[비즈한국] 在火星上发现了水！不过说实话……现在在太阳系中，除了地球以外的其他天体上确认水的存在，已经算不上什么惊人的新闻了。这听起来就像是确认了原本就应该存在的东西一样。但是这一次，你绝对有理由感到惊叹。因为这并不是在火星表面发现了水，而是发现火星深处可能存在地下海洋！就像木星的冰卫星“木卫二”一样，火星内部很有可能存在充满大量水分的地下水库！
一直以来对人类进驻火星持怀疑态度的不少天文学家，或许会因此改变想法。结合近期提出的火星地下存在巨大海洋的可能性，我们来回顾一下那些一直试图在火星寻找水痕迹的天文学家们的故事。
水的存在可能性是讨论火星时不可或缺的重要课题。有趣的是，火星从天文学家关注它的最初时刻起，就被认为是一个蕴含水的世界。20世纪美国天文学家（兼“含着金钥匙出生”的企业家）珀西瓦尔·洛威尔（Percival Lowell），在读了意大利天文学家斯基亚帕雷利（Schiaparelli）观测火星后所写的《火星》一书后受到启发，声称自己在火星表面发现了复杂交织的直线型运河痕迹。他主张，这是火星人为了将极地冻结的白冰融化，并引向缺水的赤道地区而建造的巨型结构痕迹。
洛威尔略带吹嘘的主张不仅影响了科学界，也对大众文化产生了深远影响。人们自然而然地开始投射出一种模糊的期待：火星上无论以何种形式，都一定居住着生命。甚至有一段时间，“火星人”这个词本身就被当作“外星人”的代名词来使用。
然而，随着探测器和轨道器开始对火星进行飞越探测，洛威尔的故事被证实只是夸大其词，这令人遗憾。探测机器人近距离观察到的火星表面，既没有人工建筑的痕迹，也没有郁郁葱葱的森林，甚至连一滴水都没有。火星是一颗红色的、寒冷干燥且荒凉的沙漠行星。随着火星残酷的真相被揭开，科幻作品中外星人的故乡也悄悄地从火星转移到了太阳系外遥远的其他恒星系。
但洛威尔也并非完全错误。虽然外星人的“火星水务局”并不存在，但对火星存在水的期待并非全然荒谬。洛威尔的委屈得以慢慢洗刷，契机在于1972年水手9号在火星表面发现了有趣的地理痕迹。
包括长达4000公里的水手号峡谷在内，人们在火星各处发现了似乎是水流冲刷形成的干涸河床痕迹。1975年离开地球并成功在火星表面着陆的海盗号探测器，利用机器人铲子直接挖掘火星土壤，并通过内置的气相色谱质谱仪对土壤样本进行了分析。每一个样本中都检测到了水。不过，由于样本处理方法存在一些小问题，很难精确测定含水量。但无论如何，这表明火星土壤和岩石中至少含有1%以上的水分。
特别是火星极地，像地球的南极和北极一样维持着寒冷的环境，极有可能冻结着大量水分。2008年，凤凰号着陆器直接降落在火星北极，并确认了大量水冰的存在。凤凰号用机械臂末端的挖掘装置在火星表面轻轻刮擦，留下了痕迹。其中有一个非常著名的痕迹：NASA将两条长方形的小沟渠分别命名为“多多（Dodo）”和“金发姑娘（Goldilocks）”沟渠。凤凰号拍摄并分析了这些沟渠的照片，发现起初沟渠内存在明亮的白色物质，但在4天内逐渐消失了。这看起来像是水冰升华后消失的现象。
凤凰号着陆器在着陆瞬间拍摄的自拍照中出现了一个奇怪的东西，在天文学家之间引发了争议。着陆器的金属机器人腿表面出现了几个像小脓包一样的颗粒。一些天文学家推测，这是因为在着陆过程中喷洒了含有盐分的燃料气体，导致寒冷的夜晚火星大气中的水蒸气凝结在周围，像霜一样挂在机器人腿表面形成了水滴。
2012年，NASA的好奇号火星车终于发现了过去火星存在水的不可辩驳的证据。他们在火星表面确认了非常光滑、圆润的侵蚀碎石和沙子的存在。这与在小溪边看到的鹅卵石很相似。虽然现在水已经干涸，但这是证明过去确实存在水流、并滚动石块进行打磨的有力地质证据。
与地球广阔的海洋相比，现在的火星是一个缺水的寒冷沙漠，但至少在数亿年前，火星极有可能也是一个不亚于地球的水世界，甚至可能是生命的摇篮，这一观点开始被严肃地讨论。
