太阳系新知 04 | 火星探索正在进行时

上期回顾

上一期我们说到，好奇号登陆火星的目标，就是寻找火星生命存在的证据，除了甲烷，还有新的证据被发现吗？

好奇号火星车 2012 年踏上了火星的盖尔陨石坑，至今依然在服役。他在推特上的官方账号保持着很活跃的状态，时不时地就会有一条新的消息发上来。截止到我写稿的今天，最新的一条消息是 2019 年 5 月 22 日发布的，内容是：

你知道吗？我有一个气象站。今天给你们带来一个 NASA 讲解太阳系中的极端气候的视频，它会让你理解这些知识如何帮助我们认识地球上的气候。

图：盖尔陨石坑

假如你今天听了我这期节目后，也在推特上关注了好奇号的官推，你会发现它置顶的推文是一个给全世界人民的惊喜。是个什么惊喜？我会在本期节目的结尾告诉你们。

好奇号在服役的这七八年中，几乎每年都会给我们带来一些重要的新发现。下面让我来替你盘点一下，除了火星甲烷，好奇号还有那些值得一说的重要发现。

大家别忘了，好奇号是一辆火星车，也就是说，它可以在火星上漫游。2015 年 4 月到 2015 年 11 月间，它在火星上一个叫做夏普山的地方行进。点开本期文稿，我附了一张夏普山地区的实拍照片。

图：这张2015年5月22日由NASA好奇号火星车的桅杆照相机拍摄的夏普山地区，图片中心的浅色区域是泥岩构成的较低、较古老的地质单元。

好奇号惊讶地发现，这个区域的二氧化硅的富集度要明显高于其他它拜访过的区域，在这片区域的某些岩石中，二氧化硅的含量甚至高达 90% 。这说明什么呢？二氧化硅这种物质在地球上太多了，我们随手抓起一把沙子，里面就有大量的二氧化硅。把二氧化硅和其他化合物一起烧化了，再凝结起来，就是我们常见的玻璃。如果只含二氧化硅的玻璃就是石英玻璃。但是请大家注意，让二氧化硅在自然条件下富集起来，我们已知的两种方式要么需要大量水的参与，要么需要火山活动的参与。

在夏普山地区发现的二氧化硅的富集现象的原因是什么呢？最有可能的情况是火星的历史上曾经有过大量的地表水或者活跃的火山活动，当然，我们也不能完全排除火星有一些独特的自然现象导致了二氧化硅的富集。总之，这是一个很有意思的发现。洛斯阿拉莫斯国家实验室金斯·弗莱登万（Jens Frydenvang）对此评论说：

高度富集的二氧化硅是个惊喜——它非常有趣，因此我们又返回这里，使用好奇号的更多仪器来研究它。

图：满足你所有好奇的好奇号！

因为这项意外发现，好奇号便在夏普山地区停了下来，做更进一步的分析研究，它想弄清楚这些二氧化硅到底是通过什么方式富集起来的。这一研究就是半年多，到了 2016 年的 6 月，研究终于取得了关键性的进展。

好奇号在这个地区的岩石中发现了一种叫做磷石英的物质，这是一种在高温（通常需要 870 摄氏度以上）以及低压环境下形成的二氧化硅晶体，是火山岩中特有的矿物。这一发现让科学家们不得不重新思考火星的地质历史。这又是为什么呢？

过去我们一直认为，火星的地质历史与地球相比是非常平淡的，因为火星上没有板块运动，因此也不太可能存在大地震和爆发性的火山。目前我们已知的所有火星火山证据都表明，火星上的火山岩石都是地壳下面的岩浆通过断裂处流出后冷却形成的，换句话说，这种火山是一种很平稳的火山，不像你脑中浮现的那种剧烈喷发的火山。地球上的夏威夷火山就是这样的，常年有岩浆流出，但是不剧烈，经常有胆子很大的探险者把看岩浆当成一种旅游活动。

