火星上曇花一現(xiàn)的水

1、火星上曇花一現(xiàn)的水Shea 發(fā)表于 2009-04-05（本文已刊載于天文愛好者雜志2009年第3期）Richard Kerr 文 Shea 編譯所有研究火星的行星科學(xué)家都必須面對兩件事情:一是有越來越多的證據(jù)顯示火星曾經(jīng)充滿 了水，二是現(xiàn)在的火星表面已徹底干涸。那么火星上的水到底存在了多長時(shí)間呢？在過去的半個(gè)世紀(jì)里，人們對于火星曾經(jīng)是什么樣子？濕潤還是干旱？ 一直搖擺不一 定。對于35億年前火星上曾經(jīng)可能擁有生命的期望也是起起落落。但是最近有越來越多的 證據(jù)表明，火星表面曾經(jīng)有液態(tài)水。在火星歷史的早期，火星的表面曾經(jīng)擁有含鹽的淺海、 注入火山湖的河流以及色彩斑斕的水成礦物。這些火星表面曾經(jīng)濕

2、潤的特征將會(huì)是美國下一代火星車一一價(jià)值19億美元的火星科 學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）的探訪目標(biāo)。火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的探測方針就是追尋水，以此來 探究火星過去是否能承載微生物。當(dāng)媒體紛紛曝料火星曾擁有液態(tài)水的時(shí)候，另一個(gè)問題卻慢慢浮出了水面。既然火星表 面曾經(jīng)有水，而現(xiàn)在的火星又是徹底干涸的，那么火星上的液態(tài)水到底存在了多長時(shí)間？對 這個(gè)問題的回答直接關(guān)系到火星早期是否適合孕育生命。有遠(yuǎn)古火星地質(zhì)學(xué)家表示，他絕對相信火星曾經(jīng)有一段時(shí)間極為濕潤，但是對于火星曾 有長時(shí)間的潮濕環(huán)境表示懷疑。事實(shí)上，美國航空航天博物館的火星河流地質(zhì)學(xué)家也認(rèn)為， 現(xiàn)在觀點(diǎn)幾乎更傾向于火星僅僅在一個(gè)短暫時(shí)期內(nèi)曾處于溫暖潮濕的狀態(tài)。而

3、其余的時(shí)間， 也許1000年中的999年，火星的表面都要比地球上的任何一片沙漠還要干冷。因此幾乎 無法承載生命。曇花一現(xiàn)的潮濕氣候從2004年機(jī)遇號火星車在火星的本初子午線平原上發(fā)現(xiàn)古老的沙紋開始，對火星早 期潮濕氣候的認(rèn)識已經(jīng)有了巨大的發(fā)展。只有地表水一一而非地下水一一的流動(dòng)才能夠形成 探測到的沙紋所具有的特殊形狀。同樣地，觀測到的某些地質(zhì)結(jié)構(gòu)只能用早已干涸的含鹽淺 海來解釋。事實(shí)上，機(jī)遇號火星車在當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn)的絕大部分含鹽沉積物是先由風(fēng)吹來堆積， 然后和含鹽的酸性地下水相互作用而形成的。這些地下水滲出地表之后，在沙丘之間的低地中勢必持續(xù)存在了相當(dāng)長的一段時(shí)間，否則水成的沙紋就不會(huì)形成。但是即便

4、如此，這一片 咸水湖也要比地球上鹽份最高的地方還要咸得多。在20世紀(jì)70年代末海盜號火星探測器發(fā)回的照片中，發(fā)現(xiàn)了眾多的河谷，它們都 有著向下延伸達(dá)數(shù)百米深的溝槽。這些溝槽形成于火星的諾亞時(shí)期，也就是大約在火星形成 之后的10億年之內(nèi)。許多行星地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為是由于水從地下滲出侵蝕而成的。出現(xiàn)在每個(gè) 河谷源頭的水流會(huì)沖刷那里的山壁，進(jìn)而造成塌方，隨后水流會(huì)慢慢地侵蝕塌方的殘骸。同 樣的過程也造就了地球上的許多山谷。但是最近的研究卻顯示，原先一直認(rèn)為是因水滲透而 成的博克斯山谷卻是由一次或者多次大洪水所造成的。圖片說明：流水形成的河谷網(wǎng)在火星上存在的時(shí)間大約只有幾百年。版權(quán)：NASA-JPL?，F(xiàn)在絕

