如何评价火星上发现第一个液态水湖？发现生命的可能性是不是更大了？ 第1页

凌晨一点，本已就寝，被火警唤醒，全楼疏散。

夜空中，火星闪耀。恰此时瞥见这样一则大新闻，赶紧写几句。

0、火星上疑似发现了一个液态水湖。是欧空局火星快车（Mars Express）轨道器用MARSIS测地雷达看到的（Orosei 2018）。

1、另一个环绕火星的主力轨道器，火星勘测轨道飞行器（MRO），表示啥也没看到（Grossmann）。不过因为雷达使用的波段不同，尚不能直接比较。

2、不晚于1987年就有人提出了火星两极冰盖下存在液态水的可能性（Clifford 1987）。他认为产生液态水的主要机制是两极冰盖通过大气沉积达到几千米后，自重产生的压强太大，把底部“压化了”。

3、因为火星轨道不圆，北半球比南半球整体来说更冷，极冠冰层也更厚、底部压强更大，所以 Clifford 1987 认为北极极冠下更容易产生冰下湖。

4、但这次发现冰下湖的地方是在南极冠。冰厚1.5千米。

5、MRO的科学家猜测，MRO没看到同一个湖的原因是他们雷达的波段下，穿透冰层能力比较差，没法看到那么深的湖。

6、我猜，这也许也是为什么先在南极找到这个湖的原因——冰薄、容易找。如果是这样的话，那也许北极还有更大的？

7、雷达数据计算和判读是个技术活。从论文的口吻看，他们还不敢说这就是铁证。但他们已经尽力排除其他可能性了，最后只剩这个解释能站得住。

8、最直接的证据大概还得将来派船过去直接开洞取样。但在行星保护规则的约束下，这样的任务会被非常谨慎的规划，以免地球微生物侵入火星原生环境。（参见我早前专栏文章《去火星？别急着降落》）

9、实际上完完全全杜绝地球微生物污染是不可能做到的，能做的只是尽量搞清扩散的过程、评估污染的危险，最后决定是否值得冒这个险。

10、为什么说是冒险？因为在地球上我们差点就搞砸一次了。在南极有个冰下大湖叫 Vostok，1999年的时候俄法美几国科学家去那打洞，但使用的润滑剂包含煤油和氟利昂，会污染水体，于是冰层在还有150米就要打穿的时候，他们被叫停了。又过了好几年俄国人才琢磨出更好的方案，终于把冰凿穿了（Life under ice）。

11、俄国人拿到了南极冰下湖的水样，里面果然包含表示存在细菌的遗传物质。这可能是3500万年前这个小湖和外面的海洋连为一体的时候留下来的。

12、而火星表面遗留的很多地理特征，都表明火星也曾经有过稳定存在的江河湖海（Parker 2013）。如果那时的火星有过生命，活要见菌死要见尸，我们期待能在冰下湖中有所斩获——这同时会让我们加倍谨慎。

13、在太阳系的众多星球上，我们都已经发现或者高度怀疑存在冰下水体。从喷出咸水的土卫二、布满冰隙的木卫二，乃至太阳系边疆的冥王星，等等。火星姗姗来迟，但它可能是我们最早进行实地取样的几个星球之一。

让我们努力活到能一起见证这一切的那一天。

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简单地说，火星可能存在生命。

这简直是一个爆炸性的新闻，这么多年来，地球一直孤独的漂泊在星际之间。太阳系有八大行星，银河系中有上千亿颗类似太阳的恒星，而宇宙中更是有上万亿个类似银河系的星系。

按理说，我们不应该这么孤独。

然而自从人类开始了太空探索那一天起，一次次的扫描，一次次的寻找，却让我们失望了，似乎宇宙中，地球是独一无二的存在，生命也自然是如此。很多星系根本就不适合我们已知的生命的生活条件，太冷的，太热的，太快的，太慢的，还有各种各样的条件，尤其明显的是，没有水。没有水，就没有生命，这是一条地球人类至今的铁律认识。

