2004年，火星快車發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)的海岸線和沉積物：如今的火星表面類似于地球上的戈壁灘，是一片不毛之地。但已有證據(jù)顯示，火星上曾經(jīng)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后涌出地面，形成了最早的火星海洋。之后環(huán)境惡化，液態(tài)水逐漸退回并凍結(jié)于地下。另一次火星海洋則出現(xiàn)在30億年前。

　　2004年歐洲空間局發(fā)射的火星快車，獲得了火星的可見光圖像數(shù)據(jù)、礦物分析數(shù)據(jù)，以及大氣觀測結(jié)果，證明火星曾經(jīng)有水。但是，曾經(jīng)龐大的火星地表水體后來到哪里去了呢?

　　2012年2月，火星快車上的雷達(dá)探測結(jié)果展示了火星地表以下60~80米的情況，發(fā)現(xiàn)北部平原的地下存在一層低密度物質(zhì)，可能是某種富含冰的沉積物。這層低密度物質(zhì)讓人不由地聯(lián)想到地球海床中也有類似的沉積物。更重要的是，這層物質(zhì)正好位于此前任務(wù)發(fā)現(xiàn)的火星海岸線以內(nèi)。這說明火星干涸的北部平原在數(shù)十億年前可能是一片汪洋，如今的紅色行星可能曾經(jīng)是一個藍(lán)色星球。

　　火星的北部平原在數(shù)十億年前可能是一片汪洋(左)，火星快車探測器發(fā)現(xiàn)的“海床”沉積物恰好位于火星的古海岸線以內(nèi)(右)。

　　雷達(dá)探測在火星北部平原發(fā)現(xiàn)了一層低密度物質(zhì)

　　2005年發(fā)射的火星勘測軌道器發(fā)現(xiàn)仍在流動的液態(tài)水：火星勘測軌道器的高分辨相機(jī)在火星表面發(fā)現(xiàn)了季節(jié)性坡紋，這是一種顏色較暗(即反射率較低)的狹長條紋，在火星表面相當(dāng)活躍。Lujendra Ojha發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣溫上升時，季節(jié)性坡紋開始形成并發(fā)育壯大，一般在：當(dāng)氣溫下降天氣寒冷時，這些坡紋又會消失不見。即一般從春季開始出現(xiàn)，在整個夏季變得越來越明顯，到秋冬季節(jié)逐漸消失。由于季節(jié)性坡紋的光譜與水合鹽類物質(zhì)的光譜具有相同的吸收特征，推測季節(jié)性坡紋中存在水合鹽類;最后，根據(jù)季節(jié)性坡紋中光譜監(jiān)測到的水合鹽類含量的變化，可以確定這些季節(jié)性坡紋是由水流作用形成的。這說明，即便在遠(yuǎn)低于零攝氏度的低溫下，火星上仍然存在富含高氯酸鹽的鹵水，并且具有一定流動性。

　　2008年，鳳凰號發(fā)現(xiàn)土壤中的水：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采集和分析火星土壤樣本，進(jìn)行了5個月的成功探測，首次證實(shí)火星上確實(shí)有水存在。鳳凰號還發(fā)現(xiàn)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(xué)物質(zhì)。

　　鳳凰號著陸器有一個高溫爐和質(zhì)譜儀的結(jié)合體——熱量和揮發(fā)氣體分析儀，用來分析火星土壤樣品。機(jī)械臂于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并加熱。當(dāng)溫度加熱到0攝氏度時，質(zhì)譜儀檢測到了水蒸汽，證實(shí)火星土壤中含有水冰。鳳凰號上的相機(jī)甚至在著陸腿上觀察到了露珠，說明火星大氣中含有水。當(dāng)高溫爐持續(xù)加熱到1000攝氏度時，土壤中的其他揮發(fā)性物質(zhì)會蒸發(fā)成氣體，通過惰性載體送到質(zhì)譜儀，即可檢測到土壤中存在的微量有機(jī)分子。

　　2011年，好奇號發(fā)現(xiàn)黃刀灣淡水湖：2011年11月26日，美國發(fā)射了好奇號火星車，于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(jī)遇號和勇氣號的3倍，體積是他們的2倍，大致相當(dāng)于一輛SUV汽車。

　　好奇號搭載了11種不同的科學(xué)儀器，是人類有史以來制造的體積最大、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(nèi)中心山脈的山腳下，科學(xué)使命是探索火星在歷史上或如今的環(huán)境下是否適宜生命生存，為最終發(fā)現(xiàn)火星生命做準(zhǔn)備。

　　2012年9月，好奇號發(fā)回了距離著陸點(diǎn)400米的“格萊內(nèi)爾格”區(qū)域中古老河床礫巖層的圖像。這些圖像展示了礫巖中的石子大小和形狀。石子大小介于沙粒到乒乓球之間，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。若要沖刷形成這種尺寸的光滑鵝卵石，河流的水速應(yīng)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年在蓋爾坑著陸后，好奇號發(fā)現(xiàn)著陸點(diǎn)附近有一個深達(dá)5米的溝槽，其中存在熱異?，F(xiàn)象。好奇號對溝底的沉積巖進(jìn)行了鉆探分析，結(jié)果證實(shí)36億年前那里曾經(jīng)是一個至少存在了數(shù)萬年的湖泊，湖泊長約50千米，寬約5千米。湖泊遺跡所在區(qū)域被命名為“黃刀灣”。

　　科學(xué)家分析了從黃刀灣兩塊巖石樣本中提取的粘土，發(fā)現(xiàn)湖底區(qū)域的pH值呈中性，鹽度很低，說明黃刀灣曾經(jīng)是一個淡水湖。而當(dāng)時火星上的其它地區(qū)要么已經(jīng)干涸，要么分布著含鹽量高、不適合生命存活的酸性湖泊。

　　好奇號在湖底沉積物中還發(fā)現(xiàn)了碳、氫、氧、硫、氮和磷等關(guān)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(yǎng)型的原核微生物能通過分解巖石和礦物獲取能量。在地球上某些洞穴和熱泉噴口，也經(jīng)?？梢砸姷竭@類微生物。

　　黃刀灣在蓋爾坑內(nèi)的位置

　　好奇號火星車上的桅桿相機(jī)拍攝的照片顯示，蓋爾坑里的Glenlg區(qū)域分布著一系列沉積巖，圖中是在黃刀灣西北方向觀察到的情形。

　　黃刀灣的地質(zhì)構(gòu)造。好奇號所在的“羊床”(Sheepbed)是其中地勢最低的地方，它分別在John Klein和Cumberland兩點(diǎn)進(jìn)行了鉆孔取樣。

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

　　好奇號的主要任務(wù)是尋找火星上可能適宜生命生存的地質(zhì)環(huán)境，火星車上并沒有配備可以直接探測生命跡象的工具，所以尋找有機(jī)碳就成為搜尋火星生命的重要途徑。在火星上高強(qiáng)度的宇宙射線照射下，有機(jī)碳在火星表面的保存時間有限。好奇號的鉆探設(shè)備可以鉆至5厘米深處的巖石樣本，有機(jī)碳在這一深度的巖石中可以保存7000萬年左右。下一步，好奇號將尋找化學(xué)條件更利于保存有機(jī)物、有機(jī)物含量較高、輻射暴露時間較短的巖石樣本。一旦好奇號檢測到有機(jī)碳，那將是火星曾經(jīng)有過生命的直接證據(jù)。show4

　　參考文獻(xiàn)

　　A。Diez，Science 10.1126/science.aau1829(2018)。

　　R。Orosei et al。，Science 10.1126/science.aar7268(2018)。