以前，有一些關於火星上存在的水的猜測，比如在鳳凰號著陸器上凝結的水滴，或者是火星斜坡上反覆出現的斜坡線的可能原因。但研究人員說，到目前為止還沒有證據表明水體穩定。然而，31年前的一項研究首次假設火星極地基地存在液態水。

鑒於其位於極地冰蓋下方，預計水將低於水的冰點。但是已經在火星上發現的鎂，鈣和鈉等鹽類可以幫助水形成鹽水，從而降低熔點，使湖泊保持液態。

就像我們地球自己的冰蓋一樣，極地冰蓋根據氣候變化，可以記錄一些過去鎖發生的事情的檔案，了解這些知識可以揭示火星的氣候歷史。

根據發表在 7 月 25 日《Science》的一篇文章，科學家首次確認，南極的冰川下面存在直徑約20公里的大面積水域，這也是首個在這個「紅色星球」上發現的湖。

科學家通過使用雷達從軌道上探測到了這個水域的存在，而且它很可能十分寒冷，並且含鹽度極高，這也就意味著，它似乎不太可能有常規意義上的生命形態存在。

但是！這個重磅發現無疑會激發我們對火星更深層次的探索，無論是火星的生命存在、地質結構還是人類移民火星進程，都很有可能因此次發現翻開新的一頁。

數十年來，人類一直認為水僅以氣態和固態的形式存在於火星上。雖然近幾年有證據間接表明火星上或許存在著季節性的液態水，但我們始終未能收集到決定性的觀測證據。直到這一次，義大利航天局帶來了他們在火星上找到液態水的研究成果。

根據義大利航天局的說法，他們在火星南極附近冰層下一英里處探測到大量穩定的液態水體。在探測中立了大功的探測設備是一種高級火星雷達，可用於探測地下和電離層結構，代號為「MARSIS」（Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding instrument）。

圖 | 火星南極高原。圖中黑框內是本次研究區域。

此次的研究始於 2012 年 5 月，當時的軟體升級使 MARSIS 能夠獲得更詳細的數據。

具體而言，MARSIS 會向火星發射低頻電磁脈衝，其中的一些脈衝會與火星表面及其下方的特徵相互作用，並反射回 MARSIS，為科學家提供有關火星地質結構的信息。

雖然用 MARSIS 研究火星的極地區域聽上去很簡單（將儀器對準冰面，分析反射回的信號），但事實並非如此，因為 MARSIS 依賴於火星特快號探測器的行動，但探測器在特定極地地區（PlanumAustrale，Orosei 團隊的重點調查地區）停留的時間極短。這意味著研究人員只能定期對該地區進行探測，而由於研究需要多次收集數據，團隊需要花上數年時間才能清楚地了解該地區冰層下方是否存在著其他東西。

圖 | 特快號火星探測器

在 2012 年到2015 年期間，Orosei 的團隊在大約 3 年半的時間裡對火星的南極區域進行了總共 29 次探測，而數據分析的結果表明，雷達信號中存在著明顯的異常。

該異常位於冰層下方約一英里處，寬約 12 英里，深數英尺的一片區域，由該區域反射回的信號與其他區域相比尤其強烈，十分罕見。

從之前對地球冰下湖泊的分析中科學家們可以得知，水比岩石或沉澱物對雷達的反射能力更強。而這個位於火星南極地帶的區域的雷達信號與地球上的冰下湖泊非常類似。

研究人員也試圖為這種強烈的反射尋找其他的可能性，例如，冰蓋上方或下方有一層冰凍二氧化碳，或許也能造成類似的現象，但研究人員認為，這種解釋或其他任何解釋都不如液態水的存在更符合當前的觀測。

