火星發現大型地下湖泊！科學家用盡“洪荒之力”

出品：科普中國

建造：太空精釀

監製：中國科學院計較機收集信息中間

昨天夜間，新一期的《科學》雜誌發布了一個年夜新聞：歐空局的火星快車號探測器在火星南極極冠之下1.5千米處，發現了一個直徑達到20千米的地下水富集區域，極有可能是個龐大的湖泊，相較而言杭州西湖最寬處僅僅3.2千米。火星地下湖的發現，是探測火星汗青上裏程碑式的重年夜發現。

發現地下湖的火星南極極冠（圖自：NASA）

1. 年夜量水源的發現意味著什麼？

水是生命之源，年夜量的水極有可能孕育生命，地球上生物多樣性已經足夠說服所有人相信生命的無限潛力，究竟結果地球上年夜洋底部的火山口情況中都能孕育各類生命，更別提地球上還有近800種生命力極其強悍的水熊蟲物種（沒傳聞過的讀者可以搜刮下，感觸感染下這物種的恐怖！），火星這個地下湖的前提也可能孕育。

年夜洋底部的火山口溫度極高、幾乎沒有氧氣，但依然有生物普遍存在於周邊（圖自：NASA Science）

火星南極極冠四周持久處於冰冷狀況，絕年夜部門是二氧化碳幹冰，地下湖地點的位置溫度也低至-60度擺布，沒有結冰、很高的導電率申明水中富含各類鹽類，是高濃度鹵水。

按照此前好奇號火星車的研究，火星上高氯酸鹽並不罕有，那麼這個水湖中很有可能消融了年夜量的高氯酸鹽，而中學常識告訴我們，加熱氯酸鉀就能發生氧氣。同時，水自己是一種優異的能量轉換介質，電解（例如利用太陽能和核能）發生氫和氧都是人類所亟需的，氧氣可用於呼吸，液氧液氫也是主要的火箭燃料。

液態水、僅僅極冠之下1.5千米深，這意味著操縱起來難度並不年夜，同時還有一個重點：這隻是發現的第一個。

2. 誰發現的？

科學家們的闡發數據來自歐空局第一個火星探測器火星快車號。它本家兒要得名於2003年的6月的發射窗口是6000萬年以來火星與地球之間達到的比來狀況，隻需要半年擺布即可抵達（6月2日出發12月25日聖誕節抵達），如同快車一般。不外時候一晃曩昔了15年，它的軌道器至今依然在火星工作。

火星快車軌道器和小獵犬二號著陸器（圖自：NASA）

此前的美蘇/俄探測其實遭遇過太多不幸的掉敗，歐洲人並沒有把所有的雞蛋放在一個籃子裏，這顆探測器的預算也相對較少，僅為3.5億美元擺布。為了節流當作本，這個火星快車和歐空局的別的兩個主要使命--探測彗星的羅塞塔號、探測金星的金星快車號--利用根基一樣的衛星平台。它還盡量實現低當作本、多功能，搭載了一個英國本家兒要負責研發的小獵犬二號火星著陸器，這個小獵犬二號與昔時兩次載著偉年夜生物學家達爾文發現物種發源和進化論的風帆同名。歐洲人對此次使命的等候可想而知。

不外很不幸，小獵犬二號當作功下降火星後並沒有正常工作。《變形金剛》係列片子也標的目的這位偉年夜的人類使者致敬，在片子開首中小獵犬二號是在火星被險惡勢力霸天虎的紅蜘蛛發現並粉碎，紅蜘蛛也是以發現了小獵犬二號就來自隔鄰的地球，最終將《變形金剛》的戰火燒到了地球！

3. 科學家們都有哪些手段在火星發現水？

汗青上人類共有55個火星探測使命，可是當作功率隻有可憐的53%，毫無疑問，幾乎每一個使命都將發現水作為一個主要研究偏向。凡是來講，探測火星使命本家兒要有三種：軌道器，飛在空中；著陸器，下降心猿意馬點勘測；火星車，可以移動。分歧的使命也能在分歧的維度進行闡發，對水的探測手藝大要有如下幾類：