但是，现在磷石英的发现却让科学家们不得不重新思考这一旧有的认知是否正确。这种矿物的存在或许可以证明，远古时期，火星上也存在剧烈地火山爆发现象。这个研究成果发表在2016 年 6 月的 PNAS 上，也就是《美国国家科学院院刊》上。 如果这是真的，那么新的问题又来了，科学研究总是这样，按下葫芦浮起了瓢。新的问题是，在没有板块构造的情况下，剧烈喷发的火山是怎么形成的呢？这又为行星科学家们长长的研究清单上增添了好几个问题。

图：好奇号的钻头能否为我们解开谜题呢？

磷石英的发现把火星的地质历史推向了两种可能性：

可能性一

曾经有过剧烈地火山爆发，但科学家必须解释像火星这样没有板块构造的行星是怎么产生这种火山的。

可能性二

维持原判，火星历史上没有剧烈的火山爆发，但科学家们必须解释磷石英的来源。

到目前为止，我们还没有答案，你不觉得当你了解了这些背景知识，再去关注来自 NASA 的消息，就很像是追美剧了吗？告诉大家，我每天刷推特，看这些最新的来自科学界的消息，还真的是很有追美剧的感觉，我偶尔会第一时间看到某个谜题被破解，就会迫不及待地到处出“剧透”。和美剧“剧透党”的区别在于，那个遭人恨，但我这种剧透遭人爱。

我前面说了，好奇号几乎每年都有重大的新发现。2017 年 9 月，《地球物理通讯》杂志刊登了一篇论文 ——好奇号在火星上发现了硼元素。为什么我要提这个发现？

我引用论文的第一作者盖思达博士的话来回答这个问题：

因为硼酸盐在合成 RNA 的过程中发挥着至关重要的作用，在火星上发现硼进一步证明了该星球出现过生命的可能性。硼酸盐是从简单的有机分子到 RNA 的桥梁。而没有 RNA，就不会有地球生命。硼的存在告诉我们：如果有机物存在于火星上，合成 RNA 的化学反应就可能发生。

熟悉生命科学的听众可能知道，在生命科学中一度存在过一个非常著名的悖论，那就是 DNA-蛋白质悖论 。什么意思呢？就是说，科学家们发现蛋白质的合成离不开 DNA，而 DNA 的生成又需要蛋白质，这很像是蛋生鸡还是鸡生蛋的悖论。直到 RNA，也就是核糖核酸的发现，才算是把这个悖论给解决了。RNA 存在于已知的所有生命体中，无一例外，而 RNA 的形成离不开一种关键性的元素，这就是硼元素。如果没有了硼元素，那么核糖核酸就不可能在水中稳定地存在，而会像白糖一样遇水就溶解了。

我这样一解释，你应该就明白了，为什么在火星上发现硼元素那么重要。假如没有硼元素，我们就没法指望在火星上发现我们已知的地球生命形式，只能指望生命还能以非核糖核酸的形式从自然界中演化出来了。现在，好奇号终于在一条硫酸钙矿脉中发现了硼元素。这让许多行星科学家松了一口气，这下好了，生命所需要的一种至关重要的元素在火星上也不缺。

所以，盖思达博士在接受采访的时候兴奋地说：从本质上，这告诉我们，古老的火星上可能就已经存在生命了。作为科学家来说，没有一点依据，是不敢说这么大胆的话的。现在科学家们最感兴趣的是：在数十亿年前，火星上的湖泊和潮湿地下环境到底发生了什么样的改变，影响到了那些本适合孕育微生物的环境。

当然，火星上是否存在或者曾经存在过生命，这依然还是个未解之谜，但我们正在一点点接近这个谜题的答案，我有充分的信心，在我的有生之年，能够看到这个谜题的破解。这不，在硼元素发现之后还不到一年，2018 年  6月，NASA 召开新闻发布会，宣布了好奇号的又一项重大发现。