不過，正如絕大多數的科學發現一樣，此次成果仍有許多問題尚待回答。

比如說，在冰川之下負幾十度的溫度中，水是如何保持液態的？

對於這個問題，Orosei 團隊給出的解釋是，可能是火星岩石中的鎂鹽、鈣鹽和鈉鹽溶解到了水中，降低了水的凝固點。

圖 | 論文第一作者 Roberto Orosei

但高含量的鹽和零下幾十度的溫度對任何試圖在那裡生活的微生物來說都不是什麼好兆頭。「如果火星的生命和地球的生命類似，這裡對它們來說太冷太咸了。

還有一個問題是：未來，MARSIS 和其他航天器還能否在火星南部冰蓋下方探測到更多液態水？

Orosei 認為，如果這個湖泊是唯一一處液態水庫，則意味著現在的發現是一次奇怪的偶然，可能是地殼中一些不規則的熱特性導致的。但是如果火星上有不止一個冰下湖泊，人類對火星的探索將發生重大改變。

比如說，如果人類能發現更多冰下湖，那就意味著火星上滿足湖泊產生條件的地方不是那麼的少見。當這些滿足條件的地方在火星漫長的歷史中得以保持，那麼火星上的地下液態水或許能幫助我們了解火星早期的環境。

2. 發現生命的可能性是不是更大了？

好像說到水，就總會讓人想到生命。但似乎各方專家對火星上冰下湖的高濃度鹽環境並不看好。那麼，這是不是就意味著生物存在的可能性幾乎沒有了？

對於普通的生物而言，高濃度的鹽造成了環境的高滲透壓，可導致細胞滲透失水進而讓生物死亡。但許多人有所不知的是，就在地球上，有一群生物在極高鹽度的環境中生活，已經進化出了對付這些高濃度鹽的「十八般武藝」。

海洋科學家最近就發現，地球多處海域中分布著深海鹽湖。這些鹽湖與普通海水之間有著清晰可見的分界，其鹽濃度可達普通海水的 5 倍，這一濃度對普通海洋動物來說是致命的。

但在這些深海鹽湖中，科學家發現了生命。

（去年國家地理的紀錄片《藍色星球》截圖）

其中，微生物可通過化能合成作用加工洋底滲漏的甲烷，而鹽池中的細菌與生活在湖邊的貽貝存在共生關係。這些生命與我們通常熟悉的生命不同，它們不依賴陽光也不畏懼對普通生命來講的超高濃度鹽分。

從兼性嗜鹽生物、中度嗜鹽生物到極端嗜鹽生物，地球上存在著適應不同濃度鹽含量的生命。其中，極端嗜鹽生物，即耐受 15% 以上氯化鈉濃度的微生物，常具有獨特的細胞膜結構，一些嗜鹽古菌甚至具有獨特的紫膜結構，可通過捕獲光能將質子移除出細胞，並將得到的質子梯度轉化為化學能。

這些在高鹽度環境中存活的生命主要採取兩種不同的策略來防止其細胞質的滲透作用導致的脫水。第一種方式是將有機化合物積聚在細胞質中，這些物質稱為相容性溶質，可作為滲透保護劑防止細胞質滲透失水。最常見的相容性溶質包括氨基酸、糖、多元醇等。而第二種方式則更為激進，通過讓鉀離子選擇性地進入細胞來提高細胞內滲透壓。大多數古菌、酵母菌、藻類和真菌採取第一類方式，而少數中度嗜鹽微生物則採取第二類方式。

而這些嗜鹽微生物可以使用各種能源。它們可以是需氧的也可以是厭氧的，可以通過光合、發酵、硫酸鹽還原等多種方式獲取能量。

或許在火星冰下湖中，也存在著類似的生命，等待著科學家們發現。

美國宇航局在火星上最大的發現就是找到了液態水的證據，而且現在火星上還有液態水，只不過是季節性的。火星表面水的存在其實很早就已經被發現了，只是最開始被發現的水是以固體形態存在的水冰。火星的極地有冰冠的存在，其大小會隨季節變化而相應改變，冰冠表面覆蓋著一層乾冰，這也是火星水資源的來源。

