互动科普

2015年8月5日，美国宇航局（NASA）的火星探测车好奇号迎来了到达火星的3周年纪念日。为了寻找生命的痕迹，好奇号代替人类在火星表面进行了探测。它成功地检测到了有机物，并发现了液态水依然存在于今日火星的证据。本文将介绍好奇号在火星上拍摄的一系列非常有趣的图片和探测结果。

图1. 3周年自拍照

本图于2015年8月15日拍摄而成，是好奇号火星车的“自拍照”。它是用机械臂前端的相机拍摄多个画面，然后再合成出来的。在合成的过程中并没把机械臂的前端包含进来，所以看起来好像是消失了。拍摄地点是在火星的“玛利亚通道”（Marias Pass)地区。好奇号全长3米，车轮的直径为50厘米。好奇号只是它的昵称，其正式名称为“火星科学实验室”（Mars Science Laboratory，MSL）。

图2. 犹如巧克力板的岩石

在帕伦普丘陵（Pahrump Hills）地区的亚历山大丘陵（Alexander Hills）附近，红褐色的氧化铁尘埃覆盖着岩石。岩石的表面有着较直的纹路，这可能是由于部分岩石和水接触后变得较为脆弱，进而被风力侵蚀所形成的。

图3. 埋在沙中的铁陨石

照片所拍摄的两块黑色岩石是铁镍合金陨石（铁陨石）。这是在“金伯利”（Kimberley）附近发现的。后面那块较大的陨石横向大约有两米宽，取名为“黎巴嫩”（Lebanon）。而前面的一块小的陨石被命名为“黎巴嫩B”。照片是由两架不同的相机拍摄后（中央白线包围的串珠状部分与背景部分）合成在一起的。

在陨石的表面能看到很多棱角分明的孔穴。通常认为孔穴产生的可能原因有两种。一种是孔穴内部可能有多种金属结晶呈马赛克状分布，而风化侵蚀发生在不同金属结晶的边界处。另外一种是这些洞穴可能曾经是橄榄石结晶，在风化作用下被侵蚀了。橄榄石主要由火山活动形成，其中含有较多的铁和锰。另外值得一提的是，NASA发射的另外两辆火星探测车勇气号和机遇号，在好奇号之前也发现了类似形状和光泽的铁陨石。

能否成为生命痕迹的直接证据？

在火星上继续进行着探测任务的好奇号会对大气中的甲烷这一问题追根溯源。甲烷能够由微生物产生，因此也能成为生命存在的证据。

但是在20个月的检测历程中，高浓度甲烷只被发现了一次（在到达火星后大约500个火星日的一个白天）。“只在某一个时期内测出了（甲烷），说明这不是一种稳定的存在方式，检测到的应该是最近才被产生出来的甲烷”，对火星环境非常熟悉的日本东京工业大学助理教授臼井宽裕说：“在不同的地方，（甲烷）产量可能会不同，也可能是由于季节的变化造成的。”

图4. 火星上的甲烷从何产生？

图为火星环境中甲烷可能的生成和分解示意图。好奇号在火星大气中检测出甲烷。通常甲烷可由有机物和无机物两种方式产生。除了地下的微生物能够产生甲烷之外，地下的岩石和水反应也可能产生甲烷。彗星能够带来宇宙中的有机物，而紫外线也会把有机物变成甲烷。

甲烷是来自有机物还是无机物？

产生甲烷的途径不止一条。除了由地下的微生物产生之外，地层中的岩石和水也可能发生反应从而产生甲烷。来自宇宙的彗星尘埃和地表岩石中的有机物，在紫外线的作用下也可能产生甲烷。现在还不明确检测到的甲烷到底是从那一种途径来的。另外，火星上的紫外线非常强，产生出来的甲烷也被分解成了大气中的一种主要成分——二氧化碳。

现在，好奇号已经在钻头采集的岩石的成分中检测出氯苯等有机物。这是人类第一次确认了火星岩石中存在有机物。但是还不知道是否来自于生命活动。今后，好奇号会寻找更多富含有机物的岩石，也将去调查更大的范围。

发现了液态水的证据

好奇号也找到了火星存在地下水的证据。通过对火星大气湿度的持续观测，确认存在着昼夜湿度的变化。此前已经确认火星上有冰的存在，但通常只有冰的话，湿度应该没有变化。湿度的变化表明昼间地下的液态水被蒸发到大气中去，因此这是地下有液态水存在的证据。对于高浓度盐水而言，即使到了冰点以下，也不会结冰，而是一直呈液态存在。近日，通过火星勘测轨道器（MRO）拍摄的高清图像，也发现了表明液态水存在的季节性坡纹。

今后，好奇号将会登上夏普山，对层叠的地层进行探查。随着地层的从下到上，依次记录了火星环境从过去到现在的变化。等未来获得新的资料之后，就能了解火星上是否曾有生物存在。

好奇号火星探测车是NASA所推进的长期火星探测的一环。基于好奇号的成果，有助于制定下一代采集火星样本的探测计划，甚至计划中21世纪30年代的载人火星项目。

（本文发表于《科学世界》2015年第12期）