5、大多數(shù)的科學(xué)家都認(rèn)為，火星上這些早期樹狀分叉的河谷和地球上的一樣是由于 河流而形成的。根據(jù)環(huán)火星探測器所拍攝的影像資料以及測高儀數(shù)據(jù)，科學(xué)家們將火星上的 十大河谷地貌和地球上河谷的地貌特征進(jìn)行了比較。地球上持續(xù)時(shí)間更長的河流其河道要更 寬，同時(shí)地球上河流的下游地區(qū)也更為平坦。由此得出結(jié)論，即使是在諾亞時(shí)期，火星也和 現(xiàn)在一樣干冷，僅有極為短暫的時(shí)間擁有溫暖潮濕的氣候。早期的火星和南美洲的阿卡塔馬很相似，只不過火星的自然條件要更為極端。通過對河 谷網(wǎng)的分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)即使火星上有降雨，那也是以短時(shí)間暴雨的形式出現(xiàn)的。因此火 星沒有時(shí)間來形成類似地球上的復(fù)雜河流系統(tǒng)。不過，火星上的侵蝕作用卻一點(diǎn)

6、也不比地球 上的遜色，這更進(jìn)一步加劇了火星的干旱。在火星上用不了幾百萬年的時(shí)間降雨就能在山體上形成河谷。但是整個(gè)河谷網(wǎng)存在的時(shí) 間大約只有幾百年，最多也就幾千年的時(shí)間。相對于火星歷史的慢慢長河而言，僅僅是滄海 一粟。矛盾的泥潭雖然河谷網(wǎng)不約而同地都指向了一個(gè)干燥的火星，但是行星科學(xué)家們也找到了早期火星 曾經(jīng)極為濕潤的證據(jù)，甚至于可以形成湖泊。因此便出現(xiàn)了大肆渲染的新聞報(bào)道，火星曾 長期濕潤、火星早期極有可能擁有生命等等。但是很多科學(xué)家都認(rèn)為，這些湖泊來得快 去得也快，持續(xù)的時(shí)間很并不長。圖片說明：火星上的三角洲也極為短命。版權(quán)：NASA-JPL?；鹦巧显L期存在湖泊的最新證據(jù)來自直徑45千米的

7、杰澤羅環(huán)形山。使用環(huán)火星巡邏 者探測器的最新高分辨率照片，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了明顯的交錯(cuò)沉積層特征。這些特征只有在水緩 慢的流過三角洲進(jìn)入湖泊時(shí)才能形成，而且水必須在三角洲里停留足夠長的時(shí)間才能有物質(zhì) 沉積下來。這意味著杰澤羅環(huán)形山中曾有一個(gè)長期存在的湖泊。但問題是長期到底有多長？對于環(huán)形山中的水成沉積，科學(xué)家們并無異議。但是有不 少的證據(jù)證據(jù)顯示這些沉積也可以在短時(shí)間內(nèi)形成。2004年有數(shù)值模擬顯示，只要幾千年 的時(shí)間就可以形成觀測到的沉積現(xiàn)象。因此這對于那些想在火星上尋找生命的人而言，可能 又是一個(gè)不大不小的打擊?；鹦侵焱鈦碜罱淮侮P(guān)于火星早期水的新聞來自2008年7月中旬的英國自然雜志，著實(shí)

8、引 發(fā)了不少媒體的熱炒。環(huán)火星巡邏者探測器上的分光儀在火星上的數(shù)千個(gè)地方發(fā)現(xiàn)了來自 黏土的光譜信號，而黏土是必須有水才能形成的。媒體紛紛報(bào)道，火星早期曾有幾億年的時(shí) 間處于溫暖、潮濕的狀態(tài)，是一顆地道的水星。相比較而言，做出這一發(fā)現(xiàn)的36位行星科學(xué)家們比媒體要低調(diào)得多。盡管觀測顯示火 星上有黏土的存在，但是這并不意味著黏土就一定位于火星的表面。而且這些光譜觀測的數(shù) 據(jù)和一個(gè)幾乎永久干旱的火星也并不矛盾。如果火星表面的水來自短時(shí)間暴雨的說法是正確的話，那么是什么引發(fā)了在火星上出 現(xiàn)的短時(shí)間強(qiáng)降雨呢？ 一種觀點(diǎn)是天外來客的撞擊。有科學(xué)家認(rèn)為，小行星或者彗星的撞擊 會(huì)釋放出巨大的能量，這些能量會(huì)使得地表下面以及兩極的水和冰蒸發(fā)進(jìn)入大氣層，然后形 成降雨。不過贊成這個(gè)觀點(diǎn)的人不多。原因是這個(gè)理論中所需的巨大撞擊只能出現(xiàn)在火星的 極早期，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候恰巧是太陽系形成的初期，天體間撞擊事件很頻繁也很劇烈。但是這 個(gè)時(shí)間相對于觀測到的火星濕潤時(shí)期而言要早很多。經(jīng)過修改和完善之后，新的觀點(diǎn)又被提了出來。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，由諾亞時(shí)期的小規(guī)模撞擊所 導(dǎo)致的溫室效應(yīng)可以持續(xù)幾百年的時(shí)間，其降雨量可以達(dá)到18米，可以侵蝕火星表面至少 5