于是我们开始给自己找各种借口。

有的人认为，宇宙中也许存在其他智慧，只是我们人类尚未发现。

有的人认为，也许宇宙中的生命形式和我们已知认识根本就不一样，比如什么硅基生命。

当然也有的人认为只有地球才有生命，毕竟宇宙再大也是有限的，不是穷举的，这种情况下，想要像地球这样一模一样，还是很难得。

所以，我们是宇宙的孤儿。

然而这次发现却颠覆了我们，火星，这颗距离我们如此之近的行星，同在太阳系的邻居，竟然存在水。

水可是生命之源啊！

根据现在的认知，地球的生命就是来自于水中，也就是著名的原始汤理论。根据这个理论，最早的地球虽然环境极其恶劣，比如温度极高，极不稳定，但是在水中，由于巨大的能量活动，比如闪电和火山喷发等地质运动，导致早期的海洋其实充满了各种化学物质，尤其是有机物，就像一锅浓浓的原始汤。关于这一点，著名的就是米勒实验，1953年由美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成了一个模拟实验。通过模拟原始地球，在还原性大气中进行雷鸣闪电能产生有机物（特别是氨基酸），这论证了生命起源的化学准备的是完全可行的。

米勒尤里实验目的就是论证：早期地球环境可以让无机物合成有机物比较容易发生。而有机物，是生命的必须原料！

具备了最早的有机物准备，这锅原始汤中的分子，偶然的碰撞着，忽然间碰撞出了一个可以自我复制的小分子，那么生命就在那一刻就诞生了。

可以说，水是诞生这一切的最基本的条件，因为水可以提供基本的反应场所和反应溶剂以及反映载体。

这次火星发现水，那么意味着，早期和地球一样环境的火星，也同样具备和地球生命一样的早期环境，那么，这岂不是意味着火星曾经也存在过生命？

甚至，现在火星依然存在生命？毕竟火星表面气候是恶劣，但是这次发现的是火星南极巨大的干冰极冠之下发现了巨大的液态水湖，大小可以用20公里。

液态水湖呐，那么封闭的世界，说不定真的存在生命。毕竟根据我们地球上的经历，已经证实了，地球无论多极端的环境，都有可能存在生命。

南极有，火山口有，深海海底有，因为有各种极端的微生物存在，这些微生物主要是古细菌，他们可以hold住几乎所有的环境。比如超高盐的环境，就有极端嗜盐古菌，海水晒盐场、盐湖甚至古海洋沉积物等高浓度盐环境都存在这类生物，还不少，有18个属之多。还有各种嗜酸性嗜碱性生命。

再比如我们地球上还有打不死的小强——水熊虫（举这个例子主要是说明不只是单细胞微生物，多细胞的动物都可能耐受极端环境。）

它是地球上最顽强的生物之一，学名叫缓步动物（Tardigrade），俗称水熊虫（water bears）。
我们来看看这种生物到底有多强大。
热不死 我们常说加热灭菌之类的。是的，100度的开水足以杀死绝大多数生物了，包括我们实验室用的高温高压灭菌，也就是121℃。 而水熊虫呢？151 °C不死！！！

冻不死 在大雪纷飞的南方艳阳天里，有多冷？ 可是水熊虫呢，-20℃，不悲不喜活30年。 在降温，地球目前有记录以来最低温度是-91.2℃。在这个温度下，基本几分钟人就冻僵了。水熊虫呢，不惧，你把这温度再翻个倍。-200℃的液氮里，水熊虫依然可以存活。 最可怕的是，-272℃，大家都知道，绝对0度是-273℃，而水熊虫，在-272℃下依然可以存活！

压不死 水熊虫曾经在1200个大气压下存活。这个压力有多大，额，大家知道轮胎吧，一般常见的轮胎气压不超过10个大气压。1200个大气压，大概地球最深的马里亚纳海沟也达不到。 一头六吨的大象，全部重量踩在一只脚上，大概是10个大气压，也就是说，120头大象全部集中在一只脚上，才能达到这个压强。

