今年7至8月是火星探測器的發射窗口期，中國、美國、阿聯都計劃在近期發射火星探測器。
NASA決定將它名為「毅力號」的火星探測器的發射時間推遲一周，這使得它的發射時間十分接近它十分有限的發射窗口期，即從7月17日至8月11日。如果錯過這次機會的話，NASA要等到2022年才能再次嘗試發射。圖｜theverge
7月8日，科學撰稿人錫德·珀金斯（Sid Perkins）在《美國科學院院報》（PNAS）網站發文，《Lava tubes may be havens for ancient alien life and future human explorers》（直譯為《熔巖管可能是古代外星生命和未來人類探險家的庇護所》），建議將探測巖洞中的生命跡象作為火星探測計劃的任務之一，因為這些巖洞有可能是火星生命最好的庇護所，也很有可能成為火星殖民者的第一家園。
報導全文編譯如下：
月球和火星上的熔巖洞，可以為航天探險者們提供棲息地以及地質勘探的機會。圖片來源：Under Earth Images/Dave Bunnell（摘自原文）
在新鮮、荒涼、熱氣騰騰的地表下，熔融的巖石仍然可以深入地下，雕刻出可以延伸數十公裡的洞穴。在地球上，冷卻後的熔巖管是對洞穴探險家的挑戰；而在月球和火星上的熔巖管則引起了行星地質學家、天體生物學家和探險家的興趣。
除了提供一個了解地質歷史的窗口，熔巖管還提供了相對穩定的環境條件，很可能比在行星表面發現的環境條件更宜人。這些管子也許能成為生命的庇護所，從微生物直到來自地球的太空殖民者。
如果火星曾經出現過生命，它可能會隨著星球的演化、地表條件的日益惡劣而進入這樣的避難所。事實上，一些研究人員認為，在這顆紅色星球的地下避難所裡，微生物可能還存在。
幾十年來，科學家們為了尋找遠古生命的跡象，一直在掃描火星表面。圖｜NASA
「在火星和其他地方，熔巖管有可能是生存與死亡的決定性因素。」美國宇航局艾姆斯研究中心的行星研究員帕斯卡·李（Pascal Lee）說。
李說，無論在哪裡發現熔巖管，它們在科學上都是非常奇異的。他指出，如果火星探測任務能兼顧地表與地下，「才是一舉兩得的好法子」。
01
因熔巖流而生
由地下而來的熔巖流幾乎可以在任何地方鑄成熔巖管，其中穩定的低粘度熔巖流最容易形成熔巖管。
熔巖是指被加熱到足以使其變成濃稠液體的巖石。熔巖通常與火山的熔巖有關。圖｜reference
熔巖管的成形與河流結冰差不多:流動的熔巖在散熱，它的表面會冷卻和凝固；但在流動的邊緣，冷卻的速度更快，而熔巖的移動緩慢。
李解釋說，最終，熔巖流在海岸之間的陸地上凍結，這會使下面的熔巖失去直接向上輻射熱量，或被風冷卻的可能，從而將其隔離。
然後，當熔巖的來源開始減弱，或者當熔巖流掘進或融化到下面的巖石中，或者兩者兼而有之時，熔巖就會從管道中流出，留下一個光滑的、壁厚的洞穴。
熔巖流會融化到下面的巖石中。今年2月，在美國聖安東尼奧舉行的第三屆國際行星洞穴會議上，德克薩斯大學聖安東尼奧分校地質學家艾倫·惠廷頓（Alan Whittington）發表講話說，如果熔巖流湍急，熔巖每天可以向下侵蝕1米。
因此，長期、大量的熔巖流形成的管道可能是巨大的。地球上已知最長的熔巖管——65公裡長的Kazumura洞穴，位於夏威夷大島上，從基拉韋厄火山一直延伸到大海。在一些地方，這根管子寬21米、高18米，足夠容納一個大尺寸的房子。
然而，幾乎可以確定，月球和火星上的熔巖管會更大。30至40億年前，這兩個天體都有頻繁的火山活動。長期以來，溝槽狀地貌被懷疑是坍塌的熔巖管；最近，更有力的證據出現了，軌道探測器拍到了這些地下洞穴的入口。
這些被稱為「天窗」的開口，很可能是在熔巖管的頂部塌陷時形成的。月球上第一個這樣的特徵——一個直徑50米、深數十米的洞，是在十多年前由日本賽琳娜軌道飛行器拍攝的圖像中發現的。
從那時起，在月球上又發現了更多的天窗；在火星軌道飛行器拍攝的圖像上也發現了數百個可能的天窗，其中第一個天窗拍攝於20世紀70年代中期。
地球上的熔巖管，從夏威夷基拉韋厄火山熔巖管這樣比較年輕的，到幾十萬歲甚至更久的都有。
一些剛形成的管道可能還沒有被標記在地圖上，但在某些地區，它們已經延伸了幾十公裡。
例如，在加州的熔巖床國家紀念館，800多個熔巖管總計延伸了至少350公裡。
天窗投射到月球Mare Tranquillitatis下方的熔巖管中的陰影表明，這可能有100多米深。圖片來源：NASA/Goddard/Arizona State University（摘自原文）
02
人類的定居地？
數十年來，研究人員一直推測，月球和其他星球的熔巖管可能成為星際殖民者理想的居住空間。
科學家認為他們已經發現了通往月球極地冰層的熔巖管。圖｜Science Alert
美國宇航局噴氣推進實驗室的地質學家蘿拉·克伯（Laura Kerber），在洞穴會議上解釋說，這些管子之所以吸引人有很多原因。