2018 年 6 月 7 日，NASA 下属的戈达德太空飞行中心和喷气推进实验室召开联合新闻发布会，我们来听一下实况：

女士：所以，保罗，直接一些，我们发现了什么？

图：Paul Mahaffy 

这位 Paul 就是戈达德太空飞行中心的主任，他紧接着说：

非常激动人心的时刻。嗯，我会再次确认你刚才说的。我的意思是，在地球上，有机化合物承载着众多生命的印记，以致于很自然地，我们把在火星上发现有机物等同为找到了生命。但是这并不是我们这次发现中最重要的一点。真正重要的是我们大大扩展了搜寻有机物的能力，这一点将最终成为我们寻找生命的基础。有趣的是两个发现成果可以说是互补的。一个成果是发现了数十亿年前的有机物，它就深藏在一条古老湖泊的岩石中。另一个成果是大气中最简单的有基甲烷。

之前我曾经说过，好奇号有一个很厉害的本事，就是可以钻探，当它的钻头钻到一块大约 35亿年前的细粒沉积岩仅有 5 厘米时，就发现了3种不同的有机分子，这是一项绝对值得召开新闻发布会的重大发现。它让我们对火星远古生命的信心又增加了一分。正如戈达德太空飞行中心的太阳系探索部的主任迈哈飞所说：有机化合物是生命的基础，对寻找生命至关重要。听我讲到这里，你有没有感受到火星生命正在向我们走来的脚步声？

我写本期节目稿的时间是 2019 年的 5 月份，那么今年好奇号又会有一些什么样的新发现呢？今年还没过完，一切都还在正在进行时。为了做本期节目，我把好奇号从今年以来发布的所有推特又重温了一遍，内容真是丰富。有高清版的火星鹅卵石照片，有好奇号自己给自己钻的洞拍的照片，还有好奇号拍摄到的火星上的日食现象。大家知道火星也有卫星，不过比我们的月亮小多了，所以看上去就像是大号版的金星凌日，你可以清晰地看到火星的月亮是一个不规则的圆形，像煤渣一样。在 4 月 10 日人类首张黑洞照片公布的那天，好奇号也转发了这张照片，还调皮地配了一句话：这不是甜甜圈，也不是索伦之眼，这是第一张黑洞的照片。

图：经过后期处理的火星鹅卵石

图：好奇号的日食

图：好奇号评论黑洞照

图：像不像真正的索伦之眼呢？

好奇号我们就先说到这里，接下去我们来说美国最近发射的一颗火星探测器——洞察号，它的英文名是 InSight 。我觉得中文译名非常贴切，这颗火星探测器的确是在火星上打一个深深的洞，然后再观察火星地表以下的情况。它能打多深得洞呢？5 米深，而好奇号只能打大约5厘米深的洞，差了 100 倍，所以，洞察号打出来的洞那才是真正的一个洞。

2018 年 11 月 26 日，洞察号成功着陆火星。5 天之后，洞察号就传回了火星上的“风声”，不过这个风声是要打引号的。我们先来听一下。实际上，刚才那个声音并不是来自火星风本身，而是火星上的风吹过洞察号巨大的太阳能电池板发出的振动声。

图：洞察号

洞察号上最重要的一个仪器是地震仪，它会被放置在火星深深的地表之下，通过探测“火星震”的轰鸣声来揭示火星内部的信息。2019 年 2 月，地震仪首次听到了火星上微小的震颤，但这种震颤不一定是来自火星内部的。在地球上，这样的微震无处不在，主要是由风暴和潮汐引起的。但是火星上没有潮汐，所以，很有可能探测到的这种微震也是来自于火星上的风。这些风在火星表面掠过的时候，就会在地表产生浅浅的长周期波，这种波被称为瑞利波。