不惧辐射 水熊虫可以承受5000Gy的辐射，这个值有多大？人类的致命辐射为5-10.大概是人类的500-1000倍。

不怕真空 把水熊虫丢到太空里，面对太阳以及宇宙的直接辐射，再加上真空，水熊虫依然可以存活。

不怕干燥 在干燥情况下，水熊虫依然可以存活，它们会缩成一坨，进入一种类似休眠的状态，然后活个几十年甚至上百年。

这简直就是超级小强加强版啊！！！

水熊虫大小大概是0.05-1.5毫米，这个大概是一根头发粗细。

而且，水熊虫的分布，可谓上天入地下海，无处不在！ 在喜马拉雅山脉（Himalaya mountains）（6000m 以上，曾在5546米处发现过）、温泉、南极和深海（4000m 以下）都能生存

答案是，地衣，苔藓等地方，都有水熊虫的存在。

当然了，这也意味着，我们也许可以移民火星了。

已经有很多细节的分析了，我来补充下这次事件在整个人类探测火星水研究方面的地位和意义吧，科普下在火星上如何找水。

昨天夜间，新一期的《科学》杂志公布了一个大新闻：欧空局的火星快车号探测器在火星南极极冠之下1.5千米处，发现了一个直径达到20千米的地下水富集区域，极有可能是个巨大的湖泊，相较而言杭州西湖最宽处仅仅3.2千米。火星地下湖的发现，是探测火星历史上里程碑式的重大发现。

发现地下湖的火星南极极冠（图自：NASA）

1.大量水源的发现意味着什么？

水是生命之源，大量的水极有可能孕育生命，地球上生物多样性已经足够说服所有人相信生命的无穷潜力，毕竟地球上大洋底部的火山口环境中都能孕育各种生命，更别提地球上还有近800种生命力极其强悍的水熊虫物种（没听说过的读者可以搜索下，感受下这物种的可怕！），火星这个地下湖的条件也可能孕育。

大洋底部的火山口温度极高、几乎没有氧气，但依然有生物广泛存在于周边（图自：NASA Science）

火星南极极冠附近长期处于酷寒状态，绝大部分是二氧化碳干冰，地下湖所在的位置温度也低至-60度左右，没有结冰、很高的导电率说明水中富含各种盐类，是高浓度卤水。

按照此前好奇号火星车的研究，火星上高氯酸盐并不罕见，那么这个水湖中很有可能溶解了大量的高氯酸盐，而中学知识告诉我们，加热氯酸钾就能产生氧气。同时，水本身是一种优秀的能量转换介质，电解（例如使用太阳能和核能）产生氢和氧都是人类所亟需的，氧气可用于呼吸，液氧液氢也是重要的火箭燃料。

液态水、仅仅极冠之下1.5千米深，这意味着利用起来难度并不大，同时还有一个重点：这只是发现的第一个。

2.谁发现的？

科学家们的分析数据来自欧空局第一个火星探测器火星快车号。它主要得名于2003年的6月的发射窗口是6000万年以来火星与地球之间达到的最近状态，只需要半年左右即可抵达（6月2日出发12月25日圣诞节抵达），犹如快车一般。不过时间一晃过去了15年，它的轨道器至今依然在火星工作。

火星快车轨道器和小猎犬二号着陆器（图自：NASA）

此前的美苏/俄探测实在遭遇过太多不幸的失败，欧洲人并没有把所有的鸡蛋放在一个篮子里，这颗探测器的预算也相对较少，仅为3.5亿美元左右。为了节省成本，这个火星快车和欧空局的另外两个重要任务--探测彗星的罗塞塔号、探测金星的金星快车号--使用基本一样的卫星平台。它还尽量实现低成本、多功能，搭载了一个英国主要负责研发的小猎犬二号火星着陆器，这个小猎犬二号与当年两次载着伟大生物学家达尔文发现物种起源和进化论的帆船同名。欧洲人对这次任务的期待可想而知。

不过很不幸，小猎犬二号成功降落火星后并没有正常工作。《变形金刚》系列电影也向这位伟大的人类使者致敬，在电影开头中小猎犬二号是在火星被邪恶势力霸天虎的红蜘蛛发现并破坏，红蜘蛛也因此发现了小猎犬二号就来自隔壁的地球，最终将《变形金刚》的战火烧到了地球！

