【經濟日報】火星上流動的物質也可能是金屬
2020-11-23 中國科學院
NASA提供的火星拍攝圖，看上去像液態金屬流過。（資料圖片）劉靜實驗室的液態金屬腐蝕照片。（資料圖片）
美國火星探測器鳳凰號降落火星時，機器腿部出現的「水狀液滴」。（資料圖片）
10月30日《經濟日報》推出科普報導《火星液態水的發現說明了啥？》後，記者收到清華大學教授、中科院理化所雙聘研究員劉靜的郵件，他指出，火星上頻繁觀察到的流體狀物質很有可能並非水，而是液態金屬。這個有趣的說法引起了記者的關注，於是對劉靜教授進行了採訪。
「從此次美國國家航空航天局NASA公布的流動物質照片的光澤、形態、反射率來看，它們更接近液態金屬。」劉靜認為，火星上長期存在的從2米綿延至數百米甚至更大範圍的衝刷性河谷，很可能由液態金屬所致。液態金屬表面張力很高，即使量很小，也易於在火星表面流動，更易衝刷出河谷。水則張力低很多，量少時易於沉降入地表下，加之火星過於乾燥，這種少量的水並不易存在於火星表面或保留下來。
實際上，劉靜對火星流動物質乃至地外生命現象的關注並非一時興起。幾年前，他在一次翻閱人類探索和尋找火星水的報導時，因長期研究室溫液態金屬的習慣使然，偶然聯想到這些流動物質或許更有可能是金屬流體。為此，他與同事於2013年10月在物理學預印本網站公布了一篇文章《液態金屬可能是解釋火星上頻繁觀察到的流體狀物質的一條線索》，對系列現象進行了解釋，提出了一些假說，相應觀點當時立即被知名網站Medium進行了報導。
最近，隨著NASA發現火星液態水的報導不斷升級，人們一度歡呼那裡存在生命，甚至演化出存在各種動物的說法。劉靜認為，火星液態水若經證實，的確對人類意義重大，但人們在滿懷熱情的同時，更需深入探究。經過研讀最新資料後，他覺得火星存在液態水的證據不很充分，結論仍存疑慮。
火星大氣稀薄幹燥，保溫性能差，晝夜溫差大，溫差在100℃左右。赤道附近，白天溫度可達20℃，夜間則會驟降到－80℃左右。火星兩極的溫度更低，最低可達－139℃。「火星表面異常乾燥，且處於近真空狀態，水類物質極易蒸發殆盡，長期存在火星表面困難極大。如果是液態水，以火星的溫度區間，要麼凍結升華，要麼直接蒸發，很快就會沒了。但火星每年都有流體物質經過的痕跡，且呈季節性出現，這其實並未得到合理解釋，從物態角度看，造成這些現象的原因更有可能是低熔點液態金屬。」劉靜解釋說，即使是水合物，在液態下也很容易蒸發。而不少液態金屬在火星的溫度區間內不易蒸發，只會隨著溫度的變化發生液相固相之間的轉換，形成周期性的流動。
之前，美國的火星探測器已對火星進行過物質採樣分析，表明的確存在鈉、鉀、鎂、鈣、鐵、硫、鋁、矽、鎵等多種元素，這些元素可以組成多種液態金屬，例如鈉鉀銫合金，熔點低至-78.2℃。同時，這些液態金屬的沸點又很高，最高可達700℃。這樣的液態金屬可以在火星溫度區間中以液態長期存在。此外，從已有的探測結果看，火星上的氧極為稀薄，鈉、鉀、鎵銦等低熔點金屬可以保持不被顯著氧化而處於流動性很好的液態。
「常見的液態金屬元素，在火星的元素分析裡都有。當然，液態金屬雖可解釋一系列現象，但這無需否定水的存在。」劉靜表示，自己並非天文工作者，只是出於某些疑惑，提出些觀點供業界參考；火星探測耗費巨大，若能在探測目標上更接近真實一些，無疑會加速科學研究進程。他更傾向於火星上只有少量水，而大量的衝刷性河谷則主要由液態金屬形成。
無獨有偶，數年前美國火星探測器鳳凰號降落火星時，NASA曾觀察到其機器腿部出現不斷長大和混合的「水狀液滴」，人們一度驚呼那就是「生命」。劉靜則在他們公布的文章裡將此現象歸結為由液態金屬腐蝕行為所致。「某些液態金屬會導致鋁質等金屬腐蝕，而鳳凰號機腿由鈦鋁合金製成。那張照片上的情景與我們實驗室看到的金屬腐蝕照片很像。當時探測器可能就降落在一攤液態金屬上。」
如果火星上真的有大量液態金屬，那對人類有什麼好處呢？劉靜設想了如下幾種用途：
利用火星上已證實存在的鈉和鉀，人類探測器攜帶的水一部分可用於就地製造氫能源，一部分通過電解水產生氧，供人類存活需要；氫和氧結合後又能生成水和熱量。若物質利用和流程設計完善，此過程可不斷循環，這樣人類到達火星後，生命保障或許能增加一條簡單快捷和低成本的途徑。
火星上已證實存在鋁，若再證實還有豐富的鎵、銦、錫等金屬，同樣可藉助自驅動液態金屬機器原理實現氫源供應，繼而電解水制氧；與此同時，還可用於製造液態金屬機器，為人類在火星的生產生活提供機器幫手。（在今年4月15日的《經濟日報》「新知」版中，我們曾對劉靜研究組的液態金屬機器進行過詳細報導。）
從這種意義上講，火星或許會成為未來人類的一個特殊的金屬材料和電子工業生產基地。液態金屬可用於發展火星未來的工業和電子製造業，產品則向地球輸送。
液態金屬的元素可以提供能源，為人類從火星返回地球，或是以火星為中繼站向太空作進一步探索提供新型火箭燃料。
……
「其實火星探測，最理想的結果莫過於，水、液態金屬和生物，全都有！」劉靜表示，希望人類對火星的探測繼續深入下去，也希望自己的推測能給火星探測提供某種新的目標和思路啟示。
（原載於《經濟日報》 2015-12-18 14版）
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