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改造火星,因为她就在那儿(图)

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火星荒凉的表面
  我们不可以放弃探索,终极的探索将是开始时的出发点,就让我们重新认识它吧。———T.S.艾略特(英国诗人)

  1976年海盗号探测器开始发回科学数据后,一家媒体向一位科学家约稿,要求对方用100个单词的电报回答火星到底有没有生命,这位科学家就将“Nobody knows”重复了50遍作为回复。事实上,到了今天,如果有人问起火星上是否有生命的痕迹,科学家的回答将仍然是“无人知道”。

  曹玲

  水!水!水!

  欧洲航天局于1月23日发布公告称,欧洲“火星快车”宇宙飞船已经找到火星上存在冰冻水的直接证据:探测器已检测到火星南极存在汽化分子。

  欧洲科学家承认,虽然科学家们长时间以来一直相信火星的两极存在冰冻水,但是之前的发现,包括NASA的“奥得赛”火星探测器推断大量冰存在的证据,都是基于推测的。

  当奥得赛号火星探测器用温度监测器直接展示出极地有水存在时,欧洲的摄像机则通过红外线技术第一次有能力“精确地描绘极冠”,这项技术可以探测到水分子存在于何处。科学家简·皮埃尔·布莱宁如是说。

  “你看看这幅图,看看指纹状的痕迹,这就是冰冻水,”代理科学家阿伦·摩尔豪斯说,“这是第一次在星球的表面上检测到水,这是第一个直接的证据!”

  詹姆斯·嘉文,NASA火星探索计划的科学家负责人于上个月告诉美联社,火星快车已经进一步证实科学家早已熟知的事实:“火星是一个有水的星球。”

  在之前的一个新闻发布会上,他说欧洲的这一发现是“意料之中的”。

  “就其结果而言,这是一个完美的结局。”嘉文说,“这是直接的结果,但我想科学界需要一些时间去思考,在我们整个研究体系中这结果到底意味着什么。”

  2001年,NASA的奥德塞火星探测器发现大量的冰和土壤的混合物,仅仅高出火星表面18英寸。

  菲尔克·里斯藤森,一个参与了NASA火星项目的亚利桑那州立大学教授,认为欧洲科学家的发现有力地支持了上述数据。

  “这是对之前其他探测结果很好的肯定。”他在电话中对美联社说。

  早在1940年,科学家就用望远镜观测到火星表面的水蒸气,科学家们相信这表明了火星上有水存在。但是在六十年代,第一个火星探测器显示这个星球是一个冰冷、干燥、被火山和深壑覆盖的地方。

  矛盾的和不确定的信息从那时起一直横行。

  最新一轮的环火星探索,包括火星探测器和NASA的双子火星车勇气号和机遇号,也采用了最尖端的仪器去描绘星球表面的矿物质成分,并且寻找过去有水存在的证据。

  当火星快车上的红外摄像机分析火星表面反射的太阳光,并确定它的矿物和大气组成时,火星车正在从地面搜索水流动过的迹象。

  在未来的数月里,欧洲的科学家将接通火星快车强大的雷达,雷达能够搜索地面以下,超过红外摄像机的范围。雷达将寻找碳酸盐,包括石灰岩,这些将帮助证明是否曾有水流过。

  各种设备传来的消息,包括探测器上另一个摄像机获取并已发送回来的火星高分辨率图片,将被用来共同提供一张更完整全面的图片。

  而火星天气模式在内的数据,将对规划将来的任务起决定性作用,包括送人到火星上去的可能性,欧洲太空飞行执行总监麦克尔麦基如是说。

  “火星快车”是在环火星轨道上发现了水痕迹,如果有火星探测器能够在登陆后直接探测到水的存在,将使这一发现更加激动人心。专家认为,必须进一步公布相关的直接证据,才能使人类对火星表面水的发现得到进一步确认。

  赤铁矿的发现

  2月5日刚刚公布的消息,NASA的机遇号火星登陆车已经检测到赤铁矿。这可能成为火星勘探史上的一个关键时期,但部分科学家认为这更可能仅仅展现在未来仍然象谜一般的关于行星的巨大疑问的一部分。