· 遙感攝影。NASA的軌道窺伺器（2005工作至今）攜帶了一個口徑高達0.5米的高精度不雅測相機，它可以對火星實現分辯率0.3米的高清繪製，它曾經在2011年拍到過鹵水在斜坡上彙聚當作溪流的壯不雅氣象。

軌道窺伺器拍到的年夜量水流陳跡（圖自：NASA）

· 氫原子全球監控。NASA的奧德賽號軌道器（2001工作至今）借由探測儀器發現了氫原子在火星地下年夜量存在，尤其是在火星南北極底部、奧林帕斯山山坡等地，空氣中的氫原子含量甚至在周期性轉變，這是最早坐實火星上普遍存在水的軌道器。後來的NASA年夜氣專家使命、歐洲的ExoMars使命都豐碩了這個闡發。

· 雷達。本次的重年夜發現就由歐洲的火星快車號（2003工作至今）上雷達完當作，經由過程闡發雷達回波研究泥土介電常數，當幹燥的泥土中呈現年夜量的水分時介電常數天然會年夜幅上升。火星快車已經收集了十幾年數據，今朝隻是闡發了星下軌跡最多的極地地域，這必將激勵科學家們進一步闡發其他區域。

可以較著看出雷達探測到的介電常數在這片區域呈現龐大轉變（摘自：R. Orosei et al.Radar evidence of subglacial liquid water on Mars.Science.）

· 光學和紅外光譜儀。NASA的奧德賽號經由過程采用這種體例重點闡發了南北極的冰冠，究竟結果冰的形當作同化著沙塵，它的研究結論證實極地地域籠蓋有85%的幹冰和15%的水冰，總量和格陵蘭島相媲美，後來的各個使命也確認此發現。

· 物理闡發。這種研究需要接觸到泥土，就隻有著陸器和火星車可以或許完當作，今朝當作功實現著陸的全數是NASA使命，70年月的兩個海盜號著陸器、90年月末的探路者著陸器和客居者號火星車、21宿世紀的鳳凰號著陸器、勇氣號火星車、機緣號火星車、好奇號火星車，它們可以直接闡發泥土中水分含量，鳳凰號更是挖出了冰塊。它們根基證實火星地表泥土水含量在2%擺布，而更深處這個比例更高。

鳳凰號挖到的冰塊呈現較著的融化趨向（圖自NASA）

· 中子倒映設備。這是好奇號火星車的獨門絕活，它會不竭標的目的泥土發射中子束，闡發中子與氫原子核為本家兒的能量反映，從而獲得泥土分歧深度氫原子（水和潛在有機物）含量。它下降的蓋爾撞擊坑已經存在了35億年且接近火星赤道地域，本應很是幹燥，但這裏的深層泥土依然普遍發現了水分的存在。

· 輔助闡發。火星上先後發現了黏土、很是圓滑的礫石、當作片呈現在地勢較低處的鹽分、含鐵化合物的水合物、小型水溝等，這些都印證了火星必然曾經普遍存在水流。

然而，這些研究都指標的目的汗青上存在的水和陳跡，僅存的水其實少得可憐。後續的研究結論更讓科學家們掉望：火星已經根基內部冷卻不再活躍、進而逐漸遏製地質活動，這意味著地表的空氣和水已經沒有彌補；內部冷卻磁場消逝，沒有了嗬護年夜氣和水的的庇護傘，太陽風依然在不斷剝離這些貴重資本。

可是，今天的發現告訴我們：人類還不算晚，因為火星深層依然存在年夜量的水，甚至這種湖泊可能在別處存在！這意味著新的但願！

人類派到火星的使者們合影（圖自：planetary.org）

直到今天，火星依然有共計8個探測器（美國5個，歐洲2個，印度1個）在工作，本年蒲月新發射的NASA洞察號探測器也正在飛往火星途中。而到了2020年，美國、中國、歐盟、印度等國又將掀起新一波探測飛騰，我國也將挑戰一次實現軌道器、著陸器和火星車的複雜使命。但願這些探測器為我們帶來更多研究結論，載人登岸火星的意義也會顯著加強。

也許我們距離發現火星生命，真的隻差下一個研究。

（本文中標明來曆的圖片均已獲得授權）