书城童书太空迷幻漫游
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第50章 火星为什么会有液态水

美国宇航局(NASA)在不久前的一次新闻发布会宣布,火星的表面就存在着液态水。事实上,火星研究者多年前就已经知道,火星上一定有水。因为在火星大气中早已探测到存在有水蒸气,在火星两极也发现有一定量的水冰。甚至于在火星的地下还有可能存在足够数量的冻结的水,它们融化之后,可以成为一个海洋。最近的发现,令人惊奇之处就在于:火星的近表面竟然就有液态水!

在发现火星液态水的高纬地区,气温冷到了水的冻结温度以下摄氏70到100度,冻结的土层可能会有3~6千米厚。极低的温度和极稀薄的大气(只有地球大气的1/100),使得火星上的水基本上只可能以两种形式存在:固态的冰和气态的水蒸气。如果将一杯水从火星深处送到表面,它会立即冻结或者蒸发。

火星上的气压如此之低,使得能够存在液态水的温度范围最多限制在摄氏0~10度,也就是说,纯净的水在摄氏10度以上就沸腾了。像在地球的高山上,水在不足摄氏100度就沸腾了,只不过在火星上这个温度还要低得多。火星上总的含水量大约为地球南极的4%,地下水的含量就更大了。水的循环仍可能通过雨雪的形式落下来,但又冻结成冰。在火星的两极地区就有大量的冰。其中北极帽的水冰有1200千米的跨度,有些地方厚达3千米。

但是,为什么在这么冷的条件下还会有液态水存在呢?

从滑冰来谈这一问题很容易理解。在不太冷的天气,溜冰者的重力及运动给冰面增加了一点压力和摩擦,产生了薄薄的一层水。火星表面的平均大气压刚好在其水的固、液、气三种物相的交点附近。只需要将气压升高一点点,就可能存在液态水。火星上水的三相点的位置为压强6.1毫巴和温度摄氏0.01度。火星上全球平均的表面大气压只要略微高一点,从理论上讲,是可能存在液态水的。

三相点刚刚高于火星表面的平均大气压是偶然的吗?一些科学家认为,假如火星全球平均气压比这稍高一些,在火星表面就会广泛地存在液态水,大气中的二氧化碳就会溶解于水中,含有碳酸的酸性水与含硅的石质物质相互作用,形成含碳的矿物。这一过程会使大气变得稀薄,直到使气压降低到低于三相点。因此,火星大气在这方面可能有一个自调节的过程。

就是在那些大气压稍微高于三相点而气温又低于水的沸点的地方可能存在液态水。在火星南极附近的希拉斯盆地(这是一个由小行星撞击形成的洼地,跨度有2100千米,几乎深达9千米的底部),是火星表面的最高气压区,为12.4毫巴,远远高于三相点了。

火星上有5个区域有可能发现位于地表的液态水。除了上面说的希拉斯盆地,还有Amazonis地区,Chryse和Elysium盆地。它们占据了火星表面大约30%。当然,并不是说在这些地区一定会存在液态水。

由于火星上非常冷,只有白天才适宜液态水的存在,在夜晚水又被冻结。譬如,在“海盗号”着陆器的降落点,夏季日照的白天,气温可以达到摄氏零下17度,而土壤中可以高达摄氏27度。但是,日落以后,温度会降到摄氏零下60度,甚至更低。

液态水的存在可能还有一个重要的原因。日常生活经验告诉我们,一般的水在摄氏零度就冻结了。但是,如果水中含有盐,它在更低的温度下才会冻结。南极洲的顿卷池(Don JunnPond)就是一个很好的例子。它的含盐量很高,在摄氏零下24度的低温下还存在液态水。可见,盐可以使水的冰点大大降低。某些盐的组合,可以使冰点降低60度。对于火星,经过热力学和化学稳定性的研究,认为最有效地使冰点降低的盐成分,主要还是氯化钠,也就是我们生活中不可缺少的食盐。

最近对于火星陨石的分析表明,如果火星存在过古代海洋的话,含有和今天的地球海洋类似的一些盐分。早在1976年,两个海盗号火星着陆器就分析过火星的土壤,发现可能含有10%~20%的盐分。火星岩石和地球上的一样,浸入水中,就会与水反应,形成盐和黏土矿物。具体的化学过程,则和局部的岩石成分有关。

另外,流动着的水比较容易保持液态。因为冰是一种晶体,流动着的水不容易形成晶体,也就不容易结成冰。在寒冷的地区,一直流着水的水管就不容易被冻住。在火星地下的含水土层,含盐的水当然也是这样。前年,美国科学家曾考察阿拉斯加,寻找喜寒的微生物。那里是冰天雪地,气温在冰点以下,但是仍有液态水流出冰河。和冰层靠在一起的黑色石头吸收了阳光,使冰融化。在液态水的一些小池子里,有很多微生物。在摄氏零下20度的南极洲,科学家也曾经见过这样形成的液态水。在地球上的更多的地区,可以见到在摄氏零度以下冰和液态水共存。最著名的是Vos-tok湖,这是南极冰盖下大约4千米深处的一个广阔的水域,面积大约有加拿大南部的安大略湖那么大。冰盖就像一条大毯子,上面的温度与火星上一样寒冷。

是否有一天火星探险者可以在火星的地下也发现一个Vostok湖呢?没有人知道。未来的火星探险者将不只是“循着水去找”,而是要“循盐去找”。