  美国斯密森学会的科学顾问副秘书长鲍勃-克莱道科说,双子探测器勇气号和机遇号对于火星探索有重要的作用。但是他警告说每个火星车只能探测火星上很小一块地方,对于这个红色的地球近邻来说是微不足道的。要对整个火星世界下结论非常困难。

  “它不会告诉我们任何确凿的事情,”克莱道科在SPACE.COM中提示道,“除非我们真的很幸运,才能把赤铁矿归入矿物学范畴内从而进行分析。”

  赤铁矿在地球上很常见,常被用于制造珠宝。它本质上是铁锈,是铁暴露在水和氧气中形成的。这个名字是由希腊语中血的意思演化成的,在它粉末状的形态中,赤铁矿确实是带红色的物质。它赋予了火星整体的红色外貌。大多数地球上的铁在地球年轻的时候下沉到地核里去了。而火星作为一个较小的星球,大多数的铁元素却沉淀在其表面。

  但是火星地质学家感兴趣的赤铁矿是灰色的。在地球上,灰色的赤铁矿通常在有水或者温泉的地方形成,但是它也可以由火山活动形成。

  “相同的红色和灰色的氧化铁在火星和地球上具有不同的形式。”亚力桑那大学的地质学家维克多-汉弥尔顿解释说,“如果把细小的灰色赤铁矿粉末裸露在空气中,由于小颗粒散射出的红色光将使它变成红色。”

  机遇号着陆点被选择在富含灰色赤铁矿的地方,探测器上分光计最初的检测是振奋人心的,它通过把不可见的红外光拆分成不同色彩,由此分析其化学成分。

  “我相信初步的证据确信,赤铁矿是在有水参与的化学作用下低温形成的。”领导赤铁矿研究的亚利桑那州立大学的地质学家菲力浦-克瑞斯坦斯上个月说。这意味着它不一定是由火山形成的种类。

  进一步的研究已经计划好,在你读到这里的时候可能已经实施了。

  如果机遇号确定赤铁矿填充了岩石的缝隙,地质学家就可以假定它沿着地下水被运输,这是一个有重要意义的科学发现。参与了培训但并没有参与探测器任务研究的地质学家克莱道科说,如果赤铁矿埋入尘埃层,那时科学家将推断出它是在火山运动的过程中形成的,那么水的寻找者们将感到非常失望。

  把赤铁矿放入这个范畴不是一件容易的事情,克莱道科提到。所找到的证据与少量年轻的含水行星的相近实际情况的综合分析,可能形成对火星早期历史面貌的了解。

  近一步说,机遇号着陆点是人为选择的,克瑞斯坦斯和他的同事们从火星轨道探测器上得到有力的证据,那里有赤铁矿存在。克莱道科说任何在子午高原上,也就是探测器工作的赤道区域中的发现,都将和地质学家在地上拣起奇怪的一块岩石,却试图从中得到一个广泛的结论一样不可信。

  据2001年《地球物理探索》杂志的一篇报道来看,赤铁矿分布在机遇号着陆点附近。这些数据被NASA的火星轨道全局检查员收集起来。

  “我们将发现火星上这块反常的神秘地区的秘密,但是我们将有一个非常艰难的时期去探索这个星球的其他99%的区域与它的关系。”

  机遇号的着陆点的不同寻常就类似于地球上的黄石国家公园。科学家猜想也许现在不毛之地的荒凉景色中曾经活跃着温泉,而这些温暖的水分充足的地区可能就是生命的恒温箱。

  “我们对于这些地区是否曾经类似于布满温泉的黄石公园有很大兴趣,所以我们将探索这一地区是否有其他和黄石公园类似的物质存在。”NASA喷气动力实验室负责火星探测器项目的科学家克里斯弗说。

