2020年1月18日,三聯生活周刊·松果生活聯合北京SKP舉辦了一場名為「2020,去火星尋找生命「的主題沙龍,活動特邀北京天文館名譽館長朱進、北京天文館副研究員劉茜以及《三聯生活周刊》主筆、劍橋大學物理學博士苗千,共同講述關於火星的種種。
北京天文館副研究員,畢業於北京師範大學天文系,科普作家和科普影片編導。撰寫各類科普圖書、文章和科教片劇本,作品曾獲圖書界和科技電影界多種獎項。
火星在古代的名字叫熒惑。熒代表紅色,惑則因為火星的運行方式讓人捉摸不透、充滿疑惑。
那時人們對行星運動不是非常了解,便賦予了火星許多神秘色彩。所以古時候常說的熒惑守心,一般就是有大兇的兆頭。
其實上一次的熒惑守心就發生在2016年4月,距離下一次大概還有40年到80年的時間。時間的長短取決於我們對守心範圍的界定有多嚴格,嚴格的話,大概80年左右會發生下一次的熒惑守心。
說到火星,其實在它各個方面跟地球很相似,所以我們也說它是地球的兄弟。那誰是哥哥,誰是弟弟呢?看起來個頭大的地球像是哥哥,但實際上先誕生的卻是火星。
因為太陽系行星的誕生,一開始都是從幾微米的小塵埃開始,逐漸碰撞生長,變成一釐米的小顆粒,直至突破釐米到公裡的極限,慢慢長大。先是生成小的,後才生成大的。火星比地球稍微早了幾千萬年誕生,所以它是一個小個子的哥哥。
這其實就是它們的生長過程,一開始從非常小的顆粒,生長成一米以上的星子,再變成冥王星大小或火星大小尺度的行星胚胎或原行星。最後幾顆行星胚胎或原行星再經過碰撞,形成一顆行星。同時還獨佔一個軌道,清空周圍的空間,這就是一個行星的誕生。
正是鑑於我們對行星生長過程的理解,所以天文學家判定火星比地球誕生得要早。
前幾年曾經有一種比較主流的說法,認為火星表面曾經有大面積的水體。包括在哈佛大學對火星40億年前的推測裡,就有學說稱,火星北半球非常低洼的部分,在40億年前可能曾是一片海洋。但由於磁場和大氣的剝離,使得它慢慢從藍色調走向紅色調,成為乾燥寒冷不宜居的行星。
寒冷,可能是大家對火星的固有印象之一。但其實有設備探測過,在夏天正午的赤道附近地區,火星的氣溫可以短暫達到30攝氏度左右。只是當太陽直射點過去之後,這個氣溫就會迅速下降。也就是說,火星上的同一個地點,一天之內可以經歷100多度的溫差。
雖然在大家印象裡火星非常寒冷荒涼,但它依然會存在一段相當短暫的宜人時間。
火星表面的引力大概是地球表面的38%左右,這樣的引力決定了它的大氣以及大氣內有很多奇妙的變化。特殊引力,寒冷氣溫,再加上以二氧化碳為主的大氣分子,幾方面因素疊加,使得火星的大氣層比地球厚很多。僅是對流層,火星就能達到60公裡的高度,而地球只有12公裡。
水,是現在人們對火星非常感興趣的原因之一。如今火星上已經有非常多地質學遺留下來的痕跡證明。如果沒有水,火星不可能達到現在的地形地貌。
火星過去有水,現在也有水。南北兩極的極冠有水冰,也有乾冰。最近還有天文學家在南極極冠附近發現一個反照率異常的地區,猜測可能是有地下水的湖泊。總之,目前並不缺乏火星上有水的證據。
只是,雖然關於火星上有水的說法眾多,但目前還沒有能夠單一符合火星所有地質學的證據出現。科學家們,還在研究之中。
和地球的運行軌道不同,火星的運行軌道形狀很扁。如果按照二分二至來劃分軌道周期的話,火星的春天要比秋天長出20多天,上半年比下半年多出好幾十天,這在地球上是不太可能的。
而也因為季節變化導致的溫差,火星上有一種被稱為「塵暴」的現象。在南半球春夏之交,溫度升到最高的時候,塵暴就會出現。
為什麼偏偏在南半球?還是因為火星的運行軌道很扁。南半球的遠日點是冬季,近日點是夏季,季節的差異遠比北半球劇烈。
除了水之外,我們大家也很關心火星表面是否有生命痕跡。生命的痕跡可以從幾個方面來說,一方面是最早大家都知道火星隕石裡有疑似蠕蟲的東西,但這還沒有立論,仍在爭論之中。
另一個方面是火星上的礦物,其中一些礦物有可能是在對生命很友好的環境裡形成的。但是它是不是跟地球上的形成過程一樣,我們目前還不知道。
最後一個呢,是來自火星落到地球的隕石。中國科學家,中科院的林楊挺領導的團隊就在一塊火星隕石裡發現了碳,並證明它的同位素比例與地球上的有機碳相同,可能來自生物過程。但,這也只是一種可能性。
關於火星是否有生命,科學界也一直在探尋之中。
上圖是如今還在火星表面和周圍活躍的探測器,天上是6個,地上是2個。
