撰文 | 鞠 強(qiáng)

今天出版的《科學(xué)》雜志報(bào)道,，火星地下冰層有了最新發(fā)現(xiàn)。

在各類火星研究中,，最受矚目的就是對(duì)火星上的液態(tài)水或者固態(tài)水冰的研究,。這直接涉及幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一是火星上是否有生命，或者火星上是否存在過(guò)生命,；二是火星是否是人類移居地外的合適目的地,，或者能否成為人類星際旅行的中轉(zhuǎn)站；三是相關(guān)研究可以重建火星的氣候歷史,，加深我們對(duì)行星演化的認(rèn)識(shí),，為研究地球氣候變化提供參照。這是基于這些關(guān)鍵問(wèn)題,，大部分的火星探測(cè)計(jì)劃都把對(duì)火星水和冰的研究作為重點(diǎn),。

科學(xué)家通過(guò)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，火星表面三分之一的面積上覆蓋著淺層地表冰,。他們從理論上提出了對(duì)于地表冰的成分和厚度等問(wèn)題的見(jiàn)解,，并通過(guò)軌道觀測(cè)獲得了豐富的數(shù)據(jù)。但是對(duì)于火星的地下冰層,，科學(xué)家卻知之甚少,，分層、厚度和成分等關(guān)鍵信息幾乎還是未知,。比如說(shuō),，他們對(duì)火星地表下幾米和更深處的冰的起源和年代是否相同并不清楚，因?yàn)檩^上層的冰很容易受到近期氣候的影響而發(fā)生變化,。

不過(guò),，一項(xiàng)最新研究正為我們揭開(kāi)火星地下冰層的神秘面紗。2018年1月12日,，一個(gè)由美國(guó)多個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)組成的研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文,，公布他們研究火星地下冰層的最新發(fā)現(xiàn)。這個(gè)研究小組使用NASA的火星勘測(cè)軌道器（Mars Reconnaissance Orbiter,，MRO）上搭載的高清晰度科學(xué)實(shí)驗(yàn)成像（High Resolution Imaging Science Experiment,，HiRISE）儀器對(duì)火星表面進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了火星地下冰層的垂直結(jié)構(gòu),。

具體來(lái)說(shuō),，他們發(fā)現(xiàn)在火星中緯度（大約南北緯55度）的廣闊地區(qū)覆蓋著厚厚的沉積冰層。發(fā)生在這些地區(qū)的侵蝕作用產(chǎn)生了很多陡峭的斜坡,，從而顯露出冰層的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。而由于暴露出來(lái)的冰層的升華作用，這些陡坡也在快速后退中。

他們選擇其中的8個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行研究,，其中7個(gè)分布在火星的南半球,，1個(gè)在火星的北半球。在經(jīng)過(guò)色彩增強(qiáng)的HiRISE圖像中,，每個(gè)斜坡與周圍的地形相比都呈現(xiàn)出相對(duì)明顯的藍(lán)色,。通過(guò)使用MRO搭載的火星緊湊偵查成像光譜儀（Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars ，CRISM) 獲得的數(shù)據(jù),，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)其中的3個(gè)地點(diǎn)有水冰特征,。

大面積的水冰沉積出現(xiàn)在火星中緯度地區(qū)并不奇怪?；鹦枪D(zhuǎn)軌道平面與火星赤道平面之間的夾角過(guò)去曾經(jīng)比較大（超過(guò)40度）,，在這樣大的傾角下，冰可能會(huì)在赤道附近積累,。當(dāng)火星的傾角降到目前或者更低數(shù)值時(shí),，赤道冰會(huì)升華，并重新在兩個(gè)半球（相對(duì)赤道地區(qū)）緯度更高的的地區(qū)沉積,。研究人員認(rèn)為,，這次發(fā)現(xiàn)的沉積冰層就起源于這種機(jī)制所帶來(lái)的降雪，隨后被不斷壓實(shí)成為緊致,、分層的冰層,。

他們?cè)谡撐闹兄赋觯ㄟ^(guò)對(duì)這些地點(diǎn)的研究,，多個(gè)證據(jù)顯示這次發(fā)現(xiàn)的陡坡是地下冰層的暴露而不是季節(jié)性霜凍,。通過(guò)測(cè)算他們還認(rèn)為，在火星地表下1-2米的淺層即能發(fā)現(xiàn)的水冰沉積,，向下延伸的厚度可以超過(guò)100米,。這些斜坡呈現(xiàn)出的冰層沉積，可以為科學(xué)家提供對(duì)火星過(guò)去氣候情況的記錄,，成為科學(xué)家研究火星歷史的“冰年輪”,。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些沉積的深度非常淺,，使得未來(lái)的火星探索項(xiàng)目可以比較容易地對(duì)這些沉積進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)和分析,。