  绿色火星

  人类近期并不能很快在火星上建造欣欣向荣的社区,但这并不妨碍科学家们计算怎样能改造火星目前的生态环境,有一天得以供人类居住。

  在2000年8月召开的全球火星协会研究讨论会上,未来人类如何移民火星再次成为主要议题之一。在科学家的地形改造计划中,第一步就是提高火星温度,最有效的暖化气体是含氯氟烃,它导致温室效应的能力比二氧化碳强10倍,如果在火星制造含氯氟烃的速度能追赶上在地球上的速度,会使火星气温上升摄氏20℃。科学家估计,地形改造大约需要一到几个世纪,火星才能变成地球一样的蓝色水行星。科学家认为人类会立刻适应火星上的重力环境,并相应地改变行为动作。

  科学家认为,用一些地球上的浮萍和一些可充注气体的膨胀屋,就可以在火星上的洞穴内为未来人类建造出一个生命的家园,火星上的洞穴可以很好地保护未来人类移民免受宇宙辐射和恶劣天气的伤害及影响,火星洞穴内可能含有大量矿物、水分、冰块。一些科学家还称,浮萍将是未来火星人的理想食物,每克浮萍比大豆拥有更多的蛋白质。

  科学家还表示,人类在火星生存要比移民月球更为现实和易于实现,科学家设想在火星上建立一些制造温室效应气体和臭氧的工厂,使火星大气层逐步变暖,变暖的大气会使火星极冠的冰逐渐融化成水,逐渐变得适宜人类居住。

  通过给火星大气层泵入足够的温室气体,建立“逃逸型温室效应”。在地球上,“逃逸型温室效应”计划有其危险性,但是在火星上,对那些致力于外星环境地球化的人来说,却是有利的。它仅仅意味着,给火星增加足够的温度,使火星上所有植物可利用的二氧化碳气体进入大气,这样的大气对植物的恒温有重要作用。

  但是有两个问题。第一,即使火星上所有可利用的二氧化碳都进入大气,但仍旧不能成为一个足够温暖适宜人类居住的地方。第二,最好的方式是让火星自发释放自己的二氧化碳,途径是给火星加温,这样会形成某种程度上的恶性循环。

  玛嘉丽塔———麻省理工大学的学生相信她能够回答这两个问题:运用人造全氟化碳(PFCs)启动行星加温计划。玛嘉丽塔一直在NASAAmes研究中心的NASA天文生物学研究中心成员克瑞斯的合作下学习PFCs的加热效果。玛嘉丽塔在克瑞斯等成立的外星环境地球化会议上展示过自己的研究成果。PFCs具有一些优点。第一,它们是优等的温室气体,一点就可以产生很多热量;第二,PFCs寿命很长,这在地球上造成不少麻烦,但在火星上却成了积极的因素;第三,它们对生物体没有副作用。

  最后,和它在化学成分上类似的含氯氟烃(CFCs)不同,PFCs并不消耗臭氧。地球大气中的臭氧层保护生命不受紫外线的破坏。在仅有一小部分臭氧的火星上,在大气中建造一个臭氧层将是外星环境地球化的一个重要目标。“人们不能破坏臭氧层。”玛嘉丽塔说。

  太阳光被星球的表面吸收,然后放射出红外线热量到大气里,温室气体则阻挡这些热量逃逸到外空间中。

  到达星球表面的太阳光主要是可见光和紫外线。行星吸收太阳能,向大气中辐射出红外辐射能量。大气中的温室气体就像地球的隔热层,防止这些红外线辐射物逃逸到太空中去。

  二氧化碳和水善于捕捉这些红外线辐射能量,但并非完全如此。在地球上,大气中有足够多的二氧化碳和水,并不用担心有一部分红外线逃逸到太空中。

  但是在火星上,外星环境地球化会想方设法捕捉住每一分热量。一个小心精选的PFCs组合能巧妙地应付这个工作。“当我们第一次开始给火星升温的时候,我们将覆盖整个红外光谱,一旦二氧化碳被释放,它就开始接管部分工作,PFCs将只需要用来堵住缺口。”玛嘉丽塔解释道。