大家可以發現,非常有意思的是,它們之間的發射時間都是相隔兩年多。這並不是人為的原因,而是實際上就有客觀條件的約束。
因為人類向火星發射探測器,並不是直接出發那麼簡單。上圖是洞察號的軌跡,發射之時,地球、太陽以及抵達火星的位置大致需要在一條線上。只有這樣的位置,我們才能以目前科技水平能夠接受的燃料攜帶量把探測器送到火星。
而這樣的位置,大概每780天出現一次,所以發射窗口也就是每兩年多(26個月)一次。最近一次的窗口期是在2020年的7月到8月間,那段時間內全球就有4個火星探測器將要發射升空。
如今人類仍在探查著火星,搜尋它過去、現在乃至於未來,生命在火星上的可能性。
北京市科學技術研究院科學傳播中心首席科學家、研究員;北京天文館名譽館長;《天文愛好者》雜誌主編;國際天文學聯合會小天體提名委員會委員。
其實我本身研究的不是火星,我自己感興趣的研究是太陽系小天體,但與火星也有一些關係。
劉茜剛才提到的隕石,其實在北京天文館的展廳裡,就能看到我們這幾年收藏的一些火星隕石。關於火星隕石,之前有推測說火星隕石上可能有生命,但按我的理解,科學界已經否掉了這種說法。
但比較確定的是,對同一塊火星隕石研究的時候,人們發現這塊石頭從火星到地球的過程並沒有經過特別高的溫度,它的中心甚至沒有超過室溫。
這其實與我們的想像非常不一樣,因為隕石從外掉進地球的時候,只要經過地球大氣層,那它表面一定會有經受高溫的過程。這也是為什麼你去看隕石,表面都會有黑色的熔殼。石頭只要經受了高溫,內部的排列會變化,形成方向性很強的排列。
但是通過對這塊火星隕石的研究卻發現,這塊石頭中心的排列仍是隨機的。這說明這塊隕石在掉進地球的過程當中,雖然它表面經受非常高的溫度,但是它中心溫度並不高。
當時這個結果發表在了《Science》雜誌上,接著就有媒體的報導說我們都是外星人。什麼意思呢?這個發現給了我們一種可能性,生命在不同的行星之間,並不排除可以通過這種方式來進行傳播。也就是說,我們地球生命最早的起源,有可能是來自其他有生命行星的隕石。
大家都知道,小天體撞擊其實會對地球生命帶來很大影響,甚至很多生命就此滅絕。但這個隕石的研究說明,石頭的內部可能有一些生命形態的存活,而我們最早的生命起源並不排除會通過這種方式誕生。
當然,這篇文章不僅講了這麼一回事,它還通過計算機模擬了一個隕石從火星抵達地球,需要多長時間。
計算的結論得出,一般隕石從火星到地球平均需要是幾萬年。但如果特別巧,離開火星的方向與速度,以及地球所在的位置也特別合適,它可以只用半年的時間就抵達地球。而我們在地球巖石裡發現的微生物的生存時間,很有可能超過半年。雖然這只是文章提出的一個猜想,但卻非常有意思。
談到人們認為火星上有液態水這件事,其實也很好玩。火星的表面有一些斜坡,這些斜坡在夏天的時候,你會看到有類似水流的痕跡。冬天沒有,夏天才有,不僅一個地方,而是好多地方都有這樣的現象。
根據探測器的光譜顯示,有水流痕跡位置的含鹽量比其他地方高。一個解釋是地球上零度以下水就結冰,但如果水裡鹽濃度高,那冰點就會降低。比如說特別濃的鹽水,在零下二三十度的時候它依然可以保持液態。所以大家覺得火星上可能存在著「滷水」。
當然,關於液態水也好,生命痕跡也罷,人類也始終在研究。
到目前為止,地球可能是我們唯一一個知道有生命的地方,但是宇宙裡其實像地球這樣的天體其實多極了,那麼其他地方是不是真的就沒有生命了?我們地球是不是宇宙裡唯一一個?
以前大家的觀點其實比較樂觀,天文界普遍的觀點覺得肯定有。但是好像最近這半年,又有個別的人對這事比較懷疑。很多人開始討論,地球會不會是宇宙中唯一一個有生命或者是有高等智慧生命的地方?
當然,我個人認為這些觀點基本不靠譜。比如火星一旦被證明有液態水了以後,那麼火星上還有生命的可能性我認為是變得更大了。
電影《火星救援》
現在還有一些人在認真考慮火星移民的這件事,但我個人觀點是如果火星現在有生命的話,那麼這種移民是不靠譜的,或者說是非常有問題的。
咱們的銀河系裡可能就有上萬億個類似地球這樣的行星,而放在整個宇宙裡,這肯定是很大很大的數字。哪怕我們現在只發現了一個天體上有生命,但是我覺得不能排除生命在宇宙裡有可能是一個普遍的存在。
所以在這個情況下,目前去火星其實一定要特別慎重。2020年我們說去火星尋找生命,其實更多的時候我覺得弄個探測器或火星車就夠了,但是哪怕這樣也得特別小心。外來系統的入侵,對本地生態系統的影響很可能是致命的。所以就我個人的觀點而言,我是特別不贊成去火星移民。