同時，火星的地表以下也存在著地下冰永凍土。事實上，根據現今的研究，太陽系內的天體中，只有太陽和金星上沒有水的存在（金星的溫度過高，以至於水分子分解）。2015年，NASA在各項研究數據的基礎上聲明，此前在火星表面一些隕坑上觀察到的部分條紋可能與其地表間歇性出現的液態水有所關聯。即，火星表面極可能有液態水的存在。事實上，雖然現在的火星乾燥而寒冷，但科學家在火星上發現了類似乾涸的河道的地形，說明以前的火星上很可能存在穩定的液態水。火星的地形、季節變化等與地球較為相似，一些科學家認為，早期的火星可能十分適合生命的生存，對火星的探索也在不斷推進。

如果火星上有液態水，那麼就說明生命可能已經存在於火星，這也是美國宇航局在火星上探索的原因，不然一輛價值25億美元的好奇號就沒有意義了。預計在2018年，美國宇航局還會發射一輛火星車，進一步研究火星宜居環境，並為找到生命直接證據奠定基礎。

大概一年前，Space X創始人、CEO馬斯克在雜誌《新太空》（New Space）上公布了火星殖民計劃。儘管馬斯克的計劃雄心勃勃，但實際上卻有一個最關鍵的問題沒有解決：火星上到底有沒有適宜生命生存的條件？

最新一項研究的發現或許將人類殖民火星的夢想向前推進了一步。

「我們在火星上發現了水。」 義大利國立天體物理研究所的羅伯托·奧羅塞（Roberto Orosei）在發表於《科學》（Science）期刊的文章中向全世界宣告。

這是科學家首次在火星之上找到一片穩定的液態水域。這意味著，假如火星上出現過微生物，那麼這些生物或能在火星深處，持續寂寥地活著。

藝術想像圖：「火星快車號」探索火星南半球。圖片上方：雷達散射截面圖，呈現了火星南極「極地層狀沉積」區的觀測結果。藍色是高反射率區域，科學家認為，那些就是液態水。

天文學家拿出極具說服力的證據，證明火星南極冰層的下方，在距冰面1.6英里處，埋藏著一大片液態水。

歐洲空間局的「火星快車號」（Mars Express）軌道器通過雷達探測，發現在火星的「南極高原」地區一片厚重冰層的底部，存在著一片19英里長的水域。

截至目前，要證明火星也曾是「水鄉」，最明顯的證據就是蝕刻在火星表面上的、數百萬年前的古老水道。2015年，美國宇航局（NASA）宣布在火星表面，發現了順著坡體和溝壑流淌的液態水。但在去年，這一解讀被籠上疑云：美國地質勘探（US Geological Survey）的研究人員認為，這些神秘的暗色紋路不過是滾動的砂石流。

這次，義大利研究人員分析了2012至2015年三年的數據，它們收集自火星快車號搭載的Marsis儀器，全名「火星地下和電離層探測用高級雷達」。數據顯示，雷達波穿透火星南極的透明冰層，但在冰層下方，被一片水體反射了回來。

約翰·布里奇斯（John Bridges）是萊斯特大學行星科學教授，曾參與尋獲英國小獵犬2號著陸器的最終降落點。他說，這次的火星液態水證據很有說服力。「（研究者）對數據的分析十分審慎，（得出該結論的）基礎絕對是紮實的。」他說。

羅馬特雷大學的埃琳娜·佩蒂內利（Elena Pettinelli）參與了這項發現。她說，至於這片水域屬於湖泊，還是含水層，充斥著火星岩石的碎隙，我們無從知曉。如果是片開放水域，那它可能類似於南極洲的沃斯托克湖——地球上最大的冰下湖。

另一點無法判斷的是水體深度。Marsis發射的雷達脈衝都被水體反射了回來，無法抵達水體的底部。科學家只能有把握地說，深度不止一兩米。

但已知的是：這些水冷極了。據估計，冰層底部的溫度在零下68攝氏度上下。之所以能保持液態，大概是因為巨大的壓強，以及豐富的鹽分，如遍布火星表面的鎂、鈣、納等元素的高氯酸鹽。

