在太空探索事业上,人类的探测器只能到达太阳系的边缘。也就是说,在可见的未来,人类只能在太阳系内寻找殖民地。这个殖民地应该建立在什么地方?大多数人也许会投票给火星。平心而论,火星远不如地球舒适。火星的平均温度只有零下63度,和地球的极地类似。
更要命的是大气主要由二氧化碳构成,只有不到0.4%的氧气。土壤中富含高氯酸盐,杀死一切你能想到的植物。大气压不到地球的百分之一,人不穿增压服会丧命。而且火星的磁场很弱,这使得高能太阳风离子和宇宙线可以直接轰击大气层。
由于火星的大气远比地球稀薄,高能粒子有相当部分可以抵达地面,对地面的宇航员造成伤害。但相比起太阳系的其他地方,火星已经是一片乐土。火星外围的木星,土星都是气态巨星,连个落脚的地面都不存在。
而更远的天王星、海王星离太阳实在太远,整个世界处于冰冻的状态。其他的两颗类地行星处在地球轨道以内,拜太阳所赐,水星几乎没有大气层,白天在太阳直射下温度高达420摄氏度,晚上由于没有储热能力,温度可以下降到零下180度。
金星倒是有一个大气层,但这个大气层过于稠密,地表气压达到了地球的92倍。更糟糕的是,金星浓密的大气层充满了二氧化碳,带来了强烈的温室效应,以至于金星白天的温度还要超过水星。
这样一比较,火星虽然不好,但至少还有改造的前途。从好的地方想,至少火星可以建造一个小型的封闭式殖民地。温度虽然零下70度,但也不过就和地球南极类似。殖民地封闭后,大气压过低就不是困扰。而氧气可以从火星大气中提取,水可以从土壤中获得,净化后就可以用来饮用、种植植物。
火星的重力只有地球的三分之一,这使得建造工作能够轻松不少。火星上人类甚至不用调节自己的生活作息习惯,实行8小时工作制,因为火星的自转周期和地球非常接近,大约24小时多一点。相比之下,金星的一天可是有5832个小时呢。
火星上的山坡。狭窄的暗条纹可能是由季节性的水流形成的。
火星上的水
水对地球生命至关重要。生命最先在海洋中孕育,水又是大多数生物最主要的组成部分,但地球上的水从何处来?太阳系中其实并不缺少水。彗星,那些拖着长尾的旅行者实际上由大量的水冰和尘埃构成。人们一般认为,正是这些彗星带来了地球上的海洋。
需要多少彗星?按照今天的观测,地球海洋的形成大概需要消耗上千颗30公里左右的彗星。在今天的太阳系里,彗星碰撞几率不能满足这样的要求。但是在地球远古的幼年时期,太阳系是一个远比今天危险的地方。在大约41亿年前,彗星和内太阳系行星的撞击非常频繁,也正是在同一个时间里,月球背对地球的那一面被撞出了密布的环形山。
彗星不只是撞击地球,也同样撞击其他的类地行星,比如火星和金星。为什么火星和金星没有海洋呢?一般认为金星在历史上确实曾经和地球相似,有着液态水构成的海洋。但是金星的温室效应非常严重,过高的地表温度使得水完全被蒸发到大气中。在大气中的水进一步被太阳紫外线解离为氢离子和氧离子。在高温下,氢气会迅速从大气层中逃逸。更糟糕的是,金星几乎没有磁场,太阳风中携带的高能离子会直接和大气层接触,将氢离子和氧离子更快地带出大气层。相比之下,地球磁场却可以很大程度上保护大气中的水分不被太阳风剥离。
火星上也可能在远古存在海洋和湿润的大气。但是火星的质量只有地球的十分之一,无法维持地球这样稠密的大气。今天火星表面的大气压只有地球海平面大气压的千分之六。低压下火星表面的水要么迅速蒸发,要么冻结成冰,无法以液态长时间存在。但火星平均温度只有零下63度,低温有助于火星保持水冰。在地球上用望远镜观察火星,可以看到火星的两极被白色的「冰原」覆盖。火星轨道探测器发现,极地冰原表面是冻结的二氧化碳,也就是「干冰」。
随着火星夏季温度升高,干冰会升华,这带来「冰原」面积的剧烈变化。升华的二氧化碳气体会在两极形成400公里每小时的飓风。同时探测器发现在二氧化碳冰原下方储藏着巨量的水冰,深度可达数英里厚。这些冰的总量相当于地球上格林兰岛冰层体积的30%。好奇号火星车也发现,火星的土壤中有1.5%-3%的水。
火星上的水还不止如此。1971年,水手九号飞抵火星带来了火星地面的清晰照片。研究者很快发现,火星的地质运动痕迹比想象中的丰富。水手九号和之后的火星探测器让人们发现了大量类似冲击平原、三角洲、河谷一样的地形。有研究者认为,火星早期的地质活动可能远比今天剧烈,大量的火山喷发给大气中充入了大量的二氧化碳和水蒸气。这些气体会带来剧烈的温室效应,使得火星早期的温度远比今天高,可以保持液态的地表水,甚至是海洋。但今天火星表面还有液态水吗?似乎液态水不太可能存在,因为火星的气压太低,水在火星的温度范围内要么冻结成冰,要么迅速升华。但实际情况出乎我们的预料。
2011年,NASA发布了一系列由火星勘测轨道飞行器拍摄的图片。图片显示火星在南半球中低纬度地区的一些斜坡上有明显季节性变化的暗纹。科学家将其命名为「季节性斜坡纹线」(recurring slope lineae)。这些纹线表明火星上存在着某种可以蒸发的液体。在这样的纬度上,火星的温度在夏季可以达到零下二十度左右。根据地球上的经验,液态水是不可能存在于这样的低温下的。但这些水中溶解有大量的盐类,它们使得水的结冰温度大幅度地降低。也就是说,火星表面可能季节性地存在着「卤水」。
2015年9月,NASA进一步发布了火星存在液态水的「铁证」。研究人员通过光谱分析发现,「季节性斜坡纹线」生长的地区存在着水合盐。而这些盐类的分布和纹线的宽度强相关,只有在纹线最宽的地方才可能探测到这些水合盐的存在。这极大地暗示了这些季节性变化的纹线可能正是由水在夏季的融化流动造成。
这些水中可能存在生物吗?答案并不明确。我们已经知道的是这些液态水中将溶解着高氯酸盐,这对绝大多数生物都是严酷的挑战。但不管怎么说,火星上确实存在着大量的水,这将是未来火星殖民地的重要资源。