3.科学家们都有哪些手段在火星发现水？

历史上人类共有55个火星探测任务，但是成功率只有可怜的53%，毫无疑问，几乎每一个任务都将发现水作为一个重要研究方向。通常来讲，探测火星任务主要有三种：轨道器，飞在空中；着陆器，降落定点勘察；火星车，可以移动。不同的任务也能在不同的维度进行分析，对水的探测技术大概有如下几类：

· 遥感拍照。NASA的轨道侦察器（2005工作至今）携带了一个口径高达0.5米的高精度观测相机，它可以对火星实现分辨率0.3米的高清绘制，它曾经在2011年拍到过卤水在斜坡上汇聚成溪流的壮观景象。

轨道侦察器拍到的大量水流痕迹（图自：NASA）

· 氢原子全球监控。NASA的奥德赛号轨道器（2001工作至今）借由探测仪器发现了氢原子在火星地下大量存在，尤其是在火星两极底部、奥林帕斯山山坡等地，空气中的氢原子含量甚至在周期性变化，这是最早坐实火星上广泛存在水的轨道器。后来的NASA大气专家任务、欧洲的ExoMars任务都丰富了这个分析。

· 雷达。本次的重大发现就由欧洲的火星快车号（2003工作至今）上雷达完成，通过分析雷达回波研究土壤介电常数，当干燥的土壤中出现大量的水分时介电常数自然会大幅上升。火星快车已经收集了十几年数据，目前只是分析了星下轨迹最多的极地地区，这必将激励科学家们进一步分析其他区域。

可以明显看出雷达探测到的介电常数在这片区域出现巨大变化

（摘自：R. Orosei et al. Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science.）

· 光学和红外光谱仪。NASA的奥德赛号通过采用这种方式重点分析了两极的冰冠，毕竟冰的形成夹杂着沙尘，它的研究结论证明极地地区覆盖有85%的干冰和15%的水冰，总量和格陵兰岛相媲美，后来的各个任务也确认此发现。

· 物理分析。这种研究需要接触到土壤，就只有着陆器和火星车能够完成，目前成功实现着陆的全部是NASA任务，70年代的两个海盗号着陆器、90年代末的探路者着陆器和旅居者号火星车、21世纪的凤凰号着陆器、勇气号火星车、机遇号火星车、好奇号火星车，它们可以直接分析土壤中水分含量，凤凰号更是挖出了冰块。它们基本证明火星地表土壤水含量在2%左右，而更深处这个比例更高。

凤凰号挖到的冰块出现明显的融化趋势（图自NASA）

· 中子反照设备。这是好奇号火星车的独门绝活，它会不断向土壤发射中子束，分析中子与氢原子核为主的能量反应，从而得到土壤不同深度氢原子（水和潜在有机物）含量。它降落的盖尔撞击坑已经存在了35亿年且接近火星赤道地区，本应非常干燥，但这里的深层土壤依然广泛发现了水分的存在。

· 辅助分析。火星上先后发现了黏土、非常圆滑的砾石、成片出现在地势较低处的盐分、含铁化合物的水合物、小型沟渠等，这些都印证了火星必然曾经广泛存在水流。

然而，这些研究都指向历史上存在的水和痕迹，仅存的水实在少得可怜。后续的研究结论更让科学家们失望：火星已经基本内部冷却不再活跃、进而逐渐停止地质运动，这意味着地表的空气和水已经没有补充；内部冷却磁场消失，没有了庇护大气和水的的保护伞，太阳风依然在不停剥离这些宝贵资源。

但是，今天的发现告诉我们：人类还不算晚，因为火星深层依然存在大量的水，甚至这种湖泊可能在别处存在！这意味着新的希望！

人类派到火星的使者们合影（图自：http://planetary.org）

直到今天，火星依然有共计8个探测器（美国5个，欧洲2个，印度1个）在工作，今年五月新发射的NASA洞察号探测器也正在飞往火星途中。而到了2020年，美国、中国、欧盟、印度等国又将掀起新一波探测高潮，我国也将挑战一次实现轨道器、着陆器和火星车的复杂任务。希望这些探测器为我们带来更多研究结论，载人登陆火星的意义也会显著增强。

也许我们距离发现火星生命，真的只差下一个研究。

（本文中标明来源的图片均已获得授权）

出品：科普中国

制作：太空精酿

监制：中国科学院计算机网络信息中心