图：洞察号的“鼹鼠”机器人

不过，洞察号听到的火星微震还是让科学家们感到很开心。因为这说明洞察号上的地震仪一切正常，没有损坏，光是这一点就足以让人感到开心了。接下去，洞察号要做的只是静静地等待，等待着真正火星地震的到来。洞察号开始工作到现在也仅仅只有半年的时间，我们还需要一些耐心，我每天都在期待着他的好消息。如果你们想第一时间得知洞察号的最新消息，可以关注洞察号的官方推特，那里总能得到最及时的消息。

明年，也就是 2020 年，将是火星探测的一个大年，除了欧洲的 ExoMars 计划第二部分有望发射，美国还有两个正在进行中的探测计划，一个叫 NASA Mars 2020 （火星 2020 计划），另一个叫 UAE Mars Hope （UAE火星希望计划）。

其中火星 2020 计划最受瞩目，它可以看成是好奇号的 2.0 版，一辆各方面能力都比好奇号更强的火星车将被送上火星，而它的任务目标非常明确：继续寻找火星生命。

非常有意思的是，火星 2020 计划还有一个全世界任何人都可以参与的活动，他会把你的名字带到火星上。这就是我在今天节目的一开始说的，如果你现在去关注好奇号或者洞察号的官方推特，置顶的那条推文就是这个广告。任何人都可以通过 NASA 的官网把自己的名字登记上去，然后，你就会得到一张前往火星的船票，弄得跟真的一样，还有条形码呢。你可以看一下我的船票：

你还真别以为这只是小孩子过家家一样的游戏，这是真的。NASA 会把所有在官网登记的姓名用最先进的电子束光刻技术刻到直径只有几毫米的芯片上，然后贴在火星车的外表上，让火星车带着你的名字漫游火星世界。这事其实已经发生过一次了，在洞察号上就有 2 枚这样的芯片，上面刻着 240 多万个名字，包括约 26 万个中国人的名字。如果你也想让你的名字被送上火星，你可以复制这个地址：

https://mars.nasa.gov/participate/send-your-name/mars2020/

（注意：提交后获得船票需要科学上网）

中英文姓名我都试过，均可以。可以说，美国宇航局为了引起大众对太空探索的关注，那是频出奇招啊。

最后，我还要给大家隆重介绍我国的火星探测计划：

2016 年 1 月 11 日，党中央正式批复中国首次火星探测任务，计划于 2020 年左右发射一颗火星探测卫星。在今年 1 月 14 日的国新办发布会上，国家航天局副局长、探月工程副总指挥吴艳华介绍，以嫦娥四号任务圆满成功为标志，中国探月工程四期和深空探测工程全面拉开序幕。嫦娥五号月面采样返回任务将于今年年底左右实施，中国首次火星探测任务将于 2020 年前后实施。

让我们一起期待明年的火星大年，当然，如果所有的这些计划都未能如期实施，这也是太正常不过的事情了，太空探索计划有点像是飞机航班，正点起飞才是奇怪的，呵呵。

好了，关于火星的新知，我都给你讲完了。但我们这个节目还远没有结束，因为最近这 20年，太阳系中发生了太多令人激动的新闻。2016 年 9 月 26 日，又是一个普通的美国星期天，NASA 的官方推特上冷不丁地放出一个大消息：

星期一，我们将宣布一个来自木卫二欧罗巴的新闻。

怎么样，耳熟吗？ NASA 显然是为了纪念一年前，也就是 2015 年 9 月 25 日那次首个调足人胃口的“周一见”，忘记的话，去重新听一下本系列节目第一集的最后结尾部分。不过，这次 NASA 还很调皮地补充了一句“剧透警告：不是关于外星人的”。

那么，NASA 这次到底宣布了一个什么样的新闻呢？我告诉你，非常震撼，但你需要等我下周揭晓答案了。科学有故事，咱们下周见。

[参考资料]

[1]https://www.pnas.org/content/early/2016/06/07/1607098113.full

[2]https://phys.org/news/2017-09-discovery-boron-mars-evidence-habitability.html

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/n9UwHXM02z0EhLXiugbl7w

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