[비즈한국] 在火星上發現了水！不過說實話……現在在太陽系中，除了地球以外的其他天體上確認水的存在，已經算不上什麼驚人的新聞了。這聽起來就像是確認了原本就應該存在的東西一樣。但是這一次，你絕對有理由感到驚歎。因為這並不是在火星表面發現了水，而是發現火星深處可能存在地下海洋！就像木星的冰衛星“木衛二”一樣，火星內部很有可能存在充滿大量水分的地下水庫！
一直以來對人類進駐火星持懷疑態度的不少天文學家，或許會因此改變想法。結合近期提出的火星地下存在巨大海洋的可能性，我們來回顧一下那些一直試圖在火星尋找水痕跡的天文學家們的故事。
水的存在可能性是討論火星時不可或缺的重要課題。有趣的是，火星從天文學家關注它的最初時刻起，就被認為是一個蘊含水的世界。20世紀美國天文學家（兼“含著金鑰匙出生”的企業家）珀西瓦爾·洛威爾（Percival Lowell），在讀了義大利天文學家斯基亞帕雷利（Schiaparelli）觀測火星後所寫的《火星》一書後受到啟發，聲稱自己在火星表面發現了複雜交織的直線型運河痕跡。他主張，這是火星人為了將極地凍結的白冰融化，並引向缺水的赤道地區而建造的巨型結構痕跡。
洛威爾略帶吹噓的主張不僅影響了科學界，也對大眾文化產生了深遠影響。人們自然而然地開始投射出一種模糊的期待：火星上無論以何種形式，都一定居住著生命。甚至有一段時間，“火星人”這個詞本身就被當作“外星人”的代名詞來使用。
然而，隨著探測器和軌道器開始對火星進行飛越探測，洛威爾的故事被證實只是誇大其詞，這令人遺憾。探測機器人近距離觀察到的火星表面，既沒有人工建築的痕跡，也沒有鬱鬱蔥蔥的森林，甚至連一滴水都沒有。火星是一顆紅色的、寒冷乾燥且荒涼的沙漠行星。隨著火星殘酷的真相被揭開，科幻作品中外星人的故鄉也悄悄地從火星轉移到了太陽系外遙遠的其他恆星系。
但洛威爾也並非完全錯誤。雖然外星人的“火星水務局”並不存在，但對火星存在水的期待並非全然荒謬。洛威爾的委屈得以慢慢洗刷，契機在於1972年水手9號在火星表面發現了有趣的地理痕跡。
包括長達4000公里的水手號峽谷在內，人們在火星各處發現了似乎是水流沖刷形成的乾涸河床痕跡。1975年離開地球併成功在火星表面著陸的海盜號探測器，利用機器人鏟子直接挖掘火星土壤，並透過內建的氣相色譜質譜儀對土壤樣本進行了分析。每一個樣本中都檢測到了水。不過，由於樣本處理方法存在一些小問題，很難精確測定含水量。但無論如何，這表明火星土壤和岩石中至少含有1%以上的水分。
特別是火星極地，像地球的南極和北極一樣維持著寒冷的環境，極有可能凍結著大量水分。2008年，鳳凰號著陸器直接降落在火星北極，並確認了大量水冰的存在。鳳凰號用機械臂末端的挖掘裝置在火星表面輕輕刮擦，留下了痕跡。其中有一個非常著名的痕跡：NASA將兩條長方形的小溝渠分別命名為“多多（Dodo）”和“金髮姑娘（Goldilocks）”溝渠。鳳凰號拍攝並分析了這些溝渠的照片，發現起初溝渠記憶體在明亮的白色物質，但在4天內逐漸消失了。這看起來像是水冰昇華後消失的現象。
鳳凰號著陸器在著陸瞬間拍攝的自拍照中出現了一個奇怪的東西，在天文學家之間引發了爭議。著陸器的金屬機器人腿表面出現了幾個像小膿包一樣的顆粒。一些天文學家推測，這是因為在著陸過程中噴灑了含有鹽分的燃料氣體，導致寒冷的夜晚火星大氣中的水蒸氣凝結在周圍，像霜一樣掛在機器人腿表面形成了水滴。
2012年，NASA的好奇號火星車終於發現了過去火星存在水的不可辯駁的證據。他們在火星表面確認了非常光滑、圓潤的侵蝕碎石和沙子的存在。這與在小溪邊看到的鵝卵石很相似。雖然現在水已經乾涸，但這是證明過去確實存在水流、並滾動石塊進行打磨的有力地質證據。
與地球廣闊的海洋相比，現在的火星是一個缺水的寒冷沙漠，但至少在數億年前，火星極有可能也是一個不亞於地球的水世界，甚至可能是生命的搖籃，這一觀點開始被嚴肅地討論。
