隐秘的湖泊：发现火星上的水

本文来自微信公众号：Nature自然科研（ID：Nature-Research），原文作者：Jonathan O'Callaghan，头图来自：NASA

两年前，行星科学报告在火星南极冰面下方发现了一个巨大的咸水湖，引起了外界的兴奋和一些质疑。现在，研究人员说他们不仅证实了那个湖的存在——还发现了另外三个。

以上发现发表在9月28日的《自然-天文学》[1]上，雷达数据来自欧洲航天局（ESA）的“火星快车号”航天器。2018年，研究人员曾在同一区域探测到一个单一的地下湖——如果得到证实，那将是在火星上探测到的第一个液态水体，也是一个潜在的生命发源地。但是，当时的发现只是基于2012年至2015年开展的29次观测，许多研究人员说他们需要更多的证据来支持前述论断。最新的这项研究采用了更大规模的数据集，包含了2012年至2019年的134次观测数据。

科学家们一直认为火星表面之下可能存在水。来源：Steve Lee / Jim Bell / Mike Wolff

“我们鉴定出了之前发现的水体，还在主要水体周围发现了另外三个水体。” Elena Pettinelli说，“它是一个复杂的系统。”Pettinelli是罗马大学的一名行星科学家，也是这篇最新论文的作者之一。

研究团队利用“火星快车号”搭载的火星次表层和电离层探测先进雷达（Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding，MARSIS），对火星的南极区域进行了探测。MARSIS发出的无线电波在火星表层和次表层的物质层之间来回反弹。信号弹回的方式可以指示某特定位置存在的物质的种类，比如是岩石、冰还是水。类似的方法被用来鉴定地球上的地表下冰川湖。研究团队探测到部分具有高反射率的区域，他们认为那标志着火星冰面逾1千米以下存在液态水体。

这些湖的面积约为7.5万平方千米——约为德国国土面积的五分之一。其中最大的中央湖宽30千米，周围环绕着三个分别仅几千米宽的小湖。

咸水湖

火星大气层稀薄，导致气压低，因而使火星表面无法存在液态水。但是长久以来，科学家们一直认为可能有水被困在火星次表层——也许是数十亿年前火星曾经存在过的海洋和湖泊的遗留。如果确实如此，它们可能是火星生命的潜在发源地。在地球上，生命可以在南极等地的冰下湖中生存。

但是盐含量可能构成一个问题。据认为火星上的任何地下湖都必须达到一定高盐含量，才能让水维持液态。虽然离地表这么远可能存在少量来自火星内部的热量，但是单凭这些热量不足以让冰融化成水。“从热量角度看，必须是咸水湖。”Pettinelli说。

美国蒙大拿州立大学的环境科学家John Priscu说，湖泊含盐量达海水5倍仍可以支持生命存在，但是如果接近20倍，生命就不复存在了。

“南极洲咸水湖中活跃的生命并不太多，”Priscu说，“仅有的生命也像被腌过一样缺少生气。那里（火星）可能也是一样。”他的课题组研究的是冰冷环境中的微生物学。

热议

火星湖泊本身的存在也仍有争议。在2018年的发现公布后，研究人员提出的问题包括：缺少足够的热源将冰融化成水。虽然最新的这项发现印证了2018年的观测结果，而且涉及更多的数据，但是并非所有人都相信鉴定出来的区域存在液态水。

“如果鉴定出来的高反射率物质的确是液态水，我认为它更有可能代表了某种雪泥或浮冰。”美国普渡大学的行星地质学家Mike Sori说。

美国亚利桑那大学的行星科学家Jack Holt表示，虽然他认为最新研究所呈现的数据没问题，但是他对于数据的解读并不确定。“我不认为存在湖泊，没有足够的热流可以支持那里存在咸水，即使是在冰盖下面。”他是美国宇航局火星勘测轨道器 （MRO）搭载的火星浅表雷达（SHARAD）的科学小组成员。

中国的一项火星任务或将提供一个检验上述种种论断的机会。“天问一号”将在2021年2月进入火星轨道，除了将在火星表面部署一个巡视器，它还携带了一系列科学仪器，包括可用于开展类似观测的雷达设备。“它的能力和MARSIS以及SHARAD相当。”昆士兰科技大学的David Flannery说。

就目前而言，令人兴奋的是，这些湖泊依旧可能是火星上过去水源的遗留。“火星上可能存在大量的水，”Pettinelli说，“如果有水，就会有生命。”

参考文献：

1. Lauro, S. E. et al. Nature Astron. https://doi.org/10.1038/s41550-020-1200-6 (2020).

原文以 Water on Mars: discovery of three buried lakes intrigues scientists为标题发表在2020年9月28日的《自然》新闻版块

本文来自微信公众号：Nature自然科研（ID：Nature-Research），原文作者：Jonathan O'Callaghan