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火星的早晨
碧声
这是一个有关火星的热闹季节。正在遥远红色行星的两侧慢吞吞地爬行的两架小小机器,吸引着全世界的注意,各种媒体以挖掘明星八卦的劲头关注着“勇气”和“机遇”号这对双生兄弟俩每天的起居。本打算与它们一争短长的“猎兔犬2号”自着陆以来便一声不吭,不过“火星快车”仍在环火星轨道上顺利运行并且颇有收获,总算没有让这场表演成为美国人的专场。火星上有没有水或有没有生命的话题已经不新奇,为什么现在格外热闹?花这么多力气派几台机器去几千万公里外去看石头,究竟是为了什么呢?
机遇号拍到的照片。远处的两个物体是机遇号着陆前扔掉的后盖和降落伞
幻想与现实
火星,太阳系第四行星,地球的邻居。与太阳系其它的几个行星相比,以地球为标准,火星不太大也不太小,离太阳不太近也不太远,与地球一样有白色的极冠,每昼夜的长度与地球非常相近——24小时37分钟。这使人有理由想到,如果生命还能在太阳系内其它星球上生存,火星是非常有希望的候选者。
19世纪就有人认为火星上有海洋和水道,此后,翻译的失误与眼睛的错觉使美国科学家洛威尔相信火星上存在一个巨大的运河网,聪明的火星人从两极取水灌溉赤道的农田。科幻小说推波助澜,使许多人觉得火星上有文明是理所当然之事。1938年美国一家电台以科幻小说为蓝本编造了火星人攻打地球的假消息,这个恶作剧让人们信以为真,引起了社会恐慌与混乱。
从南极看火星,中央白色的部分为极冠
这大概要算科学打碎梦想的另一件罪状罢——近距离照片显示,火星表面毫无疑问是一片荒原,没有智慧生命的痕迹。曾勾起无数新幻想的奇特地貌“火星上的人脸”,在更清晰的照片中显示为一座普通的平顶山。但科学界对火星上有生命的期望并没有泯灭,不过期望的对象早就从聪明的八爪鱼或小绿人变成了微生物。他们为了一块从南极拣到的火星陨石里的某些痕迹是否古代细菌遗物而争吵——现在多数人倾向于认为那些弯弯曲曲的痕迹并不是生命过程产生的——并一再向火星派出探测器试图探个究竟。
在人类看来,火星上的生存环境很差:大气异常稀薄,而且主要成分是二氧化碳;平均气温零下63摄氏度。但地球上有一些微生物能在极端环境下生存,例如海底火山口、极地冰湖、沙漠。以微生物的标准,火星上的环境也不算太离谱。环境严酷到什么程度时生命绝对无法存在,我们还划不出这条界限。因此,如果满足某种基本条件,理论上说来火星上可能有微生物。这个条件就是水。
生命之水
水对生命是必不可少的,因此人们在火星上寻找生命的第一步就是看那里有没有水。当然水与生命的这种关系纯粹是以地球生命为基础总结出来的,理论上我们并不能否认宇宙中有可能存在不需要水的异类生命。但是既然我们现在所知的生命形式只有地球上的这一类,当然只能根据现有对生命的认识去寻找外星生命。此外,如果在火星上找到大量的水储藏,人类在火星上生活的现实可能性就增加了许多。
火星南极极冠
1997年首次于火星着陆的“火星探路者”并没有挖出生命的迹象,但收集到许多表明火星上可能曾经发生洪水的线索。越来越多的数据使科学家相信,几十亿年前,年轻的火星可能曾是温暖湿润、适宜生命栖居的世界。后来,这些水有一部分可能散失到太空中了,有一部分则渗入地下结成了冰。有科学家提出,火星地下可能有大量的水冰,如果全部融掉,火星会被500米深的海洋所覆盖。
但这些结论都是以间接证据为基础的:某些地貌特征看起来像洪水侵蚀的结果,探测表明火星极冠中有大量的氢原子,等等。火星上真的有水吗?是冰还是液态水?这些充满希望而总得不到证实的想法,几年来一直挠得人心里发急。
飞往火星
