如何解读 2015 年 9 月 28 日 NASA 关于火星的「重要发现」？
背景：为什么“液态水”如此重要？
在探讨那次发现之前，咱们得明白为什么液态水在火星探索中会是“头等大事”。你想啊，地球上的生命，我们所知的形式，都离不开水。只要有水，尤其是有液态水，就意味着：
生命的可能： 如果火星上曾经有过液态水，那么生命的起源和演化就有了存在的土壤。更关键的是，如果现在还有液态水存在，哪怕只是短暂出现，也意味着火星可能仍然存在着某种形式的生命，或者至少是一个可以维持生命的潜在环境。
未来探索的基石： 对于人类未来的火星登陆和殖民计划来说，水是生命之源，也是资源。找到可靠的水源，意味着我们可以就地取材，减少从地球运送水的成本和难度，这对于建立可持续的火星基地至关重要。
在 2015 年之前，我们已经从各种探测器那里得知了很多关于火星的信息：火星表面有干涸的河床、湖泊和海洋的痕迹，说明过去火星曾经是个湿润的世界。我们也知道火星上存在着大量的水冰，尤其是在极地和地下。但“液态水”这个东西，由于火星大气稀薄、温度低，即使有水，也很难以液态形式稳定存在，它要么会直接变成水蒸气升华掉，要么会冻结成冰。所以，找到现在还在流动的液态水，那可真是个石破天惊的发现。
NASA 那天的“重要发现”到底是什么？
在 2015 年 9 月 28 日，NASA 的召开了新闻发布会，由当时的多位科学家亲自讲解。他们的核心发现是：
在火星的某些斜坡上，发现了由液态水造成的“季节性斜坡纹线”（Recurring Slope Lineae，简称 RSL）。
这听起来好像有点拗口，咱们把它拆解开来理解：
1. “季节性” (Recurring)： 这意味着这些痕迹不是永久存在的，它们会随着火星的季节变化而出现、加深、变暗，然后在另一个季节又会变浅甚至消失，然后周而复始。这种周期性变化是关键线索。
2. “斜坡纹线” (Slope Lineae)： 你可以想象一下，在火星的陨石坑壁或者山坡上，会出现一些深色的、细长的条纹，它们沿着坡面往下延伸。这些条纹在视觉上就好像是水流冲刷留下的痕迹一样。
证据链是如何建立的？
光凭肉眼看到这些颜色变化和条纹还不够，科学家们是花了很长时间，通过多种探测器和先进的技术来佐证的。这里面最关键的几个证据包括：
高分辨率成像： 通过火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter，简称 MRO）上的高分辨率成像科学实验相机（HiRISE），科学家们能够获得极其清晰的火星表面图像。他们观察到这些纹线在温暖的季节开始出现，并且在数周或数月内逐渐变长、变暗。
光谱分析： 另一个极其重要的工具是 MRO 上的紧凑型火星光谱仪（Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars，简称 CRISM）。这个仪器可以分析地表反射的光线，从而识别出上面存在的化学物质。通过对这些深色纹线的分析，CRISM 检测到了水合盐类（hydrated salts），尤其是高氯酸盐（perchlorates）。
高氯酸盐是怎么回事？为什么它对液态水很重要？
这里是理解发现的关键点之一。高氯酸盐在火星上是被普遍发现的一种矿物质。它有什么特别之处呢？
吸湿性强： 高氯酸盐具有很强的吸湿性，就像一块海绵一样，能够从稀薄的火星大气中吸收水分。
降低水的冰点： 更重要的是，当高氯酸盐溶解在水中时，它会极大地降低水的冰点。在地球上，我们知道盐水不容易结冰，同样的道理，火星上的高氯酸盐溶液，即使在火星寒冷的环境下，也能保持液态。简单来说，高氯酸盐就像是天然的“防冻剂”。
所以，科学家们的逻辑链是这样的：
1. 观察到季节性出现的深色条纹。
2. 光谱分析发现这些条纹富含水合盐类，特别是高氯酸盐。
3. 高氯酸盐能吸收大气中的水分并显著降低水的冰点。
4. 因此，这些条纹很可能是由富含高氯酸盐的液态水从地下涌出，在斜坡上流淌，并浸湿了表层土壤而形成的。 当水蒸发或渗透后，留下的就是我们看到的这些深色痕迹。