首先，保護環境免受宇宙射線、太陽高能粒子和紫外線等輻射的影響。第二，巖石屋頂像是一個防護罩，可以防止微隕石刺穿太空服和建築物。此外，和地球上一樣，地下環境也會減少溫差的影響——在月球上，溫差變化極端劇烈。
月球勘測軌道飛行器在2009年至2013年間收集的數據顯示，月球赤道附近的溫度在白天可以達到120℃，而在長達兩周的夜間，溫度會驟降到零下130℃。
不過，殖民者是否真的能利用這些好處是個問題。惠廷頓說，考慮到天窗邊緣的地質可能不穩定，以及現有太空衣的移動性能有限，要將人降到地下的巖洞裡，然後再把他們弄出來，這將是一個很大的挑戰。
還有安全問題。儘管在洞裡安家的想法聽起來很浪漫，但李說：「事實的真相是洞穴很危險。」
尤其是在天窗附近，洞穴頂部已經顯示出坍塌的傾向。人類活動很可能會進一步破壞它們的穩定性，或者導致天窗邊緣周圍的物質崩塌。
「熔巖管可能是令人興奮的探索，但並非一個安全的住所。」李說。
03
無需鑽井的探測通道
無論熔巖管是否可以成為星際殖民者的家園，它們都將為地質研究提供大量素材。西南研究所的天體生物學家查理提·菲利普斯-蘭德（Charity Phillips-Lander）在行星洞穴會議上說：「洞穴提供了進入地下的通道，而無需在飛船中增加鑽井器械的荷載。」
阿波羅計劃中登上月球的太空人，在月球表面收集巖石和土壤時，鑽入月球表面的深度從未超過2.9米。
相比之下，月球天窗的巖壁厚度可達數十米，並且有明顯的分層。克伯指出，這些巖層中的一些可能是古代熔巖流形成的，做年代分析可以測定火山活動發生的時間和頻率。
夾在這些地層之間的可能是一層層的風化層，或者粉碎的巖石，它們是由隕石不斷撞擊形成的。這些夾層的厚度有助於研究人員估計此類撞擊發生的速率。
這些撞擊的速度和時間與地球所經歷的大致相同，因此它們可能會揭示出生命出現時地球的環境，以及它是否在再次出現之前被扼殺。
此外，對這些物質進行詳細的化學分析，可能會揭示太陽風過去變化的信息，因為太陽風的帶電粒子也被困在風化層中。追溯太陽風的歷史也可以揭示地球古代氣候的變化——在活躍期的太陽會釋放出更多的帶電粒子輻射，從而導致地球變暖。
克伯和同事們提出了一個到達天窗層的想法：月球車部署一個索降機器人，其輪子塞滿儀器和傳感器。
研究人員儘可能接近天窗（洞口附近的斜坡不穩定，且坡度可達20°），月球車將機器人放下，兩者之間用一條長達300米的纜繩連接，通過纜繩提供電力和通信。按照這個設想，機器人攜帶的儀器包括三個高解析度照相機、一個收集不同波長圖像的顯微鏡和一個分析礦物成分的分光計。
其他工具包括一個小磨床，以清除表面鏽跡和裸露的巖石。
克伯指出，限制這一任務進行的一大障礙就是時間。登陸器需要在大約14天的時間內（即月球的日出和日落之間）降落在月球上，展開月球車，並進行分析。因為月夜異常寒冷的條件，可能會對脆弱的電子設備、傳感器和電池造成嚴重破壞，以致於它們無法在第二個月球黎明到來時恢復工作。
04
火星家園
水生礦物的發現，以及由軌道探測器、著陸器和探測器收集的其他數據表明，數十億年前的火星比現在更溫暖、更潮溼、大氣層更厚。
古火星曾經比較溫暖潮溼。圖｜NASA
如果生命曾經在這顆紅色星球上進化，如果它與地球上的生命相似，那麼今天它不可能在火星表面生活，李說。
除了寒冷和乾旱，火星地表還暴露在大量紫外線輻射下。火星缺乏強磁場，這意味著來自太陽的宇宙射線和高能粒子可以自由流動，增加輻射危害。
火星上猛烈的沙塵暴中帶有靜電，有助於產生一種名為高氯酸鹽的活性化學物質，這種物質對任何類地球生命都是有毒的。
李指出：「但是當你把目光投到地下，這些不利條件都消失了。」
菲利普斯-蘭德對此表示贊同：「如果那裡有生命，或過去曾有生命存在，它最有可能出現在地下，遠離嚴酷的地表條件和變化。」
就像在月球和地球上一樣，火星上的熔巖管可以提供一個相對穩定的環境。
即使這種環境並不適合今天的生命生存，它也可能是生命在一個垂死星球上最後的堅持。當大型地外物體撞擊更為普遍的時候，熔巖管也可以保護生命免受許多破壞性影響。
因此，菲利普斯-蘭德在洞穴會議上提出，美國宇航局火星探測計劃的目標之一，應該是確定熔巖管中是否有跡象表明，過去或現在在火星上存在生命。
這些跡象可能包括有機化學物質，它們在一定波長的光下會發出螢光；或者微生物群落形成的可見生物膜殘留。新墨西哥大學的礦物學家麥可·斯皮爾德（Michael Spilde）說，如果沒有這樣明顯的生命跡象，那麼過去生命的其他跡象——例如化石化的微生物細絲甚至化石細胞——可能會出現在洞穴壁上，然後被保存下來。
探索月球和火星上的熔巖管，不僅可以提供有關這些天體及其撞擊歷史的信息，而且可以獲得有關地球和太陽的信息。
克伯說，這些特徵「就像時間膠囊一般，記錄了太陽系的早期歷史。」
關於作者
錫德·珀金斯（Sid Perkins）是一名自由科學記者，常駐田納西州克羅斯鎮。他擅長地球科學和古生物學，但也經常涉及天文學、行星科學、材料科學和工程等主題。