  一个艺术家对地球化后的火星的构思是,可能从其轨道上看到一个大海展延在其北半球的大部分。

  “火星加热的速度有多快?”玛嘉丽塔回答:“那取决于我们制造气体的速度。依照粗糙的计算,“如果有了100个工厂,每个都有核反应堆的能源,工作100年,可以使火星温度升高到6到8度。”

  以这个速度,把火星的平均温度增加到水的熔点要花6到8个世纪。“实际上,这并不需要那么长的时间。”玛嘉丽塔指出,因为这还不包括“二氧化碳的反馈效应”的推定,该效应在火星稳步变热中也会发生。“设计更有效率的人造超级温室气体也将会使速度大大增加。”玛嘉丽塔补充。

  等到一个可以用先进技术进行行星地球化的永久性基地建立在火星上后,给其加温可能会比现在的玛嘉丽塔等科学家所研究的技术效率更高。

  美国火星探索计划制定了本世纪前10年详细的火星探测计划。最引人注目的就是定于2009年登陆火星的火星科学实验室。火星科学实验室是一个巨型的火星车,重600到1000公斤,能在火星表面行走数公里远。火星科学实验室上将安装大量的分析检测设备,用以探明火星上的岩石和土壤成分,寻找可能形成火星生命的化学成分。由于使用核动力,它能在火星上持续工作许多年。

  又据美国媒体1月5日报道,美国宇航局、欧洲宇航局和法国太空局的科学家们即将在南极洲进行多种人类适应太空实验,一旦实验证明人类完全可以适应未来往返行程长达1年的火星之旅,人类很可能会在2015年左右登陆火星。

  欧洲航天局(ESA)周二公布了自己的火星探测计划,并且表示欧洲人将在30年内分步登陆火星。这个计划比布什总统上月宣布的在2020年之前载人重返月球以及在2030年登陆火星的新太空计划更加精确。

  人类又将开启一番激动人心的太空探险。就像英国诗人T.S.艾略特当年所说的那样:我们不可以放弃探索,终极的探索将是开始时的出发点,就让我们重新认识它吧。

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  “Nobody knows”

  1976年海盗号探测器开始发回科学数据后,一家媒体向一位科学家约稿,要求对方用100个单词的电报回答火星到底有没有生命,这位科学家就将“Nobody knows”重复了50遍作为回复。事实上,到了今天,如果有人问起火星上是否有生命的痕迹,科学家的回答将仍然是“无人知道”。

  火星距离地球数万公里之遥,在人类还不能亲临火星的情况下,目前只能以三种间接方式寻找火星生命的证据:一种是对被认为是来自火星的陨石进行检测,一种是对火星轨道探测器发回的观测数据和照片进行分析,最后一种是由火星登陆车取得火星土壤样本进行化学和生物实验。

  火星样本实验取得了一定的效果。通过对著名的火星陨石AL84001的研究,科学家们发现了它内部布满了呈球状的碳化物,球的直径在100-200微米之间,球的交界处有卵圆形的物体,更加微小,形状很像人所熟知的杆菌,但体积最大也只有杆菌的1/10。进一步发现,球内含有数种磁性矿物质,与地球各类含磁铁细菌体内成分相似。

  火星探测器的检测也取得进展。2001年11月,匈牙利的科学家小组表示,照片显示在火星冰雪覆盖的南极环形山有几千个黑色沙丘点,“这些点显示,在冰层下面的地面有生物体,它吸收太阳能,可以融化冰,为自己制造生存的条件。在地球南极冰覆盖的湖,也曾发现同样的机制。问题是在火星严酷的条件下,这一机制是否运作良好”。

  目前最好的方法还是让火星登陆车直接登临火星,让车上先进的精密仪器对火星土壤进行细致的检测。但是这些担负着重担的登陆车往往命运多舛。去年12月底,“火星快车”准确地进入火星轨道,但携带的登陆器“猎兔犬”却一去无音信。在此之前,日本的第一个火星探测器“希望号”也没有了希望。如果再往前追溯,失败的例子更是不胜枚举,火星仿佛是一座航天器的坟墓。

  给火星加温的设想(图表略,详见报)图形 谭一星

  一、CFCs加温法

  二、PFGs加温法
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