火星快車號軌道器掠過火星南極。雷達信號用不同顏色進行標記，深藍色對應反射最強的區域，科學家認為，高反射區有水存在。

對我們熟知的生命形式來說，這樣的鹽水實在不算理想，但只要有微生物適應高鹽度，那它也有望成為生命搖籃。假如火星上存在微生物，那它們都得面臨一項挑戰：扛住滲透壓，避免細胞脫水成干。「這肯定不是什麼宜人的生存環境，」奧羅塞說。布里奇斯不清楚生命可以忍耐的極端條件，但他猜測，要在如此鹽度下生存下來，未免有些牽強。「這個太挑戰潛在生命的極限了。」

馬克·塞夫頓（Mark Sephton）在倫敦帝國學院研究極端環境與生命。他說，對生命而言，水體所處的深度不成問題。火星表面隨時被強輻射轟炸，效果堪比無菌處理。所以，就算火星上出現生命，那也是出現在地下。「只要有一個可以汲取能量的來源，以及營養和原材料的來源，生命就有可能存在。」他說。

「高鹽度有利於維持液態，但對生命構成了挑戰。如果外部鹽度高於細胞內部鹽度，細胞就會收縮、脫水。生命可以合成有機分子，來阻止這一過程，但這也是有限度的，超過一定限度，細胞內鹽度過高，就會干擾生化過程，導致細胞死亡。」塞夫頓說。「因此就火星而言，雖然在一些機制的作用下，水可以以液態形式存在，但對生命來說，可能就有些承受不起了。」

要想去那片水域一探究竟、看其中有沒有生命，想必還需要些時日。「要去到那裡，找到最終的證據，證明它就是一片湖泊，這個任務可不簡單。」奧羅塞說。「我們得發射一個機器人，讓它鑽透1.5公里厚的冰層，現在還沒有這樣的手段，必須等技術進步。」

目前，研究人員還在火星的其他地區展開搜索，尋找更多地下湖泊或含水層跡象。在論文中，作者們寫道：「沒有理由火星只有一個地方有水。」

翻譯：雁行

校對：李莉

編輯：穎仔

來源：The Guardian

造就：劇院式的線下演講平台，發現創造力

《科學》雜誌最近報道了火星上發現液態水。義大利研究人員根據雷達回波判斷在火星南極的冰蓋存在液態水湖，這個水湖深度在冰面下面約1英里處，跨度達12英里，是大約1米深的鹹水湖。

這是人類首次發現火星上具有液態水，如果冰層下的神秘物質真的是液態水。那跟隨的問題就是有了水，火星上生命嗎？

生命意味著水，但有水也不一定就有生命。但我們還是要保持樂觀，在歷史上火星表面也有液態河流湖泊的存在，但後來隨著氣候而乾涸。表面的液態水消失以後，現在火星只有極地地域才保留有冰蓋。但這次發現，在冰蓋之下的深處還有可能有大量液態水的存在。

這次液態水的發現，再聯想前段時間在火星表面發現的有機分子，火星上生命存在的可能越來越大了。如果火星上曾經有生命存在，那麼這些生命有可能在火星表面惡劣的環境下消亡，但也有可能保存在類似的地下水湖中，畢竟地下是個很好的藏身之處。

NASA在火星表面發現了液態水，這就暗示火星現在可能還支持生命的存在。同時也意味著火星的地表之下可能還有大量的水源，乃至液態水，那麼我們在火星上找到存在生命的可能性就增加。未來人類登陸火星建立居住地時，我們可以從火星上直接獲取許多關鍵的資源。火星上液態水也說明一個問題，如果參考地球生命的誕生過程，那麼是否也意味著火星現在就有生命？

季節性的液態水能夠出現，火星生命可能就在表面之下。因為火星表面上的溫差變化太大，無法讓微生物之類的存活，但是在火星表面下方，就可以有一個很穩定的環境。如果這時候還有液態水的滋潤，那麼火星上出現生命的概率將大大增加。別忘了，火星依然是一顆曾經擁有過液態水海洋的天體，我們在火星上發現了證明其擁有海洋的證據。機遇號發現過，好奇號發現過，這都足夠說明火星很特別，特別到今天仍然可能有生命存在。火星地表下的環境還能屏蔽宇宙射線，有利於火星生命的生存。