这个发现有多“重要”？有哪些局限性？
这次发现无疑是火星探索史上的一个里程碑。它首次在火星上找到了目前存在的液态水活动的直接证据。这直接回答了许多科学家和公众长期以来最关心的问题之一。
重要性体现在：
对生命可能性的提升： 如前所述，液态水是生命存在的关键条件。有了这个发现，火星存在生命或至少是能够支持微生物生存的环境的可能性大大增加。
对火星地质活动的新认知： 这表明火星在地质上并非完全“死寂”，仍然有活跃的地质过程在发生，即使这些过程非常微妙和短暂。
对未来载人任务的意义： 如果能找到可靠的水源，对宇航员的生存至关重要，可以用来饮用、种植、产生氧气等。
然而，就像所有科学发现一样，它也有它的局限性和待进一步验证的地方：
水的“量”和“纯度”： 科学家的说法是“液态水”，但这个水很可能不是我们想象中的那种纯净的、大量的地下河或溪流。它更可能是一种非常咸的、粘稠的盐水溶液，而且流量可能非常小，出现时间也很短暂。这种“水”的性质，是否能支持我们理解中的生命形式，还是个未知数。
“水”的定义： 有些科学家对将其完全定义为“流动的液态水”持谨慎态度，认为也可能存在其他物理或化学过程导致这些特征，尽管高氯酸盐的证据强烈支持水。
探测限制： 轨道探测器毕竟是在高空，无法直接在现场进行更精细的采样和分析，例如直接测量水的成分、温度等。
后续的探索和影响
这次发现极大地激发了后续的火星探测任务的重点。很多后来的探测任务，包括好奇号、毅力号火星车的探索方向，都受到了这次发现的影响，更加关注寻找水活动的迹象，以及分析火星土壤和岩石的化学成分。
例如，毅力号火星车就配备了更先进的仪器，可以对火星的岩石进行钻探和采样，并有可能在未来的任务中将这些样本带回地球进行更详细的分析。寻找和分析火星上的有机物，也与寻找液态水紧密相关。
总而言之，2015 年 9 月 28 日 NASA 关于火星的“重要发现”，并非是发现了“活生生的火星人”或者巨大的地下湖泊，而是通过一系列严谨的观测和分析，找到了强有力的证据表明，火星上仍然存在着以盐水形式出现的液态水在季节性地活动着。这为我们理解火星的过去和现在，以及规划未来的探索，打开了全新的视角。
网友意见
专栏文章
猜猜看，这回NASA的火星大新闻是什么 - 天文八卦学 - 知乎专栏，在这里再贴一下：
NASA说今天晚上23:30（北京时间）会发一个关于火星的大新闻，说是“解开了火星之谜”，这个大新闻可能是什么呢？我们一起来八一八。
这次发布会的出席人员包括：
Jim Green, director of planetary science at NASA Headquarters
Michael Meyer, lead scientist for the Mars Exploration Program at NASA Headquarters
Lujendra Ojha of the Georgia Institute of Technology in Atlanta
Mary Beth Wilhelm of NASA’s Ames Research Center in Moffett Field, California and the Georgia Institute of Technology
Alfred McEwen, principal investigator for the High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) at the University of Arizona in Tucson
注意，这五个人，里面有三个都是主任、首席科学家之类有title的家伙，只有两个不知道是谁。一查发现，Lujendra Ojha是亚利桑那大学地球物理专业2012年本科毕业的，现在在乔治亚理工就读博士，行星科学方向。Mary Beth Wilhelm是康奈尔大学刚刚毕业的博士，现在正在NASA做博士后。那很容易猜测，一定是这俩年轻人直接做的工作中，发现了一些有趣的事情。所以我们来八一八这俩哥们吧！
