歐空局最新發現：火星南極發現三個地下液態湖，可能存在火星生命

2020-10-03 挑戰科學家

引言：近日，頂級科學期刊子刊《Nature Astronomy》刊登了一篇歐空局探測器在火星上探測到三個高濃度液態鹹水湖的文章。那麼這一次的液態水的發現靠譜嗎？是否真的意味著火星可以孕育生命甚至已經存在生命？此外，為什麼西方相關科研機構表示需要等待中國的「天文一號」火星探測器於明年進入火星軌道後才能最終確認？

NASA火星GIF圖

據悉，該篇文章（文末備註的第二篇文章）引用分析的數據是歐洲航天局（以下簡稱「歐空局」，ESA）在火星探測的火星探測器（「火星快車」，Mars Express）的雷達探測數據，該雷達也叫「火星地下和電離層探測先進雷達」，簡稱MARSIS，從而發現了三個位於火星南極附近的高濃度地下液態鹹水湖泊。目前這篇文章已經引起了科學家們的廣泛討論。

如果我們想要知道這次發現是否就意味著存在火星生命，那麼我們就先要了解一下什麼是火星地下和電離層探測先進雷達，以及這個雷達的數據是否可能是錯的。

輕鬆漲知識：一口氣搞懂雷達探測原理

雷達探測原理很簡單，就是雷達發射電磁波並對反射回來的電磁波進行分析，從而大致判斷對面是什麼物質。

可能會有些童鞋看到電磁波就腦殼痛，其實我們可以簡單類比到我們可以經常看見的光。我們的眼睛能夠看見東西，實際上就是光線照射到物體上，再返回到我們的眼睛。不管照射到的是牆也好還是鏡子也好，我們的大腦都可以很快分析出這個物體是什麼。這也是我們視覺的形成過程。

同樣的，光也是一種電磁波啊。或者也可以這樣說，電磁波就是光啊，只不過我們人眼看得見叫做可見光，而我們看不見的電磁波呢，叫做不可見光（因為一些電磁波頻率超出了人眼細胞可以接收的範圍，就跟收音機一次只能接聽一個電臺一樣）。

電磁波光譜分布 圖片來源於網絡

那麼現在就簡單很多了，用一個叫「雷達」的東西替代了發光的手電筒和接收光源的眼睛。而我們人類的大腦分析，對於機器來說，就叫雷達的電磁波分析。只是雷達發射出來的電磁波都是不可見光的頻率範疇，也就是一種我們肉眼看不見的光而已。而這對於機器來說，只需要調整一下天線的接收頻率就可以「看見」。

所以，現在是不是能夠理解了什麼叫雷達探測呢[呲牙]

輕鬆漲知識：那什麼是「火星地下和電離層探測先進雷達」？

那什麼是「火星地下和電離層探測先進雷達」？這名字看起來怎麼這麼高級？

大家不要被這個名字給嚇唬到了，實際上在我們理解了雷達之後，這個「火星地下和電離層探測先進雷達」（以下簡稱MARSIS）就變成了只會嚇人的紙老虎！

我們經常聽說的雷達，往往都是軍事上的雷達。在大眾印象裡，好像雷達都是天線對著天空的，用來監測有沒有敵機和飛彈。而MARSIS與這些雷達相反，是對著地面照射的。為什麼MARSIS雷達是對著地面照射？是因為這個雷達是由歐洲航天局的火星快車衛星攜帶的，所以當然是從天空對著地面照射。

所以這串長長的漢字「火星地下和電離層探測先進雷達」就好理解了，「火星地下探測」是說，這個MARSIS雷達是對火星的地面照射的，又由於不同頻率的電磁波對物體有一定的滲透作用，就跟光線可以穿透玻璃一樣，我這個雷達發射的電磁波呢，也可以略微滲透進火星的地下一點點，所以這叫「火星地下探測」。

MARSIS原理圖 圖片來源於網絡

同時，從天上看火星，我們的電磁波首先要穿過火星的大氣層。注意，要穿過大氣層的時候我們有一個很高級的名字，叫作「電離層」。不要因為它名字中帶「電」就怕它，說白了就是大氣層中的一個小夾層，就跟雲層一樣，只是對這個夾層的稱呼而已。

因此，歐洲航天局給這個雷達取了一個很「先進」的名字「火星地下和電離層探測先進雷達」，說人話就是：

我從太空中來

看向火星地面

卻被一些「雲層」遮住了雙眼

火星快車探測器及其MARSIS雷達天線圖 來源於NASA

所以，MARSIS是一款搭載在火星快車探測器上的地下火星探測儀，在外形看上去是一根40米長的天線，可以搜尋火星地下水和研究火星大氣。當火星快車探測衛星在火星軌道飛行時，MARSIS天線便會展開並開始對火星地表發射電磁波。

