专家解读：NASA如何发现火星液态水？

　　火星上Hale撞击坑中央峰的季节性坡纹及其CRISM光谱

　　a为Hale撞击坑中央峰的季节性坡纹，上北下南，太阳光从左侧照入，影像源于HiRISE相机，摄于第31个火星年。b为a图中方框区域的红外光谱。

　　火星上Coprates Chasma地区观测到的季节性坡纹、冲击扇及其CRISM光

　　图中，a为Coprates Chasma地区源自基岩的季节性坡纹，黑色箭头为可能与水流作用相关的冲击扇。b中的彩色方框与a为同一区域。c中不同颜色的光谱对应a中方框区域的测量结果。

　　低温卤水具流动性

　　火星与太阳的平均距离约2.279亿千米。表面干燥、寒冷，且大气稀薄。火星的表面温度随地理位置、一天中的时间以及表面性质而变化。在黎明前温度最低，然后迅速升高，正好过中午后温度达到最高值，然后在下午迅速下降，随后慢慢地下降到黎明的低值。

　　由于火星轨道的偏心度，火星南半球夏季最高温度大约比北半球高30K，在很宽的纬度范围内都超过了273K，最高温度记录是仲夏季节的中午，在南纬25度处，记录到295K的最大值。最低温度是仲冬时节，南极极冠的温度可降到140K。在表面以下几厘米深度，日平均温度为210～220K；在冬季极区，温度降低到150K。

　　表面温度随天、季节和纬度有很大的不同，夏季最高温度可达17℃，但平均日温不超过-33℃。由于大气层很薄，日温度变化100℃是很平常的。在南北纬50°以上的极区，整个冬季的温度都很低（低于-123℃），使大气的主要组分CO2冻结成白色沉积物，形成极冠，由于极冠的季节性循环，表面总气压波动达30%。

　　由于火星表面气温往往低于纯水的冰点，因此纯净的液态水在火星上很难存在，而高氯酸盐的存在降低了水溶液的冰点。一般加入铵盐后的水溶液，冰点可降低至约零下40摄氏度，实验室中经过优化后的配方，水溶液的冰点可降至约零下80摄氏度。因此，即便在远低于零摄氏度的低温下，火星上的卤水也有一定流动性。

　　此外，由于水溶液中的高氯酸盐含量高，密度大，火星上的低温使水溶液黏度大。因此即便是液态，水溶液的黏度也可能上升2-3个数量级，就像我们办公室使用的胶水，流动性较差。这也是虽然在火星上观察到大量季节性坡纹，却至今没有找到液态水流的原因。

　　高氯酸盐有毒

　　迄今为止的多个火星探测器在火星表面探测到了碳酸盐、硫酸盐、氯化物等一系列地球上常见盐类矿物。遥感光谱及高分辨率相机的探测数据表明，火星北半球高纬地区分布着大量以石膏为主的硫酸盐，中低纬度地区的水手峡谷及附近低地广泛分布镁、钙硫酸盐；火星南半球中低纬度高原地区存在分布广泛的氯化物。

　　除了遥感测量外，机遇号、勇气号、凤凰号、好奇号等火星车在着陆区附近发现了一系列蒸发盐矿物。凤凰号着陆后在机械臂上冷凝的液体中探测到大气沉降形成的高氯酸盐，并发现火星近地表可能含有高浓度的卤水。

　　此次成果发布会上展示的火星液态水正是高氯酸盐为主的卤水。

　　高氯酸盐有毒性，会致畸。人体摄入高氯酸盐将抑制碘吸收，削弱甲状腺功能对婴幼儿也有致畸作用，会产生面部溃疡。

　　即便如此，有水总比无水好，哪怕是有毒的水，也远远比付出高昂代价从地球上运水要好得多。水是生命之源，火星上的水资源实在太珍贵了，没有水航天员在火星上将完全无法生存。虽然水在太阳系中非常丰富，火星上也曾经有过大规模的水，以及许多河流和湖泊。但此前在火星上还没有找到可用的水源，航天员生存所需的水需要就位生产或从地球上带去。地球上已经成熟的海水淡化技术和国际空间站的水循环利用技术，大大增加了人类在火星上就位取水的可能性。在国际空间站，不会有任何一滴汗水、眼泪或尿液被浪费，利用再生水回收系统，太空舱内收集的水分经过过滤、净化后循环利用。有位航天员曾经形象地说过，在国际空间站上，我今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。

　　富含高氯酸盐的液态水的发现增加了火星上存在宜居环境的可能性，下一步NASA科学家致力于研究这些卤水的来源及其储量。火星上是否存在或曾经存在过生命物质的问题一直以来是火星探测的热点与重点。由于直接探测生命存在技术困难，因此寻找火星上具备生命物质产生、生存与发展的环境条件成为解决问题的关键，旨在回答水的存在、水体发育程度、气候条件、土壤中微生物等。

　　根据地球的经验，只要有液态水并且有一定的热量，几乎肯定可以有生命存活。此次发布的重要成果，为下一步在火星上寻找生命提供了希望。当然，火星上的生命肯定只能是低等的微生物。

　　（注：文中所有图片来自NASA。科普中国出品）