這次發(fā)布的論文的第三作者、約翰·霍普金斯大學(xué)地球與行星科學(xué)系博士后Lujendra Ojha是一位值得我們注意的學(xué)者,，因?yàn)樗那髮W(xué)和工作經(jīng)歷堪稱近幾年火星研究的一個(gè)縮影,。

2015年9月28日，NASA在位于華盛頓的詹姆斯·韋伯禮堂舉行新聞發(fā)布會(huì),，宣布科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“火星上存在液態(tài)水”。NASA行星科學(xué)部主任Jim Green在那場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上表示：“30億年以前,，火星有著濃厚的大氣層,，表面有著巨大的海洋,，但是由于某種原因，火星經(jīng)歷了劇烈的氣候變化,，失去了地表水,。今天我們將徹底改變?nèi)祟悓?duì)火星的認(rèn)知，在某些特定的情況下,，火星表面存在液態(tài)水,。”這一成果在線發(fā)表在Nature Geoscience上,。

雖然當(dāng)時(shí)NASA有意對(duì)新聞發(fā)布會(huì)的內(nèi)容保密,，以制造懸念、吸引媒體和公眾的關(guān)注,，但業(yè)內(nèi)科學(xué)家還是猜到了會(huì)議主題,，原因就是當(dāng)時(shí)正在佐治亞理工學(xué)院讀博士的Lujendra Ojha也出席了會(huì)議。早在2011年,，當(dāng)他還是亞利桑那大學(xué)的一名本科生的時(shí)候,，他就利用HiRISE拍攝到的圖像對(duì)火星一些隕坑坑壁上出現(xiàn)的深色條紋開(kāi)展研究。這些深色條紋呈現(xiàn)季節(jié)性變化,，一般在火星的春季開(kāi)始出現(xiàn),，在整個(gè)夏季變得越來(lái)越明顯，在秋冬季逐漸消失,。Lujendra Ojha和同事把這種條紋稱作“季節(jié)性斜坡紋線”（Recurring Slope Lineae,，RSL）。

研究人員認(rèn)為這些條紋是由火星表面液態(tài)水的流動(dòng)所形成的,。如果水中溶解了鹽類,，那水的凝固點(diǎn)可以顯著降低。這樣在火星表面的低溫條件下,，水仍然可以以液態(tài)的形式存在,。他們將有季節(jié)性斜坡紋線存在的地區(qū)的光譜同高氯酸鎂、氯酸鎂,、氯化鎂以及高氯酸納等物質(zhì)的光譜進(jìn)行比對(duì)發(fā)現(xiàn),，前者和后者的光譜特征相符合。這樣就可以確認(rèn)這些地區(qū)含有可溶性鹽類,，并為火星表面存在液態(tài)鹵水提供有力證據(jù),。

從發(fā)現(xiàn)液態(tài)鹵水到發(fā)現(xiàn)地下冰層，Lujendra Ojha一直參與其中,，科學(xué)家也在不斷了解火星上的水和冰,。但是，我們也要認(rèn)識(shí)到，目前距離“發(fā)現(xiàn)火星生命”或者“移民火星”依舊很遙遠(yuǎn),。正如NASA火星探測(cè)項(xiàng)目首席科學(xué)家Michael Meyer曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的那樣：“即使在火星上發(fā)現(xiàn)液態(tài)水,，我們也不知道火星上有沒(méi)有生命，事實(shí)上我們甚至不知道我們究竟在尋找什么,，因此我們轉(zhuǎn)而去尋找那些能夠讓生命存在的環(huán)境,。”

參考文獻(xiàn)

[1] Benjamin Levrard, Fran?ois Forget, Franck Montmessin, Jacques Laskar. Recent ice-rich deposits formed at high latitudes on Mars by sublimation of unstable equatorial ice during low obliquity. Nature, Volume 431, Issue 7012, pp. 1072-1075 (2004).

[2] Lujendra Ojha, Mary Beth Wilhelm, Scott L. Murchie, Alfred S. McEwen, James J. Wray, Jennifer Hanley, Marion Massé & Matt Chojnacki. Spectral evidence for hydrated salts in recurring slope lineae on Mars AOP. Nature Geoscience, 2015; DOI: 10.1038/ngeo2546