如果火星各个角落依然存在一定的水分，那么人类是否可以梦想定居火星的未来？那是一个完全不同的问题。许多天文学家对进驻火星持怀疑态度的最大原因是，火星的磁场早在很久以前就消失了。虽然火星离太阳的距离比地球远1.5倍，但来自太阳的太阳风依然危险。遗憾的是，体型较小的火星没能长久维持自身的磁场。磁场就像保护行星表面免受太阳风伤害的“防晒霜”。火星的防晒霜很快干涸，躲在它下方的大气和海洋也随之迅速枯竭。
磁场的缺失使得在火星表面期待生命痕迹变得非常困难。不过有一个替代方案：将火星厚实的地壳本身作为抵御太阳风威胁的避难所，直接深入地下。天文学家的兴趣自然而然地从火星表面转向了地下世界。
火星是怎么失去磁场的呢？观察火星表面岩石上残留的痕迹，显然它并不是从一开始就没有磁场。火星曾经也有过磁场。但某一时刻，它在地理学上被判了“死刑”，再也无法维持强大的磁场。要找到答案，必须深入火星内部。当然，像切苹果一样把火星对半切开查看内部是不可能的。相反，通过调查地震波在火星内部的传播方式，可以掌握火星内部不同密度层的大小和分布。这就像不用切开西瓜，通过手指敲击来判断成熟度一样。
为了做到这一点，天文学家执行了“洞察号（InSight）”任务，这是首次旨在探测火星地震（Marsquake）的地震仪探测。2018年11月降落在火星表面的洞察号，直到2022年12月因太阳能电池板积聚过厚的火星尘埃导致电力耗尽之前，在4年时间里共探测到1300次地震。当然，由于火星是一颗地质死亡行星，并不像地球那样因为板块碰撞而产生震动。相反，当陨石偶尔撞击火星表面时，震动向四周扩散从而产生了“火星震”。
天文学家们改变了地壳密度、内部结构大小等多个变量，建立了各种模型。其中也包括了地下水库的变量。他们确认了哪种模型最能还原实际检测到的火星震数据。根据这项最新研究，假设在火星表面以下10至20公里处存在充满水的巨型水库的模型，能以近乎100%的概率最好地解释观测到的火星震数据。
乍一看，这听起来可能是一个平淡的发现。毕竟不是像地球那样在火星表面发现了巨大的太平洋。仅仅是一个隐藏在火星地下深处存在高概率水库的发现，这有什么了不起的吗？并非如此。恰恰因为是在地下而不是表面，才显得更加特别。
如前所述，由于缺乏磁场，火星表面直接暴露在危险的太阳风中。从一开始，就不能指望火星表面的海洋和湖泊能安然无恙。即使数亿年前火星表面的海洋和湖泊中存在进化程度较低的微生物生态系统，其痕迹也可能在数亿年间直接暴露在太阳风的轰击下，被彻底“消毒”干净。但如果是地下，情况就不同了。火星厚实的地壳本身起到了抵御太阳风的盾牌作用，因此可以期待在那里面，在没有太阳风干扰的情况下，水甚至生态系统依然可能存留！
今年10月，“欧罗巴快船（Europa Clipper）”探测器将离开地球，近距离确认木星冰卫星“木卫二”的地下海洋成分。这将是寻找隐藏在厚冰层下海洋中可能存在的地外生命痕迹的第一步。50年前，火星被认为是太阳系中最有可能发现地外生命痕迹的主角。然而，尽管进行了多次探测，却没有发现直接证据，天文学家们逐渐将目光投向了木卫二或土卫六等其他地方。但最近的发现让火星再次受到关注。在火星和木卫二之间，究竟在哪里会先发现地外生命的痕迹呢？我们真的能在太阳系中找到地外生命的痕迹吗？
参考
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409983121
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？他热爱猫咪和宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，立下了向人们传达宇宙之美的梦想。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论研究室，研究通过银河相互作用进行的演化，并进行讲座、写作等多种科学传播活动。著有《暧昧期的天文台》、《一整天想宇宙》、《星，光的科学》等书籍。