自1960年以来,人类一共发射过38个火星探测器——成功率很低,有好些个探测器还没离开发射架就夭折了。人造飞行器于1965年首次到达火星附近,完成了飞掠。使探测器成功进入环火星轨道已经很难,要成功着陆就更难。迄今成功进入环火星轨道的9个探测器中,包括“勇气”和“机遇”号在内,只有6个成功着陆。2003年底,日本的火星探测器“希望”号失去了进入环火星轨道的最后一线希望;2004年初,欧洲的着陆探测器“猎兔犬2号”离开“火星快车”奔向火星表面后一去无消息。考虑到这是日本和欧洲各自第一次探测火星,失败没有什么可嘲笑的。
火星绕太阳运转的轨道呈椭圆形,它与地球的距离在5600万公里至4.01亿公里之间变化不定。2003年8月,火星到达6万年来与地球最近的地方,因此现在是一个探测火星的绝好时机。每隔17年火星会靠近地球一次,但这次格外的近,下一次这么近要等到公元2287年。所以美、欧、日都急急忙忙地发射探测器,其中大多数以找水为首要目标。只有“猎兔犬2号” 雄心勃勃,打算分析火星土壤、计算其中碳同位素比例,寻找生命存在的直接证据,当然欧航局已经彻底放弃已经死掉的“猎兔犬”,现在说这些都没用了。
火星快车的新发现
现在我们终于可以肯定地回答“火星上有水”。有趣的是,找到这迄今唯一的直接证据的,并不是正大出风头的“勇气”与“机遇”号,而是因为丢失了“猎兔犬”而有一点郁闷的“火星快车”。1月23日,欧洲航天局宣布,“火星快车”上的红外线相机对火星南极地区上空水蒸气中的分子进行了分析,确认火星南极地区存在冰冻的水。
“火星快车”携带了一台名叫欧米加光谱仪的仪器,它可以接收火星表面反射的太阳光。反射的光线遇到火星表面或空气中的不同元素其波长会发生改变,分析这些光线波长的变化,就能判断火星特定地区地表成分。对火星南极某一地点的探测表明,光谱中存在与水的特征完全相同的谱线。
欧洲航天局专家一致认为这是火星有水最直接的证据。火星上目前正值夏天,高温使火星南极巨大的干冰冰盖部分融化消散,没能将冰盖下的水冰完全覆盖,使人们得以直接探测到水冰。“火星快车”尚未探测出裸露水冰的具体储量。人们也不清楚这些冰冻水是长期存在于火星南极,还是夏季融化蒸发、冬季凝固。
火星快车在Hellas盆地拍到的照片,这也许是一条流水冲刷而成的河谷
“火星快车”还证实了一个猜想:火星之水的去向。如果远古时代的火星曾经洪水奔腾,现在为什么会这样干燥?科学家认为,太阳风会把水分子从火星上“刮走”。太阳风是太阳抛出的高能粒子流,它们冲击大气、带走水分子,在火星背朝太阳的一面留下一个类似于彗星彗尾的东西。在漫长的岁月中,大量的水就这样逃逸到了外层空间。“火星快车”的观察表明,太阳风的确在使火星损失水分子。
勇气和机遇
1月4日火星当地时间早上8点多,在披头士的摇滚乐《早上好、早上好》的呼唤下,“勇气”号在火星的古谢夫环形山中醒了过来,准备在接下来的几个月里慢慢地伸懒腰、翻跟斗、活动手脚、爬来爬去、东瞧西看,在周围的石头上敲敲打打。古谢夫环形山位于火星赤道南部,可能是几十亿年前一颗小行星撞击形成的,一些地理特征显示它很像一个干涸的湖。“勇气”号在这里着陆,就是为了研究它是否曾经真的是一个湖。它一度发生故障与地面失去联系,但终于康复并继续工作。2月7日,它在一块足球大小的石头上钻了一个直径45.5毫米、深2.65毫米的孔,准备分析里面的物质、研究这块石头的地质特征进而推测火星地质史。这是人类第一次在火星岩石上钻孔。
勇气号在火星岩石上钻洞
在火星的另一面,“机遇”号于1月24日成功着陆。它的着陆点非常靠近科学家划定的火星本初子午线(即经度0度之处),称为“子午线平原”(或“梅尼迪亚尼平原”)。选择在这里着陆的原因是,以前的探测表明,这一区域可能有多达20%的面积蕴藏着赤铁矿。赤铁矿物通常在有液态水的环境下生成,因此视作是火星上曾经有水的证据,科学家对“机遇”号找到水寄予了比“勇气”号更大的希望。
