▲2015年2月25日，欧洲航天局2015年2月25日观测到的火星南极冰盖。“火星快车”的观测首次表明，在南极冰盖下隐藏着一片由液态水组成的湖泊。

现在的火星上是否存在液态水？火星探测器、着陆器陆续找出一些证据，但这些关于火星液态水的证据一直都模棱两可。今天，《科学》杂志刊登了一项重要发现：欧洲航天局的“火星快车”号探测器在火星南极冰盖下首次发现大面积液态水！尽管高盐度让这个直径达20千米的湖泊很难成为常见生命的摇篮，但这无疑是火星探索旅程中的重大突破，也为进一步的火星生命搜寻提供重要线索。

在覆盖了火星南极的30亿年的冰盖边缘，一块名为“南极高原”（Planum Australe）的区域此前并没有引起科学家的关注。冰封、平坦、毫无特色，这里似乎只有沙尘和二氧化碳冰的痕迹。直到今天，在它1.5千米厚的冰盖之下，科学家收获了迄今为止最令人激动的火星发现之一——一片由液态水组成的湖泊。

意大利科学家通过欧洲航天局的“火星快车”探测器搭载的MARSIS雷达系统，发现了这片至少有数米深、直径约20千米的湖泊。一旦最终得到确认，它将成为人类在火星发现的首个液态湖。该发现不仅为过去甚至是当前火星生命的搜寻提供关键证据，还为数十亿年间火星环境的转变提供新线索。尽管目前探测到的只是一片湖泊，但研究人员表示，“没有理由认为，今天火星上的地下液态水只存在于这一区域。”这项研究发表在今天的《科学》（Science）期刊。

罗马第三大学的Sebastian Lauro是论文主要作者之一，他表示：“火星南极冰盖下液态水的发现具有重要意义，它让火星环境中微生物的存在成为可能。”

过去12年间，“火星快车”的MARSIS雷达系统通过低频雷达脉冲，对火星地下进行了详尽的测绘。每当探测到不同物质的边界，例如冰-岩床界线，数据都会被反射回探测器中。在液态水存在时，反射尤为强烈，在图像上会呈现出与众不同的亮斑。为了在南极冰盖下找到这样的亮斑，2012-2015年间，“火星快车”对南极高原进行了29次探测，最终确认了这处直径20千米的亮斑的存在。研究人员表示，之所以到今天才发表论文，是因为他们花了几乎一整年分析数据，随后用两年时间写论文、排除所有液态水之外的可能性。

数十亿年前，与地球类似，火星也布满了液态水。在这样的环境中，生命完全有可能出现。但随后，这些液态水神秘地消失了，火星变得干燥，只留下海洋、湖泊曾经存在的地质痕迹。在此前的火星探测中，一些间接提示火星存在液态水的证据时有出现。例如，在“凤凰号”着陆器的着陆腿上，就发现过凝结的露珠；轨道探测器也曾找到过火星表面有液态水正在流动的证据。不过，之后也有研究提出，这些所谓的“水流”实则是风吹的沙尘。

这些曾经遍布火星的液态水，如今都去哪了？其中一些可能进入太空，但更多的水并未真正离开火星，而是以冰的形式冻结在地下。如今，这一发现意味着，并非所有水都处在冻结状态。

▲火星高级高原的雷达成像（左图）证实，在1.5千米的冰盖（右图）之下，有液态水湖泊（中图的蓝点）存在。

▲发现地下湖泊的位置，一条一条的线段表示卫星多轨扫描区域。

“真正令人兴奋的是，这是通过三年的雷达数据观测到的，稳定存在的液态水，而不仅是短期出现的水滴。”挪威极地研究所的冰川学家Anja Diez说。Diez还表示，这片地下湖泊或许与雷达在地球南极、格陵兰岛冰川下发现的湖泊相似。

无论是在地球冰川还是火星冰盖下，冰的融化机制都基本相同：来自下方的热量，再加上压在上面的物质构成的巨大绝热层，让融水形成了地下湖泊。在地球上，这些湖泊通常被河道连接在一起，形成了类似河流的分支水网，延伸到冰下广阔的空间中。20世纪80年代后期，Steve Clifford（现任职于行星科学协会）开始探讨在火星的南北极冰盖下是否也会出现类似的水文活动，还有这类活动能否把融水输送到遍及火星全球的地下含水层中。据他推测，在火星的永久冻土层下，应该存在这样的含水层。Clifford的模型表明，大量液态水仍可能隐藏在火星深处，为那些很久之前从变得不再适宜居住的火星表面撤退的生命提供了一个遍及全球的避难所。

研究人员称，观测数据强有力地表明在火星南极冰盖下方存在着一片较大规模的液态湖泊。在地球上，冰面以下能获得足够的地热从而形成冰下湖泊，而火星内部是不存在那么明显的热流动的。火星两极地区温度非常低，通常在-60℃至-140℃之间，这也是为什么我们可以看到火星上有着白白的极冠，事实上它们是固态的二氧化碳，也就是干冰，冬天面积扩张，夏天则会缩小。

“这一发现可能意义重大，”Clifford说，他没有参与此次的研究，“基于与地球的类比，如果火星地下仍存在水，那我们没有理由认为在火星地下条件下产生并进化的生命无法持续到今天……如果火星地下深度仅有1.5千米的地方真有液态水（在火星南极高原），那么液态水也可能存在于更深的地方。而且，如果火星的某个区域具备适合生命生存的条件，而且这个区域与其他区域的水系是连通的，那么火星就可能拥有一个从行星早期一直存活下来的、非常大的地下生物圈。”

▲2015年9月宣布发现的火星“季节性斜坡纹线”（RSL）

那么问题来了，即便位于冰面以下，液态湖泊的温度也不会高到哪里去，它又是如何保持液态的呢？与当年火星表面液态水一样，只能有一种解释——这个液态湖泊富含盐分，特别是高氯酸盐，它们将显著地降低水的熔点，甚至可以达到-80℃。它们起到了抗冻结剂的作用，使得水的凝固点远低于正常状态。矿物盐在火星岩石中普遍存在，它很可能也是前文提到的火星露珠、地表水流的关键原因。不过，这些矿物盐对生命来说并不是好消息。但Clifford也指出，火星地下的热点（hotspots）可能起到加热作用，因此不需要大量能破坏生命的矿物盐，液态水就可能出现。

需要指出的是，这一猜想目前还无法得到验证。MARSIS雷达的敏感度和分辨度还是不足以探明沉积物的厚度，以及它是否与其他类似结构相连。将来升空的探测器上，将搭载更先进的雷达系统，届时这些细节问题或许能得以解决。而NASA的火星勘探轨道飞行器搭载的SHARAD雷达由于探测深度有限，没能在同一区域重复MARSIS雷达的发现。

最终，火星的地下世界究竟藏了多少液态水？这一问题或许只能交由机器人或人类宇航员的实地探测来解决。不过显然，目前还没有此类计划。“目前火星极地冰层之下仍可能有生命存在，这个事实强调了一个问题，就是我们在研究火星时绝对不能污染它，”Clifford说， “这不仅会使生命探测实验的结果变得模棱两可，而且还会污染可能在火星全球范围内相互关联的生命栖息地，从而对火星本土生物圈产生非常严重的影响。我担心，除非我们非常小心，否则我们最终可能亲手毁灭自己在另一个星球上发现的第一种生命。”

编辑：李晨琰
责任编辑：唐闻佳

来源：综合自微信公众号“环球科学”“天文爱好者杂志”。