名字奇怪的尼泊尔大胡子大哥Lujendra Ojha不是第一次造出大新闻了。2011年他还在就读本科时，就做过关于火星表面物质坡移的研究。他用的是火 星勘测轨道飞行器（MRO）搭载的一台高分辨率相机HiRISE，这台相机能够以高达一米的高分辨率对火星表面反复成图，从而给我们追踪火星表面特定位置 地表特征随时间演化的情况，也就是说，Ojha研究的，不是一个“死”的火星，而是一个“活的”、不断变化之中的火星。
我们具体看一下他2011年这份研究。他首先是把MRO的图像做了修正，以便于能够直接比较相机出于轨道上不同角度时拍摄的图像。然后他发现了一些奇怪的东西——在火星南半球中纬度地区某些陨石坑的陡坡上，出现了一些深色的线条：
看起来就像是什么流体冲刷过一样。当然其实在火星上找到流体冲刷痕迹本身不是什么新闻，甚至都不需要MRO这么高分辨率的相机。我们早就在火星水手谷两侧发现了这样的沟壑地形，这我们太熟悉了，不就是水冲出来的嘛：
然而Ojha的发现不仅仅是流体冲刷痕迹那么简单。MRO的时间分辨能力让Ojha第一次发现，这样的痕迹是在变化的。具体来说，在夏季时，那些痕迹逐渐产生，到冬季时，就逐渐消退——Ojha给这种特征起了个名“Transient Slope Lineae”，“暂态坡地线条”。这些线条的宽度约2米，长度在几百米这个量级。
（图为2009年5月20日和2009年7月9日，同一地区的两张照片。可以明显看到TSL的区别。）
这种暂态特征的存在，几乎可以肯定的说明，火星上不仅仅是历史上有过水那么简单，而是就在此时此刻，火星上处于夏季的某些区域，就是有正在潺潺流动的季节性河流的！有水啊，就可以有生命，就可以blablabla，请自行脑补一千万字一个世纪以来关于火星的科幻小说。
（另一个地区不同时间对比图像）
补 充一个小细节，细心的同学会问了，火星离太阳比地球要远，温度比地球上低，这就算有水，还不全都冻上了？火星上的温度足够让水融化、流动起来吗？—— Ojha同学说了，这水不一定是纯净水呀，它可以是含有高氯酸盐的咸水，含盐的水熔点比较低，并不需要非达到0°C才能融化。
当然作为一个严谨的同学，Ojha在2011年的文章里还没有斩钉截铁的说这就是水，另一种可能性是，这是某种固态颗粒流 成的沙河。他的研究也留了个尾巴：还需要解释的是，为什么这些特征只出现在南半球的中纬度地区，按理说赤道上温度也不比南半球低的，也应该能发现类似特征 才对。另外如果是水的话，水从哪来也是个问题——就算地表存留一些冰块，在若干次消融之后，冰融成水，再蒸发到大气中，加上冰块自身的升华，很快这些水源 就消耗干净了。我们现在之所以能看到这样的现象，应当说明水源是可以得到补充的，从哪补充的——不知道。火星表面地理活动也往往跟二氧化碳的参与有关，这 种现象中，是不是与二氧化碳的凝固-升华有关，也需要进一步研究确定。
之后几年Ojha乃至火星科学界很多人的研究也都围绕这一现象展开。不过由于不明原因，后来他们转而指称这一现象为Recurring Slope Lineae（RSL）。
2014年，Ojha一篇新文章中报告，他们扩大了研究的范围，把南半球所有符合预测的RSL产生条件（向阳、陡坡、基岩暴露）的地方看了个遍，发现这些符合条件的地点中，只有很小比例的地方确实产生了RSL现象。他们也明确的证实，这种现象确实跟二氧化碳没啥关系。 这个研究发在了Nature，一作是McEwen。
这篇文章给水的来源提出了一个可能的解释：也许有某种吸湿的盐，能从大气中捕捉水蒸气，将其固定下来，在夏季再融化、释放。这篇文章还发现，RSL现象的发生，与火星上沙尘天气也有关系。文章还猜测，如果这真的是盐水导致的，那最有可能的盐将是CaCl2。
基本上Ojha同学之前的研究就是这些。下面来看看Mary同学。
