出品|新浪科技《科學大家》

撰文|鄭永春中國科學院青年創(chuàng)新促進會會員,、科普中國形象大使、中國科學院國家天文臺研究員

火星快車號（Mars Express）

火星距離地球最近約為5500萬公里,，最遠達4億公里,，是太陽系中與地球最為相似的行星，也是唯一經改造后適合大規(guī)模移民的星球,。中國首次火星探測任務將于2020年實施,，將在一次任務中同時實現對火星“環(huán)繞,、著陸、巡視”探測的目標,。探測器發(fā)射后經過約7個月巡航飛行,，被火星捕獲，環(huán)繞器環(huán)繞火星飛行后與著陸巡視器分離,，然后進入任務使命軌道開展對火星全球環(huán)繞探測,，同時為著陸巡視器開展中繼通訊。著陸巡視器與環(huán)繞器分離后進入火星大氣層,，經過氣動外形減速,、降落傘減速和反推發(fā)動機動力減速，最后下降著陸在火星表面,?；鹦擒囻傠x著陸平臺后，將對火星的形貌,、土壤,、環(huán)境、大氣等展開巡視探測,。中國火星探測工程將使我國在探月工程之后,，開展真正意義上的行星探測。

2018年7月27日,，恰逢火星大沖,，火星與地球之間的距離達到最近，是從地球上觀測火星和發(fā)射火星探測器的絕佳時機,。正當全球關注火星的時候,，《科學》本周拋出火星研究的新發(fā)現——火星南極冰蓋下發(fā)現20公里寬的液態(tài)水體。

找水,，是為了尋找生命

沒有水，就沒有生命,?？茖W家一直在太陽系其他行星上尋找液態(tài)水，目的就是尋找外星生命,。

航天時代以來,，人類對火星進行了45次探測，積累了大量的探測資料,?；鹦牵呀洺蔀槿祟惓厍蛞酝饬私庾顬橥笍氐男行??；鹦翘綔y器獲得高分辨率圖像,，可以分辨出直徑30厘米以上的物體。根據這些資料,，科學家發(fā)現,，火星上有大量干涸的河谷和湖泊，這些地貌證明,，火星在歷史上一定有過大量的江,、河、湖,、海,。他們甚至在一條干涸的小溪中發(fā)現了很多鵝卵石，據此推測出當時溪流的深度和流速,。

歷史上即便有再多的水,，也不如現在去發(fā)現有沒有水。于是,，科學家發(fā)現了火星大氣層中含有少量水汽,，而地表也發(fā)現了一些水冰。

冰再多,，也不能繁衍生命,，我們更希望能夠發(fā)現液態(tài)水。于是,，科學家在鳳凰號著陸器的著陸腿上,，觀察到了冷凝的水滴——露珠?；鹦窍募镜某嗟赖貐^(qū),，在一些斜坡上，發(fā)現了一些奇怪的暗色條紋,，可能是融化的液態(tài)水,，但只是季節(jié)性出現，這還不夠,。

地球的南北極有冰蓋,，火星上南北極也有冰蓋。30多年前,，就有科學家提出假設,，認為火星極地冰蓋下面可能存在液態(tài)水體，但一直沒有得到證實,。

要有生命,，就要有穩(wěn)定的液態(tài)水體，但火星上一直沒有發(fā)現,。

本周的《科學》雜志,，發(fā)表了意大利科學家Orosei領銜的團隊的最新研究成果,。他們分析了火星快車號探測器的雷達數據，發(fā)現火星南極的冰蓋下1.5公里深處,，有一個巨大而穩(wěn)定的液態(tài)水體,。

火星南極的冰蓋下1.5公里深處（黑色正方形區(qū)域）,，有一個巨大而穩(wěn)定的液態(tài)水體。

極冷的天氣,，仍可能存在液態(tài)水體

地球上的南極,，盡管年平均氣溫在零下60°C左右，但在冰層之下仍然有湖,。

冰蓋可以起到隔熱保溫作用,，使湖水與寒冷的地表隔絕。地球南極的冰蓋厚度達4.8公里,，冰層的壓力可以降低水的冰點,，冰蓋底部的溫度可以允許液態(tài)水體存在。

南極冰蓋下面的液態(tài)水體,，就是用雷達波探測到的,。雷達主動發(fā)射電磁波，并接收反射的回波,。不同頻率的電磁波具有不同的穿透能力,，頻率越低，穿透的深度越大,。當電磁波通過冰層向下傳輸時,，它們會在不同物質之間的界面反射回波，如冰層與基巖,、含水的泥沙,、液態(tài)水體之間的界面，都會反射回波,。雷達沿著飛行軌道前進,，不斷地進行測量，獲得地下的圖像,。因此，雷達是探測地下物體的重要手段

現在,，這種在地球南極證明有效的探測手段,，被Orosei等應用到了火星上。由歐洲空間局主導的火星快車號探測器,，在火星上空已經環(huán)繞飛行了12年,，上面正好搭載了一臺低頻探測雷達,。科學家們收集了2012年5月至2015年12月期間3年多的雷達探測數據,，識別出一個20公里寬的異常明亮的反射體,，而且在多個飛行剖面都存在。他們排除了許多可能的解釋,，最后認為,，這個反射體唯一的可能，是液態(tài)水體或含水的飽和泥沙沉積,。

新發(fā)現的液態(tài)水體位于火星南極,，中心位于東經193°，南緯81°附近,。通過定量分析雷達信號發(fā)現,，該特征的相對介電常數大于15，遠遠大于巖石和冰層的介電常數,，而與含液態(tài)水物質的介電常數相當,。

火星南極比地球上的南極洲更寒冷?；鹦悄蠘O冰蓋底部的溫度約為零下68°C左右,，因此，1.5公里厚的冰蓋下,，是不可能存在純凈的液體水體的,。但是，含鹽的液態(tài)水體仍然可以存在,。

也就是說,，這次發(fā)現的液態(tài)水體是一個鹽湖，像前幾次發(fā)現的液態(tài)水一樣,，仍然是鹵水,。這是因為，如果在水中溶解了大量的鹽,，水的冰點就會低得多,。在地球上就發(fā)現了這樣的鹽水湖，在南極麥克默多干燥的山谷中,，水的鹽度為200,。在那里，零下13°C,，水仍然沒有結冰,，仍然保持液態(tài)。相比之下,，海水的鹽度介于32和37之間,，零下2°C時就會結冰,。

在火星表面，科學家此前已經發(fā)現了鈉鹽,、鎂鹽,、鈣鹽，水中如果含有這些鹽類物質,，可以將水的冰點降低到零下74°C,。當位于冰蓋底部時，由于鹽類的存在,，液態(tài)水體可以穩(wěn)定存在,。

天啊，74°C都不會結冰的水,，該是多么濃的鹵水啊,。此前，鳳凰號著陸腿上的露珠,，以及斜坡上季節(jié)性凍融的液態(tài)水,，都證明水中含有鹽類。

雷達回波探測到的液態(tài)水體（圖中黑色三角形圈出的地區(qū)）