當電磁波反射回來，我們就可以對反射回來的電磁波波譜進行分析，猜測電磁波可能遇到了哪些物質才導致被反射回來的。

MARSIS的主要目標是在火星表面尋找地表下方約5公裡範圍內的水。這將直接提供液態水的存在的證據。它還將能夠表徵行星的表面高度，粗糙度和雷達反射率，並研究紅色行星電離層中大氣與太陽風的相互作用。

這種雷達儀器使用的技術以前曾在地球上使用過。類似的儀器已經在低空飛行的飛機上飛行，以深入探究南極洲和格陵蘭島的冰蓋。在火星，帶有長天線的儀器將飛過火星表面，在選定區域反射無線電波，然後接收並分析「回聲」。MARSIS對水的檢測很敏感，任何近地表的液態水都會發出強反射信號，而冰很難被其檢測到，因為冰的雷達信號與巖石几乎一樣無法區分。

為什麼認為這是鹹水湖？

這一次科學家們通過雷達的數據分析，認為這首先是一個液態水聚集的地下湖泊。但是火星離太陽實在太遠了，這麼遠的距離按理說不應該存在液態水，因為水會凝結成冰塊，而冰塊又是MARSIS雷達所不能探測到的。

火星南極冰蓋照片

所以，真相只有一個！

那就是這些液態水因為某些原因，在零下的溫度也能保持液態水的存在形式，那就是高濃度鹽水！我們知道，當我們在水中摻入鹽份之後，水的凝固點會降低，我國北方在下雪的時候，也是經常利用這個原理進行除冰作業的。所以，科學家們認為，既然存在液態的水的話，那麼，它一定是鹹的，否則早就結冰了。

用科學家們的術語解釋，這就叫「液態鹹水湖」，當然這個「鹽」可不是我們家裡能吃的鹽。至於火星上有沒有鹽礦，那就需要科學家們的進一步研究了。

新發現的鹹水湖可能存在生命嗎？

新的問題又來了，水是生命之源，那麼濃鹹水也是生命之源嗎？

在我們的印象裡，好像有不少地方都有用鹹水殺菌的習慣。我們經常吃的鹹肉醃菜，好像就是放了不少鹽進行醃製。

實際上，科學家們表示，在不超過一定鹹度的範圍內，鹹水也是可以孕育生命的。當水實在太鹹了，就只能殺菌消毒了。

火星疑似存在地下鹹水湖的位置

美國蒙大拿州立大學環境科學家約翰·普裡斯庫（John Priscu）說：含鹽量約為海水的五倍的湖泊可以維持生命，但是當鹹份接近海水含鹽量的20倍時，就不再存在生命了。

普裡斯庫說：「在火星南極的這些鹹水塘裡，沒有太多活躍的生物，如果有，那他們也只是被醃製。」

所以具體這是否意味著火星存在生命，就需要看看這些鹹水湖的含鹽量濃度了。

目前引發的爭論與結論

火星鹹水湖本身的存在目前仍有不同意見的科學家爭論。在研究人員提出了一些擔憂，例如在火星南極，缺乏足夠的熱源將冰變成水。儘管這個最新發現提供了火星存在液態水的充分數據，但並不是每個人都確信這個地區是液態水。

「如果光亮的物質確實是液態水，我認為它更有可能代表某種融雪或油泥，」印第安納州西拉斐特市普渡大學的行星地球物理學家邁克·索裡（Mike Sori）說。

亞利桑那大學的行星科學家傑克·霍爾特（Jack Holt）說，儘管他認為最新的數據很好，但他仍不確定這種解釋。「我認為沒有湖泊。」霍爾特說。

霍爾特也是美國國家航空航天局（NASA）火星偵察軌道器（MRO）上火星淺雷達探測儀（SHARAD）科學團隊的成員，「即使在地表下，也沒有足夠的熱量流來支撐這裡的鹽水為液態。」

那還有沒有更多的辦法來佐證這是液態水呢？

目前，正在前往火星的中國火星探測任務可能會提供一種驗證的方法。「天問一號」將在2021年2月進入火星預定軌道，這顆中國探測器攜帶了一整套科學儀器，其中包括可用於進行類似觀測的雷達設備。昆士蘭科技大學的戴維·弗蘭納裡（David Flannery）說：「天問一號的雷達，其功能類似於MARSIS和SHARAD。」

圖片來源於網絡

目前，這個新發現仍然令人振奮。

「火星上可能有很多水。」

「如果有水，就有生命的可能。」


消息參考來源：

  1. Fox News 2020年9月29日電訊 《Mars has lakes with liquid water that could be home to life: study》
  2. 學術期刊《Nature Astronomy》，1-8，28th September 2020，《Multiple subglacial water bodies below the south pole of Mars unveiled by new MARSIS data》
  3. 學術動態 《Nature》，28th September 2020，《Water on Mars: discovery of three buried lakes intrigues scientists》

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