机遇号拍到的火星土壤放大图,注意看其中的圆石头
“机遇”号传回了火星土壤和岩石的显微照片,在其中一些照片上,有着表面光滑的圆石头。有科学家认为这是液态水侵蚀形成的,就像地球上的鹅卵石。但也有人说,火山爆发或陨星撞击都可能产生类似的石头:圆形的岩浆滴或液态玻璃珠在落地之前就凝固了。另一方面,赤铁矿也有可能在火山活动中形成。因此一些科学家认为,现在断定子午线平原上曾经发过洪水实在太早了。“机遇”号会对这些石头作进一步分析。也许最好的办法是将来取些岩石样本带回地球来,观察一下内部结构就能断定它们是在火山还是在洪水中形成的。
最早的返回式火星探测计划将在2011年实施。“勇气”和“机遇”号是不会回来的了。它们靠太阳能电池板工作,日出而作、日落而息。地面控制中心的科学家也跟着按火星时间表生活,拉上窗帘不管地球上现在是几点钟。随着火星离太阳越来越远、探测器上的太阳能电池板也蒙上越来越多的灰尘,电池产生的动力会越来越弱。可能着陆三个月后,它们就得不到足够的能量进行夜间保暖,从此冻僵在原地。环火星飞行的“火星快车”会坚持得久一点,不过它终究会在火星引力的拉扯下坠毁。
“勇气”和“机遇”号现在还没有什么大消息要宣布。对它们收集到的数据和图像,科学家可能要作几个月甚至几年的分析才能得出一些有意思的结论。空间探测本来就是这样的。
火星与我们
火星探测究竟有什么意义呢?既然并没有火星人存在,用一般热闹电影的情节去要求,这并不有趣,看起来也不怎么有用。但实际上,即使只是找到了最简单的火星细菌的遗迹,都将是有史以来最伟大的科学发现之一,将对我们的科学和文化产生极其深远的影响。生命在宇宙中是否普通存在?最早的生命是怎样出现的?地球生命都以DNA为遗传物质、由复杂的含碳分子构成,这是偶然还是必然?火星生命的发现将有助于回答这些重大的基本问题。
不过,我们要十分小心,以免把这件事搅黄了。几个探测器报废后的破铜烂铁,还不至于造成什么火星垃圾问题,但地球微生物附着在探测器上到达火星并生存下来,是绝不允许发生的情形。几个空间技术大国已经签署了条约,承诺在探测其它星球时要全力避免生物污染。否则如果出了问题,将来我们从火星或其它星球上挖回来的细菌竟是探测器从地球上带去的,那可就糟糕之极了。这不仅仅是努力白费的问题,生物污染影响了外星球原来的环境,是无可估量的损失。
火星探测还有一些实用价值。如果找到水的话,将来人类生活在火星上起码不用担心喝水问题。而且水分解产生氢和氧,可以成为燃料,这样火星就能作为人类探测更远遥空间的中转站——尽管这种情形还实在比较遥远。
火星的大气层可以作为研究地球气候变化的参照。例如20世纪70年代,“海盗”号探测器获得的数据就被用来帮助研究大量尘埃进入地球大气层后会发生什么。一场核战会使大气中充满尘埃。计算表明,尘埃会阻隔阳光,使气温急剧下降,造成全球生物大灭绝,这就是世界末日一般的“核冬天”。某种意义上可以说,对火星的探测,间接地促成了核裁军。
火星小档案
身份:太阳系第四行星
轨道:椭圆
与地球距离:5600万至4.01亿公里
平均气温:零下63摄氏度
公转周期:687个地球日
自转周期:24小时37分钟
引力:地球的40%
直径:地球的一半
卫星:火卫一和火卫二(Phobos和 Deimos,希腊神话中战神Mars的儿子)
大气:基本上是二氧化碳,还有水蒸气,非常稀薄。
水:极地有水冰
液态水:未知
生命:未知
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