如果火星各個角落依然存在一定的水分，那麼人類是否可以夢想定居火星的未來？那是一個完全不同的問題。許多天文學家對進駐火星持懷疑態度的最大原因是，火星的磁場早在很久以前就消失了。雖然火星離太陽的距離比地球遠1.5倍，但來自太陽的太陽風依然危險。遺憾的是，體型較小的火星沒能長久維持自身的磁場。磁場就像保護行星表面免受太陽風傷害的“防曬霜”。火星的防曬霜很快乾涸，躲在它下方的大氣和海洋也隨之迅速枯竭。
磁場的缺失使得在火星表面期待生命痕跡變得非常困難。不過有一個替代方案：將火星厚實的地殼本身作為抵禦太陽風威脅的避難所，直接深入地下。天文學家的興趣自然而然地從火星表面轉向了地下世界。
火星是怎麼失去磁場的呢？觀察火星表面岩石上殘留的痕跡，顯然它並不是從一開始就沒有磁場。火星曾經也有過磁場。但某一時刻，它在地理學上被判了“死刑”，再也無法維持強大的磁場。要找到答案，必須深入火星內部。當然，像切蘋果一樣把火星對半切開檢視內部是不可能的。相反，透過調查地震波在火星內部的傳播方式，可以掌握火星內部不同密度層的大小和分佈。這就像不用切開西瓜，透過手指敲擊來判斷成熟度一樣。
為了做到這一點，天文學家執行了“洞察號（InSight）”任務，這是首次旨在探測火星地震（Marsquake）的地震儀探測。2018年11月降落在火星表面的洞察號，直到2022年12月因太陽能電池板積聚過厚的火星塵埃導致電力耗盡之前，在4年時間裡共探測到1300次地震。當然，由於火星是一顆地質死亡行星，並不像地球那樣因為板塊碰撞而產生震動。相反，當隕石偶爾撞擊火星表面時，震動向四周擴散從而產生了“火星震”。
天文學家們改變了地殼密度、內部結構大小等多個變數，建立了各種模型。其中也包括了地下水庫的變數。他們確認了哪種模型最能還原實際檢測到的火星震資料。根據這項最新研究，假設在火星表面以下10至20公里處存在充滿水的巨型水庫的模型，能以近乎100%的機率最好地解釋觀測到的火星震資料。
乍一看，這聽起來可能是一個平淡的發現。畢竟不是像地球那樣在火星表面發現了巨大的太平洋。僅僅是一個隱藏在火星地下深處存在高機率水庫的發現，這有什麼了不起的嗎？並非如此。恰恰因為是在地下而不是表面，才顯得更加特別。
如前所述，由於缺乏磁場，火星表面直接暴露在危險的太陽風中。從一開始，就不能指望火星表面的海洋和湖泊能安然無恙。即使數億年前火星表面的海洋和湖泊中存在進化程度較低的微生物生態系統，其痕跡也可能在數億年間直接暴露在太陽風的轟擊下，被徹底“消毒”乾淨。但如果是地下，情況就不同了。火星厚實的地殼本身起到了抵禦太陽風的盾牌作用，因此可以期待在那裡面，在沒有太陽風乾擾的情況下，水甚至生態系統依然可能存留！
今年10月，“歐羅巴快船（Europa Clipper）”探測器將離開地球，近距離確認木星冰衛星“木衛二”的地下海洋成分。這將是尋找隱藏在厚冰層下海洋中可能存在的地外生命痕跡的第一步。50年前，火星被認為是太陽系中最有可能發現地外生命痕跡的主角。然而，儘管進行了多次探測，卻沒有發現直接證據，天文學家們逐漸將目光投向了木衛二或土衛六等其他地方。但最近的發現讓火星再次受到關注。在火星和木衛二之間，究竟在哪裡會先發現地外生命的痕跡呢？我們真的能在太陽系中找到地外生命的痕跡嗎？
參考
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409983121
作者池雄培（Ji Woong-bae）是誰？他熱愛貓咪和宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後，立下了向人們傳達宇宙之美的夢想。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論研究室，研究透過銀河相互作用進行的演化，並進行講座、寫作等多種科學傳播活動。著有《曖昧期的天文臺》、《一整天想宇宙》、《星，光的科學》等書籍。