當然這裡說的火星生命不是高級、智慧、複雜的生命體，而是簡單的微生物之類的，即便是化石存在，都會讓美國宇航局興奮不已。好奇號的任務就是尋找火星生命，不過沒有對火星進行鑽探，美國宇航局下一輛火星車就準備鑽探火星，對地下進行鑽探，看看是否有生命存在。

至少在38億年前，火星曾經是一個布滿液態水，溫暖潮濕的適宜生命誕生、繁殖的星球，但是火星磁場的消失讓這一切不復存在。

現在來看，火星是一顆寒冷、貧瘠、大氣稀薄、環境惡劣的星球，表面上是沒有發現液態水的存在的，但就在昨日，義大利天文學團隊花費了數年時間分析火星快車號探測出的數據，終於確定了在火星南極冰層之下1500米深處有一個液態的湖泊。

這個湖泊直徑至少20公里，科學家分析為什麼寒冷的火星冰層下方還會有液態的水存在呢？經過對探測器數據分析，液態湖泊水中含有大量的鈣、鎂與極其豐富的鹽物質，極其高的鹽濃度降低了湖泊水的冰點，所以湖泊水才得以以液態存在。

這無疑是一個重磅發現。

一直以來都在探索著火星是一個怎樣的星球，前不久NASA的好奇號火星探測器發現了在火星表面具有30億年歷史的沉積岩石層中的有機分子，現在又在極地冰層下發現了流動的液態水。

這都在表明著火星曾經的環境，也與地球一樣，擁有海洋，布滿湖泊，適宜生命生存，而現在呢，環境的巨變導致它成為了一顆紅色「荒漠」星球，毫無生機。不過，這次可喜的發現將為今後的火星深度探索以及火星殖民打下基礎。

火星表面並沒有發現液態水，只有液態水流動過留下的痕迹，說明火星上以前存在過液態水。僅此而已。

火星的兩級是有大量固態水存在的，這點首先要明確。只要一個星球表面有常年低於0度的地方，彗星撞到該星球就會留下固態水。而留下液態水的條件相對就苛刻了許多，首先是星球表面溫度需在0到100度之間(隨大氣壓不同略有改變)，這就要求該星球處於宜居帶上，火星是滿足這一條件的;第二，該星球必須有地磁場來抵禦太陽風，否則液態水會被蒸發。

火星處於太陽系宜居帶，但是沒有形成地磁場，因此表面沒有液態水。地磁場形成的條件是星球必須足夠大，地核需要足夠的壓強形成流動的液態金屬，火星太小，未能形成液態核心，因此沒有地磁。

但是為什麼火星上有液態水流動過的痕迹呢？科學家猜測在很久很久以前，火星大小比現在大很多，那時候是有地磁的，火星和地球一樣，也是水資源豐富的藍色星球。但是火星處於地球外圍，接近小行星帶，可能是受到了小行星的撞擊，星球的一部分被撞得脫離了主體，只留下了現在這樣大小的一部分，內核也因壓強不夠而冷凝，再也無法承載液態水。

液態水最直接最簡單意味著:

1.最低溫度高於0攝氏度；

2.最高溫度低於100攝氏度；

3.也就意味著以現有技術可以實現人類生存的溫度條件；

4.以上是基於類似於地球大氣壓的環境下的推測。 極端的氣壓會導致水的三態轉變點發生變化。

以前火星在地球軌道上，有水有文明。受太陽引力，進入了非宜-居軌道。地球同樣受引力從寒冷區進入宜居軌道，也誕生了文明。所有太陽糸行星終將被吸入太陽，作為太陽能源補充。太陽消耗完所有行星，才逐步變為紅倭巨星，才變為超新星或黑洞。