这个Mary妹子虽然刚刚博士毕业，也是在火星研究领域有了很长时间的经验了：她从16岁就开始在NASA Ames搬砖，先后研究过火星上的冲沟、地球沙漠极端微生物、Pavilion湖的微生物岩等。她的博士论文是研究地球上跟火星相似的环境，以便于选择火星表面适合未来研究的地点。她研究的地点包括智利北部的阿塔卡玛沙漠和南极干谷——都是地球表面最干旱的地点。
她的具体研究内容是分析阿塔卡玛沙漠土壤中的脂质化学，看这些生物标记物在年龄约为1500万年的极干燥土壤中如何保存和降解。这将对好奇号火星车在火星表面的研究有直接的帮助。
我 们刚刚提到说Ojha及其合作者的研究认为，火星上的水很有可能是富含高氯酸盐的盐水，Mary也写过一篇科普文章，“警告”未来的火星宇航员们，小心火 星表面富含高氯酸盐的土壤——这篇文章的题目叫，“别吃火星上的土”。Mary同学，你也不想想，人怎么会去吃土呢？——Mary同学表示，重点不在人要 不要吃土，重点在于，我们发现地球上那些极端干燥的环境中，有些微生物是可以吃土的：就是高氯酸盐这种在火星上广泛存在、还能用来提炼火箭燃料的东西，可 以被地球上某些极端环境中的微生物当做食物享用。
话说到这，我们基本上能够猜出这次NASA发布会的主要意思 了：首先，Ojha同学表示，我们发现了火星上流动的水的证据，这些水存在的温度有时候会低于0度，也就是说一定是高盐、低熔点的，而其中的盐主要是高氯 酸盐。有水就可能有生命，那高盐的水有没有可能有生命呢？Mary同学接过话茬，表示说我们在地球上最干燥、最像火星的一些环境中对土壤取样，发现里面有 一些微生物，是可以以高氯酸盐作为食物的。所以，我们觉得，火星上虽然不见得就真的存在食用高氯酸盐的微生物，但是至少具备了噬高氯酸盐微生物存活的可能性。
Mary最近的一篇文章是研究火星中纬度地区的地表水冰——为什么是中纬度？因为Ojha在中纬度地区发现水流了呀。她这篇文章的结论是，一个叫做Amazonis Planitia（亚马逊平原？）的地方，因为最近的一次陨石撞击事件，而最有可能有暴露在地表的水冰，因此是未来火星车着陆探测的理想地点。
这个意思够明确了吧，国会，请再让我们发一个火星车，降落在Amazonis Planitia那潺潺流动的小溪旁，挖一勺土测一测吧！——“我们保证完成任务！”
（这三段纯属脑补，请以发布会现场说的为准）
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发布会结束了，看来猜的基本没错。补充几点：
这次的重点实际上是，通过分析CRISM这个设备拍摄的光谱，具体确定了这些RSL的成分。之前猜说是水，是盐水，是高氯酸盐水，现在光谱出来了，证实此前人们猜的没错。
（a、b两个点的光谱跟实验室模拟的火星土壤+高氯酸盐混合物光谱的对比，可以看到有很多相似的吸收坑特征，尤其是1.9微米这个坑，非常显著，说明确实是高氯酸盐。）
而且一并连形成原因也解释了：高氯酸盐固体会吸附大气中的水蒸气，冻起来，在气温上升时再融化释放出来。（当然这个理论原来也已有了）
其实这样说的话，我也猜一句：这样的现象绝对不仅仅发生在陨石坑旁边的陡坡上。只不过是这种地方冰融后，能顺着坡流下来，这样容易被发现。在火星的很多平地，应该也有这样季节性的吸附-冰冻-融化的循环，但是水没有流动起来，所以没有被注意到。看吧，过几年人们就会发现火星地表水更广泛的存在。
未经私信得到许可，不得转载。 （只发标题和知乎原文链接，不发正文和图片的，那叫“转发”朋友们，转发不需要商量，多多益善，连图带文全都撸走才叫转载，才需要商量~）
更多火星研究背景介绍，请见我的专栏文章：
天体生物学和火星探索 - 天文八卦学 - 知乎专栏 去火星？别急着降落 - 天文八卦学 - 知乎专栏如何正确跟国会要钱 - 天文八卦学 - 知乎专栏
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